适用于数控焊床的空间焊缝处理算法与焊接仿真

摘要

随着制造技术的高速发展，传统的手工焊接已经跟不上时代的脚步，焊接自动化已然成为焊接生产的必然趋势，而自动化焊接的最终目的便是实现对空间复杂焊缝曲线的高效、高质量自动焊接。
　　本文研究并设计了一套针对空间复杂曲线焊缝焊接过程的轨迹规划与控制算法，包括对焊缝曲线的数学重构，数控焊床的插补算法以及焊枪姿态控制三大部分，并在论文的最后对焊接的热循环过程进行了仿真分析。
　　本文中焊缝重构基于离线编程的方法，利用可过控制点的B样条曲线对给定的焊缝型值点进行插值，形成了一条插值焊缝曲线，并对实际焊缝与插值焊缝之间的误差进行了分析，证明了该算法的可行性。
　　插补算法是实现焊接轨迹规划的基础，针对本文中焊床特有的运动模式进行了研究，在此基础上提出了一种误差可控的螺旋线插补算法，并对焊缝的具体插补过，程做了详细的说明。
　　焊枪姿态控制是自动化焊接技术的重要组成部分，本文首先对焊缝姿态模型进行了计算，在此基础上通过三次旋转和平移变换求得了焊枪的姿态模型，最后针对焊枪通过大曲率焊缝曲线时的速度波动现象进行了研究并给出了姿态模型的优化方法。
　　焊接热循环过程中的峰值温度是影响焊接质量的一个重要因素，本文利用Ansys软件对焊接过程进行了仿真分析，研究了焊接速度，焊缝形状等参数对焊接峰值温度的影响，在此基础上给出了焊接速度与焊接峰值温度的拟合关系式，为实际焊接过程中的温度控制提供了理论指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 焊接自动化技术简介

1．2 焊接自动化技术发展概况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．2．3 焊接自动化技术的发展趋势

1．3 本文主要研究内容与关键技术

第2章 空间焊缝三维重构算法

2．1 引言

2．2 开发平台简介

2．2．1 OpenGL图形绘制平台简介

2．2．2 MFC环境下的OpenGL绘图框架

2．3 焊接路径获取的主要方法及研究现状

2．3．1 人工示教技术

2．3．2 焊缝跟踪技术

2．3．3 焊接路径的离线编程技术

2．4 复杂焊缝的数学重构算法

2．4．1 样条曲线造型简介

2．4．2 B样条的基本概念

2．4．3 基于B样条的焊缝曲线建模

2．5 示例及误差分析

2．5．1 示例

2．5．2 误差分析

2．6 本章小结

第3章 基于误差控制的螺旋线插补算法

3．1 引言

3．2 自动化焊接机床的运动分析

3．2．1 机械加工成形原理

3．2．2 数控焊床的运动坐标系

3．2．3 基于反转法的焊接运动分析

3．3 等误差螺旋线插补算法

3．3．1 插补的基本概念

3．3．2 基于二分法的平面焊缝插补算法

3．3．3 基于投影法的空间焊缝插补算法

3．4 本章小结

第4章 焊枪空间位姿控制算法

4．1 引言

4．2 物体位姿的表示方法

4．2．1 位姿的概念

4．2．2 齐次坐标与变换矩阵

4．3 焊接姿态模型求解

4．3．1 焊缝坐标系的定义及求解

4．3．2 焊枪坐标系定义及其求解

4．4 示例

4．5 焊枪姿态优化

4．6 本章小结

第5章 焊接工艺对峰值温度的影响

5．1 引言

5．2 焊接有限元仿真分析

5．2．1 有限元方法简介

5．2．2 焊接热循环过程的特点

5．2．3 Ansys软件介绍

5．3 焊接热源模型的施加

5．3．1 焊接热源模型的选择

5．3．2 高斯热源

5．3．3 热源的移动加载

5．4 焊接工艺参数的选择

5．4．1 热源参数的选择

5．4．2 边界条件的设定

5．4．3 单元类型选择

5．4．4 材料参数选择

5．5 焊接速度对峰值温度的影响

5．5．1 有限元模型

5．5．2 数值模拟结果分析

5．5．3 数据拟合分析

5．6 焊缝形状对焊接峰值温度的影响

5．6．1 焊缝曲率对焊接峰值温度的影响

5．6．2 焊缝曲率对焊接峰值温度的影响

5．7 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