机器人摩擦螺柱焊接系统关键装备设计与研究

摘要

针对摩擦焊专机缺乏灵活性，铝合金电弧螺柱焊接易产生缺陷和机器人负载小等缺点，本项目拟开发出一种能够柔性化进行摩擦螺柱焊接的系统，为此我们在立式摩擦螺柱焊机上模拟机器人焊接工况，进行铝螺柱与铝板的摩擦螺柱焊接，实验验证了机器人摩擦螺柱焊接的可行性，在此基础上对机器人摩擦螺柱焊系统关键装备进行设计与研究。
　　在进行机器人摩擦螺柱焊接系统关键装备设计过程中，具体做了以下工作:
　　(1)对承载架进行有限元静力学分析校核其是否能够承载相应的载荷，并对其结构优化设计，使其在满足焊机机头对强度和刚度的要求，尽量减轻重量。最后进行承载架有限元模态分析，计算出电机在3000r/min转速以下焊接机头不会发生共振现象。
　　(2)摩擦螺柱焊机头设计
　　通过计算机辅助设计软件UG对机头的承载架、主轴电机、自动夹具机构、感应热源运动机构、保护气装置进行设计。
　　(3)自动控制系统初探
　　机器人摩擦螺柱焊接系统要实现自动焊接，除了要进行机械设计外，还需要电器与液压控制系统设计，本章以实现机头机械机构自动化运行为目标，对控制系统进行初探，希望能够对后续自动化系统设计工作有所帮助。
　　(4)感应热源摩擦螺柱焊接探索实验
　　通过加感应热源和不加感应热源摩擦螺柱焊接试验，找出在机器人摩擦螺柱 焊接系统能焊接螺柱的直径范围，同时比较在这两种情况下摩擦螺柱焊接的效果和是否能减小顶锻力。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 本章提要

1．2 课题背景

1．3 摩擦螺柱焊接机器人系统的国内外发展现状

1．3．1 工业机器人国内外发展现状

1．3．2 摩擦螺柱焊机国内发展现状

1．3．3 机器人系统集成研究现状

1．4 螺柱焊接技术的分类及特点

1．4．1 螺柱焊接技术的分类

1．4．2 摩擦螺柱焊技术的特点

1．4．3 机器人摩擦螺柱焊接系统介绍

1．5 课题主要研究内容及难点

1．5．1 课题主要研究的内容

1．5．2 课题的主要难点

1．6 小结

2．焊接机头关键部件有限元分析

2．1 承载架静力学分析

2．1．1 承载架技术指标

2．1．2 承载架载荷工况分析

2．1．3 水平弯曲工况

2．1．4 径向扭转工况

2．1．5 垂直受压工况

2．1．6 承载架静力学分析结论

2．2 承载架优化分析与设计

2．2．1 理论知识

2．2．2 问题描述

2．2．2 问题分析

2．2．3 优化设计

2．3 承载架有限元动态分析

2．3．1 承载架模态分析

2．3．2 结构模态分析操作流程

2．3．3 求解结果及其分析

2．3．4 有限元动态分析总结

3．机器人摩擦螺柱焊接系统关键装备设计

3．1 机器人摩擦螺柱焊系统对焊接机头的要求

3．2 机器人摩擦螺柱焊接机头的设计

3．2．1 机头模块介绍

3．2．2 机器人本体介绍

3．2．3 机头承载架设计

3．2．4 主轴电机选择与设计

3．2．5 感应加热模块设计

3．2．6 自动夹具设计

3．3 本章小结

4 机器人摩擦螺柱焊接控制系统初探

4．1 电气与液压控制系统的总体要求

4．2 电器控制系统

4．2．1 库卡机器人控制系统

4．3 液压控制系统

4．3．1 感应加热电气控制系统设计

4．4 电气与液压控制系统设计与研制工作总结

5．机器人感应热源摩擦螺柱模拟焊接实验

5．1 铝板与铝螺柱摩擦螺柱焊接实验目的

5．2 摩擦螺柱焊接介绍

5．3 摩擦焊接试验用设备与仪器

5．3．1 立式摩擦焊机

5．3．2 温度控制仪

5．4 摩擦螺柱焊接实验内容

5．4．1．实验材料

5．4．2．实验方案

5．4．3 试验步骤

5．4．4 焊接接头宏观分析

5．4．5．力学性能测试

5．4．6．金相组织观察

5．5 本章小结

6．结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版的著作情况