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《江苏科技大学》 2019年
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基于弧焊机器人的金属表面堆焊制字工艺及离线编程研究

马骏  
【摘要】:本文基于机器人离线编程进行了金属表面堆焊制字工艺和增材制造研究。由于传统手工焊接存在生产效率低、焊缝成形差等缺点,将机器人离线编程技术应用在船舶舾装件制造企业,不仅可最大程度发挥机器人在复杂加工路径方面的优势,同时也能够极大地提高生产效率。基于KUKA KR16机器人与Fronius TPS5000数字化焊接电源,搭建焊接机器人系统。试验材料选用10mm厚Q235B钢板、80%Ar+20%CO_2混合保护气和实心焊丝E R50-6。为了获取成形较为美观的空心字形焊缝,堆焊制字试验前进行了平板堆焊工艺试验,经对比分析,拟采用:送丝速度2.4m·min~(-1)、焊接速度0.4m·min~(-1)的工艺参数组合作为实际焊字试验的工艺规范。基于通用版机器人离线编程软件Robotmaster进行平面焊字试验。结果表明:相较于传统手工堆焊刻字,采用机器人离线编程,无论在字形焊缝质量,还是生产效率都得到了明显提高,同时劳动力成本大大降低。基于C++程序语言二次开发了机器人离线编程平面堆焊制字专用软件。通过开发MFC人机界面,输入待焊字符相关参数,系统自动生成字符外轮廓示意图以及KUKA机器人所能识别的dat和src格式文件。焊字试验结果表明:自主开发的机器人离线编程焊字系统切实可行,字形焊缝工整圆润,成形良好。与商品化通用离线编程软件相比,该系统开发成本较低,却达到了同样增材制造焊字的效果。以UG三维软件为平台,二次开发了一种弧焊机器人离线编程曲面堆焊刻字系统。以圆柱面为研究对象,利用UG二次开发工具Block UI建立人机交互对话框界面,通过编译相关UF函数实现曲面字形轨迹的信息获取,并对离线编程系统进行功能性和准确性的验证。结果表明:基于UG二次开发空间轨迹数据提取的离线编程系统能快速有效地自动提取空间焊接点的坐标值数据,并生成机器人目标程序文件。搭建了一套弧焊机器人离线编程增材制造系统。在低热输入规范参数下,进行了薄壁圆筒零件的增材制造试验以及堆积层高度方向的力学性能测试,结果表明:该系统下的零件模型与实际零件高度吻合;在连续而又复杂的逐层堆积过程中,后一道焊缝对前一道焊缝起着焊后热处理的作用,因而对焊缝组织、力学性能影响显著。本课题的研究成果将大大改善船舶制造企业传统手工焊接的生产环境,缓解企业较高的劳动力成本以及用工荒等现实问题,进而推动企业生产模式的转型升级。
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