SIMOTION D435在搅拌摩擦焊接机中的应用

针对目前我国搅拌摩擦焊设备的自主研发水平不高,大部分只能焊接一维直线或者无法恒压力控制的问题,设计了一套既能焊接二维曲线又可恒压力控制的搅拌摩擦焊设备.通过对搅拌摩擦焊接的焊接原理和控制要素的分析,在综合比较了各种控制方案后,选用了以SIMOTION D435为核心的控制方案;在对所需功能进行分析的基础上,控制程序采用模块式的编程方法,综合运用LAD语言和MCC语言,实现了搅拌摩擦焊接时的二维轨迹插补和压力PID控制,并对压力的控制精度和进给轴的定位精度进行了实验分析.研究结果表明,该系统运行稳定,压力控制精度高,适合于铝合金、镁合金等轻合金的二维平面的搅拌摩擦焊接.     

带扰动观测器的虚拟轴机床滑模控制研究

虚拟轴机床为高度非线性、多变量、强耦合系统,存在诸多不确定性,其不确定性已成为虚拟轴机床实现产业化的重要障碍之一。在进行六自由度虚拟轴机床并联机构运动学分析基础上,为保证机构运动的平稳性,进行了基于PVT插补的关节空间轨迹规划,提出一种带有扰动观测器的滑模控制器,从而提高虚拟轴机床的抗干扰性能。对虚拟轴机床控制系统的仿真结果表明:该控制系统提高了对参数摄动和外在干扰的鲁棒性,具有良好的动态跟踪性能和精确的稳态性能。     

关于铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接搅拌头的新型设计

搅拌摩擦焊是新能源汽车电芯制造中代替传统激光焊接的关键方法。高速搅拌摩擦焊是提升电芯生产效率的关键工艺,科学的搅拌头尺寸参数设计方法可以有效减少高焊速条件下飞边沟槽缺陷,并提升电芯生产的合格率。基于对高焊速搅拌摩擦焊搅拌头的设计的理解,设计包括轴肩半径、轴肩摩擦系数、轴肩内凹角、轴针上半径、轴针下半径和轴针长度在内的高焊速搅拌头尺寸参数研究系统。针对铝合金薄板工业生产中质量需求,设计焊后焊缝质量评价指标。在考虑焊缝飞边大小、沟槽深浅以及左右材料交互比例的基础上,分析不同搅拌头参数影响下的焊接质量变化,获得搅拌头尺寸参数变化对焊接质量的影响规律,获得高焊速条件下的铝合金薄板搅拌摩擦焊搅拌头的最优设计。     

螺旋叶片自动焊接机床的设计与分析

为了实现对螺旋叶片自动跟踪焊接,在传统机床的基础上设计了一种螺旋叶片自动焊接机床.该机床利用步进电机分别对螺旋叶片的旋转运动和焊枪的直线运动进行联合控制,实现了螺旋叶片与圆柱连接处的空间曲线接缝的焊接.通过数学建模和相应的插补运算,保证了其焊接的精度要求.该机床可以实现一般的点焊、直线焊以及圆弧焊,还可以满足不同长度螺旋叶片的焊接要求,机构简单,操作方便,效率高.最后对自动焊接机床的系统精度进行分析,并提出了改善措施.     

六轴义齿加工机床线性插补实现及误差分析

多轴控制技术是六轴义齿加工机床的关键技术,由于现有六轴义齿加工机床结构的特殊性,一般机床多轴控制技术的数控算法很难得到直接应用.基于现有机床的固有结构,通过结合齐次变换,提出了一种新的数控算法,实现了直线轴和圆弧轴的两轴联动.并根据其特殊的加工轨迹,分析了其联动插补运动过程中的误差.结合使用MATLAB工具进行数据运算,得出了对任意一条二维平面上的函数,插补过程中的运动控制参数及其单位加工周期过程中的误差.     

正切控制算法研究

以数据采样法为基础,提出了一种正切控制算法,通过直线和圆弧插补分析,实现了C轴沿曲线轮廓切线方向进行插补的功能,并改进了数据采样插补算法,实现了四象限统一编程和自动过象限.     

