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搅拌摩擦焊二维焊缝数控焊机设计及研究

夏罗生  
【摘要】: 近年来,搅拌摩擦焊技术被广泛应用于航天航空、高速列车、船舶等行业。随着应用范围的扩大,对搅拌摩擦焊设备的焊接能力提出了新的要求,但是当前国内搅拌摩擦焊设备水平不高,只能焊接一维直线和单一平面上的二维曲线,无法焊接任意平面上的二维曲线,不能满足搅拌摩擦焊技术工程应用的需要。因此,决定开发出一种能焊接平面二维曲线的搅拌摩擦焊机。 在综合当前数控系统技术水平和各类开放式数控系统优缺点的基础上,决定采用PC+PMAC运动控制卡构成的双微处理器来控制该二维焊缝搅拌摩擦焊机。论文主要研究工作及进展如下: 1.论文从工艺倾角和倾斜方向出发,研究了其在二维焊缝焊接中的变化规律。由于工艺倾角是本焊机系统设计的关键参数,直接影响焊接性能及焊机总体布局,因此进行了不同工艺倾角的搅拌焊接试验,以确定工艺倾角范围。实验表明,工艺倾角过小或过大,焊缝性能较差,当工艺倾角在[3°-5°]区间时,焊缝性能较好。 2.研究了二维焊缝搅拌摩擦焊机所需的运动数目和运动形式,在此基础上设计与比较了二维焊缝搅拌摩擦焊机总体布局方案,设计了传动系统图。 3.引入数控技术,构建了用于控制二维焊缝搅拌摩擦焊机的基于PC+PMAC的开放式数控系统总体方案,并对主要硬件进行了选型,设计了强电电路,开发了专门的用户界面。 4.分析了水平面和垂直面内二维曲线焊接时搅拌头长度补偿问题,推导了相应的计算公式。 5.设计了一个能满足平面二维曲线焊接要求的搅拌主轴部件,运用UG的运动仿真模块对二维焊缝搅拌摩擦焊机的机械部件进行了运动仿真分析,验证了设备设计的可行性。 本文的研究成果对二维焊缝搅拌摩擦焊机开发具有重要参考价值。


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