基于汽车座椅调角器激光远程焊接系统设计及工艺研究

摘要

随着人民生活水平的不断提高和道路交通状态的不断改善，汽车已成为许多家庭不可或缺的交通工具，人们在享受汽车带来的方便、快捷的同时，对汽车的安全性、舒适性提出了更高的要求。调角器作为汽车座椅的一个安全件，其质量的优劣直接关系到乘员的人身安全。所以汽车座椅调角器的焊接至关重要。传统的手工焊接已经满足不了生产制造商对汽车座椅调角器的大批量生产。然而逐步发展起来的激光焊接可以解决这一问题。利用先进的振镜、碟片激光器、机器人、4DWatch结合在一起的焊接系统，为汽车座椅调角器的焊接设计一套全自动系统，为振镜扫描激光焊接系统的推广和产业化应用提供技术支持，打破了国外汽车座椅调角器激光焊接技术的垄断，促进了民族工业的发展。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了激光焊接的机理，重点分析了激光扫描焊接的原理及产生的两种误差，研究了激光扫描焊接的特性以及影响激光扫描焊接的主要影响因素，分析了镀锌钢板的焊接性。⑵根据焊接要求，确定系统结构组成和控制方案，研究碟片激光器、振镜、机器人、4Dwatch等关键部件的工作原理、特点和性能参数，做出合理的设计选型。同时设计气路装置及水冷装置等辅助单元。⑶针对初始布局的缺陷，确定系统设计方案，完成造型布局设计、色彩设计、操作区域的人机设计、操作按钮设计、人机界面设计、监测装置的设计以及附件的设计，实现对系统整体外观的综合设计。⑷设计调角器的焊接夹具，优化工艺路径，对汽车座椅调角器的焊接进行一系列的工艺实验，利用正交实验法找出焊接最合理的一组工艺参数，激光功率、焊接速度、离焦量，并利用单因素变换法分析焊接参数对焊缝熔深、熔宽的影响规律。本文从数学方面对扫描焊接引起的误差进行了推导理论分析，改善了整个焊接系统的外观，设计一套自动化焊接夹具，进行了一系列的实验，通过正交实验法和单因素变换法，优化工艺参数和影响规律，具有一定的工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 激光焊接的发展现状及在汽车领域的应用

1．2．1 激光焊接的发展现状

1．2．2 激光焊接在汽车领域的应用

1．3 振镜扫描激光焊接的国内外研究现状

1．3．1 振镜扫描激光焊接的国外研究现状

1．3．2 振镜扫描激光焊接的国内研究现状

1．4 课题来源及本文研究内容

第二章 激光远程焊接的理论分析

2．1 激光焊接原理

2．1．1 激光焊接的原理

2．1．2 激光焊接的两种机理

2．2 激光扫描焊接的基本原理

2．2．1 激光扫描焊接的原理

2．2．2 激光扫描焊接的误差分析

2．3 激光扫描焊接的特性

2．3．1 激光扫描焊接的优势

2．3．2 激光扫描焊接的局限性

2．4 激光扫描焊接的主要影响因素

2．5 镀锌钢板材料的焊接性

2．6 本章小结

第三章 激光远程焊接系统结构设计

3．1 激光远程焊接系统结构组成

3．2 激光远程焊接系统的控制方案

3．3 机器人单元

3．3．1 ABB-IRB6620型机器人

3．3．2 IRC5控制器

3．4 碟片激光器

3．5 振镜焊接头

3．6 自动化焊接夹具

3．7 气路装置

3．8 西门子工业计算机集成控制系统单元

3．9 辅助设备：空压机、冷干机、水冷机

3．10 4Dwatch视频监控单元

3．11 本章小结

第四章 激光远程焊接系统人机工程设计

4．1 引言

4．2 问题分析与研究

4．3 整体造型布局设计

4．4 色彩设计

4．5 操作区域设计

4．6 操作按钮设计

4．7 人机界面设计

4．8 监测装置设计

4．8．1 监测零件装置

4．8．2 光栅传感器

4．9 附件设计

4．9．1 门把手设计

4．9．2 视窗设计

4．9．3 安全锁的设计

4．9．4 信号灯设计

4．10 焊接系统渲染图

4．11 本章小结

第五章 激光远程焊接汽车座椅调角器的工艺研究

5．1 实验材料及设备条件

5．1．1 实验材料

5．1．2 机器人激光远程焊接系统

5．1．3 焊接夹具

5．1．4 实验器材

5．2 焊接工艺实验方案

5．2．1 材料预处理

5．2．2 工艺路线优化

5．2．3 正交实验优化

5．3 实验结果分析

5．3．1 工艺路线实验分析

5．3．2 正交试验分析

5．3．3 焊接工艺参数优化及结果

5．4 分析工艺参数对焊缝熔深、熔宽的影响规律

5．4．1 激光功率对焊缝熔深、熔宽的影响

5．4．2 焊接速度对焊缝熔深、熔宽的影响

5．4．3 离焦量对焊缝熔深、熔宽的影响

5．5 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录 激光焊接机器人轨迹程序