可配置型五坐标B样条插补控制器的研制

针对采用五轴联动数控机床的线性插补功能进行数控加工存在的不足,提出了一种B样条插补控制策略用于五轴联动数控机床以实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工。参考开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)标准,开发了具有B样条插补功能的五轴联动数控机床运动控制器。该控制器将控制任务按照实时性要求进行划分。人机交互、代码解析及参数映射关系构造等过程离线完成,插补运算、离散逻辑控制及逆运动学变换等过程由实时线程执行,保证了数控系统的硬实时性。为简化NC程序的编制过程,控制器设计为接收工件坐标系下的加工信息。通过开发适应各种形式数控机床的逆运动学变换模块,并将机床参数设计为可用户定制,使得控制器具有良好的通用性。在控制器内部建立NC程序文件中位置曲线和方位曲线间的参数映射关系,使得机床平动轴与转动轴间的运动规划符合实际加工要求,并可保证加工精度。实际加工实验中,在采用B样条插补算法的NC程序量降低为线性插补NC程序量15%倍时,其插补误差为线性插补误差的45%,控制器插补精度为0.68,表明该B样条插补控制器可以满足五坐标数控加工的要求。     

基于PMAC的二维搅拌摩擦焊开放式数控系统研究

介绍了基于PMAC运动控制卡的5轴控制开放式数控系统,设计了二维搅拌摩擦焊接设备的具体结构,研究了控制系统的硬件结构和软件结构,介绍了通讯软件的开发方法,设计了用户界面,实现了对5轴联动的二维搅拌摩擦焊设备的控制。     

焊接机器人的摆动焊接轨迹规划策略研究

基于机器人空间直线插补和圆弧插补算法,设计了时间最优的空间直线摆焊轨迹和圆弧摆焊轨迹规划的策略,并于MATLAB软件中完成验证路径算法。最后通过由VS2019搭建的上位机示教软件、基于STM32H7平台设计的运动控制卡和SCARA机器人平台组成的控制系统,验证了算法的可靠性和准确性。实验结果表明,用户可以通过示教焊接机器人的方式获取空间摆焊的参数,并且机器人能够根据获取的参数在限定的轨迹上进行较为高效的空间直线摆焊运动和空间圆弧摆焊运动,具有一定的实际意义和参考价值。     

先进的搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所20世纪90年代初发明并拥有专利权的一种固相塑性连接技术。目前,国内外研究较多的是各种铝及铝合金的搅拌摩擦焊。(1)搅拌摩擦焊原理及特点与常规摩擦焊一样,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于,搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有探针和轴肩的特殊形式的搅拌头来完成的,如附图所示。先将探针插入被焊接板     

Automatic seam-tracking of friction stir welded T-joints

In this research, a method for implementing automatic seam-tracking for friction stir welding, referred to hear as WeaveTrack, is presented. In this extrumum-seeking control technique, the tool weaves back and forth during welding to maintain the location where axial force is greatest, which is shown to be the center of the weld. Results demonstrate the effectiveness of this technique in tracking both known and unknown weld seams. Comparisons of tensile test results of weaved and nonweaved welds, and findings in related literature, indicate that weaving’s impact on weld quality could be positive. Finally, methods for incorporating WeaveTrack seam-tracking into existing friction stir welding control systems (such as load control) are discussed.     

Durable Tools for Friction Stir Welding of High-Temperature Airplane-Engine Components

Experimental data are presented regarding the creation of effective friction stir welding tools. A design concept for a friction stir welding tool and the corresponding attachment is proposed, taking account of the constraints associated with the workpieces; the system consisting of the machine tool, the attachment, the tool, and the workpieces; and the requirements on tool life. The tool life is investigated in friction stir welding of high-temperature materials in airplane-engine components.     

连续驱动摩擦焊机的研究现状和展望

摩擦焊接是一种优质、高效、节能和环保的固相连接技术,广泛应用于航空、航天、机械制造和石油勘探等领域。摩擦焊机是实现摩擦焊接技术的一种工业自动化设备,连续驱动摩擦焊接方法是最先试验成功的实用焊接方法,连续驱动摩擦焊机也是最经典的摩擦焊机。本文针对国内外连续驱动摩擦焊机设备的研究和应用现状,从主机、液压以及控制系统3个角度综述其发展概况,并在此基础上预测了连续驱动摩擦焊机的发展趋势和方向。     

基于UG的搅拌主轴部件设计与运动仿真研究

在研究我国搅拌摩擦焊接设备现有焊接能力的基础上,提出研制具备三维曲线焊接能力的搅拌摩擦焊接机,以扩大搅拌摩擦焊技术的应用范围.设计了一个新型的搅拌主轴部件,以满足三维曲线焊接时对倾斜角度和倾斜方向的要求,运用UG软件进行了虚拟设计和运动仿真分析,验证了该搅拌主轴部件结构设计的可行性.     

