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.     

并联五轴联动技术在搅拌摩擦焊接设备中的研究与应用

本文主要围绕并联五轴联动技术在搅拌摩擦焊接设备中的应用展开,介绍了国内外将并联五轴联动技术运用到搅拌摩擦焊接设备研制的最新进展,分别对Tripod机头结构和3PRS机头结构两种形式的串并联结合五轴联动搅拌摩擦焊接接设备进行了阐述,并重点介绍了重型并联五轴联动搅拌摩擦焊接设备在国内研制,以及应用于典型产品焊接的工程实践情况,对列车、航空航天、船舶、电子、电力等制造领域具有普遍适用性。     

立式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计及有限元分析

对搅拌摩擦焊技术发展进行了简要介绍,分析了搅拌摩擦焊中工艺影响因素,结合目前电主轴的发展趋势——动静压电主轴,在铝合金搅拌摩擦焊电主轴单元关键技术研究的基础上,确定电主轴的工艺参数,设计研发一种新型的立式搅拌摩擦焊动静压电主轴,具有自动调节负荷的功能,并对主轴的结构设计、油腔结构和运行状态进行详细的介绍,并利用Solid Works Simulation对转子轴静态受力进行模态分析,经初步检测符合设计要求。较好地解决了搅拌摩擦焊主轴适用材料窄、滚动轴承寿命短、转轴承载负荷过大和主轴可靠性差等问题。     

搅拌摩擦焊机床开放式控制系统及切线跟踪研究

现有大部分搅拌摩擦焊设备缺乏对过程变量的有效监控,建立开放式的控制系统是解决这一问题的有效手段,然而搅拌摩擦焊工艺与传统的金属切削有两大不同,即焊接倾角与圆弧切线跟踪功能。现有设备将圆弧切线跟踪功能集成到控制系统中,导致用户研究开放式可控制系统时还需对此功能进行专门的设计,进而导致设备研发周期变长、成本增加。构建了基于Ether CAT的开放式控制系统,以一种龙门式搅拌摩擦焊机床为例,运用D-H法推导出机床全参数化正逆向运动学数学模型,并提出一种简单的平面二维圆弧切线跟踪方法,在已有两轴圆弧插补的基础上不需研究三轴插补算法即可完成搅拌摩擦焊。最后选择一种典型的焊缝轨迹进行运动仿真与焊接试验,验证了机床参数化运动学模型的正确性及圆弧切线跟踪方法的可行性。     

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。     

回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计及分析

对搅拌摩擦焊技术发展和研究方向进行了简要介绍,针对目前搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的缺陷与不足,尤其是焊接结束时存在的"匙孔"问题,结合电主轴的发展趋势——动静压电主轴,设计研发一种新型的回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴,采用液体动静压轴承技术和小孔节流技术等,替代滚动轴承,利用油腔内油压控制转轴回抽,实现了主轴无滚动摩擦,回抽功能自动化,解决了"匙孔"的缺陷。对主轴的整体结构、液压回抽结构和油腔结构等进行了详细介绍,并经初步检测符合设计要求。     

静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940～3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。     

5A06铝合金搅拌摩擦焊热流有限元分析

大厚度铝合金板搅拌摩擦焊工程应用时常用双轴肩焊接工具焊接,而双轴肩焊接工具使用寿命较短、易磨损,铝合金厚板单轴肩搅拌摩擦焊在工程实践中具有重要意义。针对5A06铝合金厚板的单轴肩搅拌摩擦焊过程进行了热流有限元分析,建立了大厚度铝合金板热流仿真模型,分析了5A06铝合金焊接时温度场分布特征、焊接热循环曲线特征,焊接前进侧/后退侧热循环曲线及外加热源、冷源对搅拌摩擦焊温度场的影响。结果表明,单轴肩搅拌焊工具插入工件预热初期,轴肩产热占整个搅拌工具产热70%以上,前进侧和后退侧最高温度相差约40℃,同时施加热源和冷源时能够很好地限制板材底部热量的散失以及轴肩附近温度的快速升高,有利于焊缝质量的提升。     

