基于金属弧焊增材再制造系统的设计与工艺软件研发

摘要

再制造高度契合了国家可持续发展战略需求，得到了政府和企业的高度重视。基于金属丝材的金属弧焊增材再制造作为再制造方法的一种，由于其具有成本低、效率高及对金属材料适应性广等优点，被越来越多的学者所关注。本论文设计了一套基于熔化极气体保护焊（Gas Metal Arc Welding, GMAW）工艺的金属弧焊增材再制造系统，以实现金属工件的增材制造及再制造。
　　使用焊接的方式做增材制造，必然存在传统焊接过程中存在的热输入量高、精度低等缺陷。为了降低焊接过程中的热输入量及避免发生焊接缺陷，本文在对传统熔化极惰性气体保护焊(Metal Inert-gas Welding, MIG)、冷金属过渡（Cold Metal Transfer，CMT）及CMT Advanced等焊接方式进行深入研究之后，研制了由低热输入量、搭载CMT Advanced技术金属弧焊设备为核心、轻量化机器人为承载平台的金属弧焊增材再制造系统本体。为了实现系统经一次标定即可对不同类型的工件进行再制造，将三维测量系统与本系统配合，搭建了金属弧焊柔性增材再制造系统。为了实现再制造工件控形控性的目标，本文设计了温控模块，全程监控焊接过程的温度；研发了面向金属弧焊技术的增材制造专用工艺规划软件，基于金属丝材弧焊系统焊道宽度较大、金属冷却过程存在热胀冷缩、残余应力较大等系列工艺问题而重新设计了变焊道间隙、尺寸补偿、轮廓旋转等工艺内核。
　　通过将上位机离线生成的程序导入到DELMIA软件中进行模拟仿真，证明工艺路径规划的正确性，最后通过对钢制齿轮、铝制发动机等破损工件的增材再制造验证了本文提出方法的可行性。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1. 3 论文的主要研究内容

2 金属弧焊增材再制造系统的硬件设计

2.1 金属弧焊增材再制造系统组成

2.2 执行机构设计

2.3 核心装备设计

2.4 弧焊增材再制造系统集成

2.5 本章小结

3 控形控性之工艺控制路线

3.1 机器人工艺控制流程

3.2 机器人投入运行准备

3.3 柔性增材再制造系统-校基坐标

3.4 温控系统

3.5 本章小结

4 控形控性之工艺规划软件

4.1 软件体系结构

4.2 控形控性之高度方向

4.3 控形控性之长宽方向

4.4 控形控性之轮廓旋转

4.5 本章小结

5 系统性能测试

5.1 语法与语义测试

5.2 实验验证

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 论文展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文