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多功能激光加工装备的研制与焊接应用研究-机械工程专业论文
独 创 性 声 明
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年 月 日 年 月 日
江
江 苏 大 学 专 业 学 位 硕 士 学 位 论 文
多功
多功能激光加工装备的研制与焊接实验研究
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摘 要
随着激光加工技术的发展,各领域复杂结构件不断由传统加工向激光加工转 变,这就要求激光加工装备具有多功能性以及高柔性。为了解决某些特殊零件切 焊熔一体化需要;小批量生产专用设备利用率低;不同复杂结构类零件加工以及 推动我国激光加工技术科学研究的需要,本文开展了集激光切割、焊接、熔覆多 功能于一体的激光加工装备的研制,并对搭建完成的装备进行了功能验证和传动 轴焊接应用深入研究,其主要研究内容如下:
首先,根据多功能加工装备的功能需求开展了设备选型及搭建方案设计。 通过分析多功能加工装备总体结构需求,设计了五套集成方案进行对比分析,包 括地面支撑架方案、航空支架直挂式方案、加工头随动式方案、固定夹具方案以 及双工作台方案,结合实际要求选择合适方案。基于此,从功能需求出发,对激 光加工头进行响应选型,并从主要设备选型出发,对机器人、激光器、送粉器等 进行研究,确定最合适的设备。
其次,完成了多功能激光加工装备的研制和控制系统的设计。研究了光纤激 光器、机器人八轴联动机械单元、自动快换装置等关键设备的工作原理。完成了 多功能加工平台的搭建,研制了一套多功能、低成本的激光加工装备。根据多功 能加工装备的控制理念提出了加工系统总控方案,以 PLC 为主站,机器人和激光 器作为从站,通过 DeviceNet 现场总线进行数据交换,实现了对整个加工站的集 成控制。并结合功能需求对多功能加工装备各单元分别进行了控制设计,包括 PLC 逻辑控制设计,单元控制信号设计,硬线连接等。
最后,开展了多功能加工装备的功能验证与传动轴焊接的应用研究。根据 研制的多功能加工装备对切割、焊接、熔覆功能做了实验验证。基于该装备的实 际应用研究,选用 5mm 厚的汽车传动轴,采取单因素控制法,通过对焊缝表面宏 观形貌分析得到焊接功率为 4KW、转速 10r/min、离焦量为+2mm 时,焊缝表面形 貌较好,但焊缝起始点存在凹坑、裂纹等缺陷。为改善传动轴激光焊接起始点凹 坑、裂纹等缺陷,提高其焊接质量,本文提出了激光焊接功率缓升缓降叠加工艺 研究,分别对传动轴起弧点和收弧点进行了功率缓升、缓降以及缓升缓降叠加试 验研究,分析了焊缝宏观形貌、显微硬度以及扭转强度。结果表明:当功率缓升
缓降时间为 0.3s 时,焊缝起弧点和收弧点凹坑明显改善但存在未焊透段,缓升
缓降叠加后焊缝成形质量较好,焊缝区显微硬度和扭转强度都明显高于母材,各 个方面性能显著提高,更能满足恶劣环境下的服役要求。 关键词:激光加工装备,多功能,控制系统,传动轴,功率缓升缓降
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Abstract
With the development of laser processing technology, the complex structure of various fields has been transformed from the traditional processing to laser processing, which requires the laser processing equipment with multi-function and high flexibility. In order to solve some special parts need the in
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