集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统

集装箱大梁自动焊接过程中,工件表面的反射不均匀、弧光、飞溅和烟尘等因素容易造成焊缝偏差识别不准确或难以稳定识别,因此设计了一种用于集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统。基于低成本结构光视觉传感器建立了高鲁棒的焊缝特征提取模型,该模型采用激光条纹的直线斜率对随机采样一致性算法的随机采样过程进行优化,以在复杂环境下实现模型对焊缝特征的稳定提取。不均匀强反射工件表面的焊接试验结果表明：焊接参数300 A、29 V、1 m/min下,Y向、Z向的平均检测误差分别为0.22 mm和0.19 mm,实现了稳定高精度的焊缝跟踪。     

焊接技术与装备在汽车行业的应用及发展趋势

从自动化焊接技术、中频焊接技术、伺服技术、弧焊技术、激光焊接技术、等离子焊、搅拌摩擦焊等方面,简述了当前焊接技术及装备在汽车行业的应用情况,分析指出焊接机器人自动化柔性生产系统、先进制造技术、自动控制技术以及计算机与信息技术的应用,是未来汽车工业焊接技术发展趋势。     

A study on heat-flow analysis of friction stir welding on a rotation affected zone

In recent years, as interest in environmental protection and energy conservation rose, technological development for lightweight efficiency of transport equipment, such as aircrafts, railcars, automobiles and vessels, have been briskly proceeding. This has led to an expansion of the application of lightweight alloys such as aluminum and magnesium. For the welding of these lightweight alloys, friction stir welding has been in development by many researchers. Heat-flow analysis of friction stir welding is one such research. The flow and energy equation is solved using the computational fluid dynamic commercial program ‘Fluent’. In this study, a rotation affected zone concept is imposed. The rotation affected zone is a constant volume. In this volume, flow is rotated the same as the tool rotation speed and so plastic dissipation occurs. Through this simulation, the temperature distribution results are calculated and the simulation results are compared with the experimental results.     

Adaptive Real-time Predictive Compensation Control for 6-DOF Serial Arc Welding Manipulator

Because of long driving chain and great system load inertia, the serial manipulator has a serious time delay problem which leads to significant real-time tracking control errors and damages the welding quality finally. In order to solve the time delay problem and enhance the welding quality, an adaptive real-time predictive compensation control(ARTPCC) is presented in this paper. The ARTPCC technique combines offline identification and online compensation. Based on the neural network system identification technique, the ARTPCC technique identifies the dynamic joint model of the 6-DOF serial arc welding manipulator offline. With the identified dynamic joint model, the ARTPCC technique predicts and compensates the tracking error online using the adaptive friction compensation technique. The ARTPCC technique is proposed in detail in this paper and applied in the real-time tracking control experiment of the 6-DOF serial arc welding manipulator. The tracking control experiment results of the end-effector reference point of the manipulator show that the presented control technique reduces the tracking error, enhances the system response and tracking accuracy efficiently. Meanwhile, the welding experiment results show that the welding seam turns more continuous, uniform and smooth after using the ARTPCC technique. With the ARTPCC technique, the welding quality of the 6-DOF serial arc welding manipulator is highly improved.     

基于旋转电弧的机器人角焊缝跟踪建模及仿真

通过对现有旋转电弧传感器采集的焊缝偏差信息和六自由度焊接机器人运动学模型进行研究,结合曲线角焊缝的特点,推导出纠正焊缝偏差后的焊接机器人工具坐标系相对于原工具坐标系的变换矩阵。在此基础上,结合焊接机器人的运动学反解,建立了曲线角焊缝跟踪及焊枪姿态调整模型。输入给定左右偏差及高低偏差信号,利用MATLAB对模型进行仿真验证,结果证明了该模型的有效性与正确性,从而为旋转电弧传感应用于焊接机器人及设计其焊缝跟踪系统提供了理论参考。