基于ABAQUS的搅拌头承载应力分析及结构设计

在搅拌摩擦焊稳定焊接阶段,对搅拌头的受力情况进行了有限元分析。由于应力集中的影响,搅拌针根部是搅拌头承载能力最弱的部分。分析了不同结构搅拌头的受力情况。结果表明,圆锥形搅拌针承载能力优于圆柱形搅拌针;平面轴肩优于内凹轴肩;搅拌针根部的过渡圆角半径越大,应力集中现象越小。     

斜轴式高效混料机关键技术参数分析

在综合分析传统混料机的基础上,对所设计的新型斜轴式高效混料机关键技术进行参数分析。根据斜轴式混料机新型的逆向搅拌原理即搅拌筒体和搅拌轴逆向旋转,利用AUTOCAD画出二维原理图。采用DEM离散元分析方法,使用Solid Works为三维建模软件,将模型导入EDEM中,运用Hertz Mindlin(no lips)无滑动接触模型,模拟仿真混料机筒体倾斜角度、搅拌轴位置以及搅拌叶片长度变化对混合效果的影响,重点介绍简化三维模型的导入、定义仿真参数及后处理图表的分析技术。此方法分析为同类混料机的设计改进提供了方法,具有较高的实用价值。     

铝合金车体非刚性支撑搅拌摩擦焊修复设备研制

现有搅拌摩擦焊修复设备多为固定龙门式结构,且需要背部刚性支撑,移动适应性较差。针对铝合金货车车体破损修复问题,提出一种采用搅拌摩擦焊对其进行在线修补作业的方案,设计了一种移动式非刚性支撑搅拌摩擦焊修复设备。为了解决非刚性支撑焊接修复过程中支撑力不足、大变形等问题,设计了旋转伸缩臂、花瓣式砧板等结构,为焊接提供足够的顶锻力,并利用有限元分析对花瓣式砧板结构进行优化设计,改善支撑效果;设计了铣焊半径自动调整结构,用于不同大小尺寸破损的修复焊接。该移动式非刚性支撑搅拌摩擦焊修复设备能够在不拆解车体板材的情况下,修复6 mm厚铝合金车体,现场实际应用表明：采用该非刚性支撑搅拌摩擦焊修复效果良好,焊接表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.6%左右。     

搅拌摩擦焊下压力控制系统的开发及在模拟非刚性环境下的验证试验

搅拌摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)是材料固态连接新技术,但FSW在焊接过程中一般会对工件施加较大的下压力,焊接设备和被焊工件在下压力的作用下均可能产生变形,使得常规FSW中设定的下压量这一关键参数偏离预期值,无法保证焊接工艺的稳定性。为了解决这一问题,开发一套下压力反馈控制系统,通过调节搅拌头对工件的下压量来调节下压力,使焊接过程中下压力保持稳定。该系统使用一台计算机作为顶层控制器,根据压力传感器反馈的实时下压力调节FSW设备Z轴的进给。使用该系统在悬空的钢板上焊接6082-T6铝合金平板对接焊缝,焊接过程中工件在下压力的作用下产生的弯曲变形高达0.931 mm,但所得的焊缝成形良好,沿焊缝方向不同位置的接头的横截面形貌基本一致,其横向拉伸应力应变曲线高度重合,接头的平均抗拉强度为222.8 MPa。结果表明,工件在下压力作用下产生变形的条件下,下压力控制的FSW系统仍能保证工艺稳定性。     

搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,株机公司率先将这项技术引入国内交通车辆铝合金轨道车辆制造领域。本文分析了搅拌摩擦焊在轨道车辆上应用的可行性和基本工艺方法,重点介绍了6XXX系列中空挤压型材FSW接头与MIG焊接头的金相结构和力学性能对比分析。     

硬泡棉鞋垫斜边专用数控切削设备的研制

研究了硬泡棉鞋垫斜边专用数控切削设备的工作原理、机械结构和控制系统软硬件结构,介绍了用AutoCAD绘制硬泡棉鞋垫轮廓曲线并提取坐标点的方法,研究了用PLC控制二维数控平台实现鞋垫斜边平面曲线的方法,论文研究了用Z轴电机控制刀具切削方向以切削出硬泡棉鞋垫均匀光滑斜边的方法.     

