基于数控技术的相贯型曲线自动焊接控制系统

摘要

在铺设管道过程中，经常遇到管与管垂直相交所形成的相贯型曲线焊缝的情况。由于我国的焊接自动化水平不高，对于这类复杂的空间曲线焊缝，一般采用手工或半自动化焊接机进行焊接，焊接效果差，效率低。针对我国的焊接现状，本文对相贯型曲线自动焊接控制技术进行了深入的研究，开发了基于数控原理的相贯型曲线自动焊接控制系统。 本文简要分析了相贯型曲线自动焊接数控系统的特点，论述了研制相贯型曲线自动焊接数控系统的意义，通过对自动化焊接设备的发展现状及数控技术在焊接领域发展趋势的分析，研究了相贯型曲线自动焊接数控系统的基本结构、控制参数及焊接工艺，提出了利用现代数控技术对相贯型曲线焊缝焊接的方案。 由于相贯型曲线是复杂的空间曲线，目前常用的插补算法不能适用于相贯型曲线焊缝的自动焊接。通过对插补算法选择和设计原则的讨论，并且在研究了相贯型曲线空间几何特性的基础上，提出了基于逐点比较和基于角度逼近的相贯型曲线直接数控插补算法。本文对这两种直接插补算法进行了对比分析，并且选择了基于角度逼近的插补算法作为数控系统开发的曲线焊缝拟合算法。该算法不但具有较高的插补精度，而且在满足焊接速度的条件下，大大简化了软件编程系统的设计。 焊接参数是影响焊接质量的关键，而对焊接参数的控制一直是一个难题。本文根据对焊接参数控制要求的分析，对相贯型曲线焊缝的圆周空间进行了不均匀分段，提出了利用非均匀三次B样条插值算法实现对焊接参数控制的技术，解决了实时控制焊接参数的问题，实现了焊接参数的连续平滑控制。 本文开发了基于工业控制计算机的相贯型曲线自动焊接数控系统。首先，在讨论了开放式数控系统和相贯型曲线焊缝特点及焊接要求的基础上，对相贯型曲线自动焊接数控系统进行了开放性设计和功能设计。其次，对数控系统的硬件体系结构、软件体系结构进行了详细的设计。硬件系统主要是以工业控制计算机为开发平台，对伺服驱动接口和伺服电机系统进行了设计；而对软件体系结构，主要从软件编程思想、软件结构及软件实现三方面进行了阐述。该数控系统不仅可以完成相贯型曲线焊缝的自动化焊接、自动化焊接过程中手动调节、而且还实现了参数化自动编程、焊接过程的图形仿真等功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 相贯型曲线自动焊接数控系统及其特点

1.2研究意义

1.3 自动化焊接设备的发展现状

1.3.1 我国焊接设备制造业的现状与发展方向

1.3.2世界焊接设备的现状与发展趋势

1.3.3 自动化焊接设备中的关键技术

1.4本课题研究的内容和意义

2系统及其焊接工艺分析

2.1 基本结构

2.1.1机械设备系统

2.1.2焊机设备系统

2.1.3控制系统

2.2控制参数

2.2.1主要的焊接参数

2.2.2控制参数实现的控制要求

2.3焊接工艺

2.3.1 坡口准备

2.3.2焊道次序

2.4本章小结

3控插补算法

3.1 关于插补算法的选择和设计原则的讨论

3.2 工作原理

3.3插补算法

3.3.1 基于逐点比较法的插补算法设计

3.3.2基于角度逼近的插补算法设计

3.3.3插补算法误差分析

3.3.4算法仿真

3.4本章小结

4参数控制算法

4.1 焊缝的空间分段思想

4.2三次B样条曲线插值

4.2.1 B样条的递推定义

4.2.2 B样条曲线的性质

4.2.3 B样条曲线类型的划分

4.3焊接参数控制算法

4.3.1 节点矢量的确定

4.3.2 B样条曲线上点的计算方法

4.3.3焊接参数控制算法仿真

4.4本章小结

5系统的设计与开发

5.1 关于数控系统的开放性和开放程度的讨论

5.1.1 数控系统的开放化提出的背景

5.1.2开放式数控系统的定义

5.1.3基于工业微机的数控系统

5.1.4系统的开放性设计

5.2功能设计

5.3硬件体系结构

5.3.1 IPC子系统

5.3.2 IPC与伺服驱动器的接口

5.3.3伺服电机系统

5.4软件体系结构

5.4.1 软件编程思想及软件结构

5.4.2软件编程实现

5.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