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金属零件弧焊直接成形控制系统关键技术研究

作　者: 牛正蕊
导　师: 张海鸥
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 弧焊快速成形熔积控制 PLC
分类号: TG444
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

弧焊快速成形技术是将焊接工艺与快速成形技术相结合以直接制造金属零件的一种新型工艺,因其设备简单、成本较低、可控性强、能熔化各种难熔金属等优点,成为最有希望实现高质量满密度金属零件直接制造的方法之一,具有广泛的发展前景。然而,目前焊接快速成形零件的精度仍然不高,成形过程中的变形难以避免,致使该技术距实用化还有差距。因此,有效控制弧焊熔积成形过程中的热量输入以及成形材料用量,提高成形过程的稳定性是解决上述问题的关键之一。本项研究是在课题组已有的等离子熔积快速成形数控系统原型的基础上,针对等离子粉末堆焊和脉冲MIG焊两种焊接工艺,开发稳定可靠的弧焊熔积控制系统。该系统不仅能够独立进行焊接控制,还能与运动控制单元相协调,实现快速成形轨迹运动过程中自动起弧、熄弧,并能根据外部采样信号,实时调整焊接规范。本文主要介绍了堆焊控制系统的软硬件设计,利用外部模拟量控制板进行焊接电压、送丝速度、送粉量等模拟信号的采样及处理;采用PLC为微处理器,进行焊机、送丝机、送粉电机等现场设备开关信号的处理。熔积控制系统选用了性能稳定、抗干扰性强的FX1N-60MR-001型PLC为现场设备控制核心,处理来自PMAC运动控制卡和控制柜面板上的开关信号,实现了焊接手动单步控制及自动时序控制;利用所选的运动控制卡的原有D/A通道,配合外部模拟量控制电路,对焊接过程中的关键参数进行采样并在线调节。熔积控制系统与PMAC卡的信号交互,实现了运动控制与熔积控制的同步协调。在充分了解两种焊接工艺的基础上,制定了焊接快速成形自动控制的时序逻辑。采用三菱公司提供的PLC编程软件GX Developer编制PLC应用程序,并对此程序进行了有效调试,实现对现场设备的手动及自动控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题的目的和意义  8-10
  1.3 焊接快速成形工艺的发展现状及国内外研究情况  10-17
  1.4 焊接快速成形工艺存在的问题  17-18
  1.5 本文研究内容  18-21
2 弧焊快速成形控制系统总体设计  21-32
  2.1 弧焊金属零件快速成形控制系统总体结构设计  21-22
  2.2 数控运动控制模块  22-23
  2.3 等离子粉末堆焊模块  23-24
  2.4 脉冲熔化极气体保护焊模块  24-26
  2.5 模拟量控制电路设计  26-32
3 基于PLC 的焊接控制系统软硬件设计  32-49
  3.1 PLC 控制系统硬件设计  32-37
  3.2 PLC 控制系统软件设计  37-46
  3.3 系统调试和运行  46-49
4 脉冲熔化极气体保护焊快速成形系统试验测试及研究  49-56
  4.1 外部控制模拟量标定  49-51
  4.2 焊接工艺参数优化  51-56
5 总结及展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62

金属零件弧焊直接成形控制系统关键技术研究

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