A cutting force prediction dynamic model for side milling of ceramic matrix composites C/SiC based on rotary ultrasonic machining

The relevance, importance and presence of industrial robots in manufacturing have increased over the years, with applications in diverse new and nontraditional manufacturing processes. This paper presents the complete concept and design of a novel friction stir welding (FSW) robotic platform for welding polymeric materials. It was conceived to have a number of advantages over common FSW machines: it is more flexible, cheaper, easier and faster to setup and easier to programme. The platform is composed by three major groups of hardware: a robotic manipulator, a FSW tool and a system that links the manipulator wrist to the FSW tool (support of the FSW tool). This system is also responsible for supporting a force/torque (F/T) sensor and a servo motor that transmits motion to the tool. During the process, a hybrid force/motion control system adjusts the robot trajectories to keep a given contact force between the tool and the welding surface. The platform is tested and optimized in the process of welding acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plates. Experimental tests proved the versatility and validity of the proposed solution.     

基于PC-LINK网络的YL-335A自动生产线控制系统

提出了将PC-Link 网络技术应用于自动生产线控制系统,分析了系统的结构特点和控制要求,并详细介绍了控制系统的硬件结构和程序设计.     

二维修正弹双核控制系统设计

为提升二维弹道修正精度,保证修正机构的实时性和可靠性,基于DSP和STM32二维弹道修正双核控制系统设计了一款控制器,对信息进行实时处理和计算,保证弹道修正控制功能的实现。首先详细介绍了控制器总体结构及关键功能模块,并依据控制系统工作流程进行软件设计,采用无迹卡尔曼滤波(UKF)对弹道数据进行处理,提升数据测量精度。接着对修正机构进行神经网络PID控制,提升系统实时性和可靠性。最后通过实验仿真进行验证。实验结果表明,该控制系统能满足系统各项设计要求。     

A Hyper-redundant Elephant’s Trunk Robot with an Open Structure: Design,Kinematics, Control and Prototype

This article reviews the status of thermomechanical analysis of the friction stir welding(FSW) process for establishing guidelines for further investigation, filling the available research gaps, and expanding FSW applications. Firstly, the advantages and applications of FSW process are introduced, and the significance and key issues for thermomechanical analysis in FSW are pointed out. Then, solid mechanic and fluid dynamic methods in modeling FSW process are described, and the key issues in modeling FSW are discussed. Di erent available mesh modeling techniques including the applications, benefits and shortcomings are explained. After that, at different subsections, the thermomechanical analysis in FSW of aluminum alloys and steels are examined and summarized in depth. Finally, the conclusions and summary are presented in order to investigate the lack of knowledge and the possibilities for future study of each method and each material.     

基于以太网的压铸机生产线管控一体化系统设计

研究设计了一套基于工业以太网与RS485网络的压铸机生产线数据采集和监控管理系统。该系统解决了目前压铸机生产线生产定子过程中出现的信息孤岛问题。详细介绍了该控制系统的设计方案、网络结构、系统的主要功能如系统Internet／Web发布功能等。改造后的系统投运结果表明，达到了规定的设计性能指标和要求。     

卷扬机系统的国产化设计

就水下灯光诱装置中的主要组成部分卷扬机的国产化进行了设计。介绍了卷扬机机械系统的组成和控制系统的软硬件，同时详细介绍了该控制系统的硬件和软件的各个组成部分及功能。