汽车铝横梁电子束焊接中焊接轨迹研究和工艺分析.docVIP

汽车铝横梁电子束焊接中焊接轨迹研究和工艺分析 　　摘 要：分析了汽车铝横梁的焊接工艺，针对电子束焊接应用中的焊接轨迹进行了分析，并对关键的坐标系统以及轨迹最优化的方式进行了阐述，利用法线与打点操作的思路来获得最优的焊接轨迹，可以改善相关工艺性能。 　　关键词：自动焊接；轨迹分析；工艺参数；合理优化 　　引言 　　焊接技术不断进步，各种特殊材料与技术的应用改变了焊接技术的应用模式，电子束焊接与其他技术相比高熔透性以及变形小、能耗低等特征已经被广泛的应用与车辆生产中，配合自动化的生产模式，其可以发挥更好的作用，下面就对其在汽车横梁焊接中的焊接轨迹与工艺进行分析。 　　1.自动环节的四轴运动 　　因为焊接设备与生产空间的影响，在横梁生产中采用的四轴运动的方式，其对自动化焊接的轨迹影响较大。所以在研究焊接轨迹分析前应对四轴运动方式进行分析，生产中主要保证电子束流尽可能的沿着焊缝方向前进，吕横梁模块焊接的夹具有两个自由度，一方面焊接中匀速向前，一方面还要围绕中心轴进行适度旋转，调整焊接的角度保证焊缝沿着设计需要进行焊接，同时焊枪也具备一定的自由度，电子枪在焊接时也应配合夹具的运动完成横向移动，即移动到适应焊接系统的坐标位置完成焊接，最后还应注意电子束聚焦深度控制，通常需要调整焦距来实现，保证焊点位置的准确，而夹具转动角度为适应焊枪垂直于工件。因为焊缝的特点，通常可以选择一个微分的概念来解决这个问题。假设焊缝的面为多个微观的小面，且为平面，这样焊接的轨迹即为焊枪定点与诸多平面垂直接触的过程，求出近似垂线，即为焊接法线。 　　2.焊接系统的坐标和工作坐标分析 　　汽车零件是一个三维实体，通常可以作为原始坐标的一个原始坐标，这个原始的坐标是汽车加工的基础，尤其是检测的时候更应将整车坐标作为基础，可以避免累积误差的出现而影响总装。但是零件加工时可以设置加工坐标，此时设置电子束系统的电子束和零件回转轴的交叉点，二者垂直交叉构成一个焊接系统的坐标系统、输入到焊机的每个点以及零件夹具的角度都应在该坐标系的基础上。如前分析焊接顶面是一个复杂的三维曲面，所以在焊接中必须保证电子束应沿着工件的顶面进行法线运动，这就是焊接坐标系构建的必要性。此时要对轨迹进行分析，就应做两个工作：第一，对焊接面进行微分，使之成为n个平面，逐个建立工作坐标并求出法线；第二，在坐标系统的基础上，对每一根工作坐标下求得的法线位置进行调整和变换。如下图1所示，abcd为一个焊接曲面，其中Pi和Pi+1代表焊点和对称的qi和qi+1共同构成一个微分面。其中Pi和qi坐标是唯一的，诸多曲面构成了一个坐标系统。 　　法线的姿态分析，从上面的分析不难发现，法线是垂直于微分平面的，在焊接过程中发现会出现三维范围内的坐标改变，主要是X和Y轴变换的同时也出现角度变换，这样就实现了对法线姿态的改变，不断的改变法线的姿态就完成了沿着焊缝的轨迹描述。此时应注意的是电子束焊焦点的位置是影响焊接质量的重要因素，因此轨迹分析中必须对坐标进行精确求解，而法线的矢量的姿态正是焊接是需要调整的角度，因为焊接机构只能调整绕Y轴的角度改变，所以夹具能否围绕中心回转轴的旋转到设定的角度，是焊接质量的关键。在对法线进行描述即完成了对轨迹的描述，而在实际的操作中应求出每根法线与焊接坐标系统三个坐标的夹角。 　　焊点坐标的变换，在轨迹分析中焊点坐标的改变是轨迹描述的重要方式，可以根据求得的法线角度对轨迹进行三维描述。将焊点坐标对应的角度进行改变，即获得法线与垂直面的夹角，实际就是在焊接时保障焊缝垂直向上，夹具带动工件进行旋转适应焊接设置的要求。当工件回转一定角度后，焊点坐标就会改变，坐标系统中对应的点也发生改变，所以在轨迹描述中获得的法线角度，就是改变后的坐标要素，可以看出法线旋转不影响焊点的X坐标，所以要将焊点的坐标与法线坐标都映射到焊接系统的坐标中，得到的就是新的焊点位置与新的焊接法线，以此就可完成对焊接轨迹的描述。取值Xa、Ya、Za变换后为Xb、Yb、Zb对应的公式可以写作： 　　3.铝横梁的电子束焊接的工艺分析 　　焊接工艺的研究与分析是在焊接前对整个工艺情况进行分析，以此发现和解决在生产中容易出现的问题，所以在实施电子束焊接前应对相关工艺进行研究。一方面从保障焊接结构进行分析，保障焊接结构的外观尺寸同时也应保证公差满足设计要求，同时也应保证焊接件的质量。电子束焊接的工艺阐述包括电流、电压、焊接速度、对焦电流和工作距离等。这些都应是研究相关工艺时应当注意的层面。从本文的角度看，既然进行了轨迹分析，就应对焊接轨迹的规划进行研究，这是一个重要的工艺指标，所以下面就利用前文的研究方向对中线以及坐标转变进行研究。 　　3.1回转中心的优化分析 　　自动化加工中，回转中心的设置是焊接设备和工