Введение 5
Глава 1 7
Роботизированная лазерная сварка: технология, стандарты, особенности
применения 7
Поиск патентной информации 9
Глава 2 33
Анализ основных функциональных компонентов для роботизированной
лазерной сварки 33
Обзор лазерной системы слежения 34
Выбор лазера для сварки тел вращения 38
Лазерная сварка на основе роботов 44
Глава 3 48
Расчёт тепловых полей при сваривании тел вращения лазерным лучом 48
Заключение 54
Список использованных источников 56
Приложения 59
Во второй половине XX века для решения сложных технологических задач создания новой техники стали использовать и развивать методы обработки материалов, основанные на немеханическом воздействии инструмента на заготовку. В основном для реализации таких методов используется фокусированный пучок заряженных частиц или фотонов - лазер. В связи с этим возникает необходимость автоматизации производства на базе промышленных роботов, позволяющих обеспечить полный цикл обработки с высокой производительностью и точностью, избежать перерывов и производственных ошибок, свойственных человеку.
Как метод обработки, роботизированная сварка стала широко применяться в автомобилестроении, и в настоящее время практически все автомобильные производства в мире оснащены конвейерами, которые могут состоять из нескольких сотен роботизированных комплексов. На сегодняшний день активно развивается роботизированная лазерная сварка, позволяющая лазеру сфокусироваться на точке с варьированием от 0,2мм, с минимальным тепловым воздействием на изделие и высокой точностью и качеством сварки. Возможность выдержать сверхвысокие длины фокусировки (до 2 метров) и обеспечить сварку с дистанционным управлением существенно увеличивает производительность изготовления изделия и использование сварочного процесса.
Актуальность. Позиционирование входящих деталей и вращение их во время сваривания лазерным лучом - процесс, имеющий большое значение на любом современном производстве с высокой производительностью или большим весом и габаритами изделий. Так, роботы применяются для размещения и вращения изделий в процессе лазерной сварки и укладки их на соответствующие поддоны.
Цель работы - разработать установку лазерной сварки тел вращения с использованием роботов для позиционирования входящих деталей.
1. Рассмотреть технологии и особенности применения роботизированной лазерной сварки.
2. Провести поиск патентной информации.
3. Раскрыть особенности газовых, твердотельных и волоконных лазеров.
4. Рассмотреть лазерную систему слежения
5. Охарактеризовать лазерную сварку на основе роботов
6. Рассчитать тепловые поля при сваривании тел вращения лазерным лучом.
7. Разработать установку для лазерной сварки тел вращения
Объект исследования - лазерная сварка тел вращения Предмет исследования - установка лазерной сварки тел вращения на основе роботов для позиционирования входящих деталей.
Основные задачи работы были решены на основе теоретических и экспериментальных методов исследования. При написании работы были использованы следующие методы исследования:
-изучение научно-методической литературы
-анализ
-синтез
-сравнение и обобщение -теоретический анализ и синтез -классификация -метод триангуляции
При подготовке выпускной квалификационной работы была определена цель - разработать установку для лазерной сварки тел вращения с использованием роботов для позиционирования входящих деталей.
Для достижения цели этой работы способствовало решение следующих
задач:
1. Рассмотрены технологии и особенности применения роботизированной лазерной сварки.
2. Проведён поиск патентной информации.
3. Раскрыты особенности газовых, твердотельных и волоконных лазеров.
4. Рассмотрена лазерная система слежения
5. Охарактеризована лазерная сварка на основе роботов
6. Рассчитаны тепловые поля при сваривании тел вращения лазерным лучом.
7. Разработана установка для лазерной сварки тел вращения.
Объектом исследования являлась лазерная сварка. Лазерная сварка считается наиболее характерным процессом для внедрения роботов. Современный промышленный робот в большинстве случаев применяется для замены ручного труда. Так, автоматизированные системы повышают производительность процесса, качество обработки изделия и безопасность работы роботов при лазерной сварке тел вращения.
Задачи решены следующим образом:
Сварка на основе волоконных лазеров обеспечивает высокие характеристики сварных швов за счёт ведения процесса в режим глубокого («кинжального») проплавления, малого объёма расплавленного металла и незначительного размера зоны термического влияния. Мощность лазерного излучения волоконного лазера равна 5000Вт; скорость сканирования лазерного пучка по поверхности 0.1266м/с; радиус пятна лазерного излучения равен 0.002м.
невозможностью изготовить деталь полностью соответствующую её эталонной ЭЭ-модели в определённых случаях:
■Сварка длинных непрерывных швов на крупногабаритных деталях
■Сварка кольцевых швов
■При корректировании параметров процесса сварки (скорость, ток, напряжение) в зависимости от геометрии стыка (величина зазора, фаски, угол фаски и т.д.)
В нашем случае при сваривании тел вращения лазерная система слежения управляет движением сварочной головки в реальном времени на основании зрительной информации об искажении лазерного луча на стыке свариваемых деталей. Тем самым, лазерная система слежения, применяемая в разработанной установке, решает проблему точности сваривании кольцевых швов.
Использование роботов в этой работе полностью автоматизирует сварочный процесс. Фиксирование входящих деталей и вращение их во время сварки в целом заменяет оснастку, характеризует качество сварных изделий и производительность построенной системы на любом современном производстве с изделиями, имеющими большой вес и габариты.
Режим лазерной сварки для тел вращения обеспечивает оптимальную скорость сканирования лазерного пучка по поверхности (0.1266м/с). При этом мощность лазерного излучения равна 5000Вт и радиус пятна лазерного излучения равен 0.002м. Следовательно, этот режим лазерной сварки подходит для получения неразъёмного соединения заготовок из материалов сталь 20ХГН2ТА и 15ХГНМТА.
Таким образом, задачи решены в полном объёме, цель достигнута - разработана установка лазерной сварки тел вращения с использованием роботов для позиционирования и вращения входящих деталей.
В заключении хочется отметить, что разработанная установка может стать объектом для дальнейших исследований и совершенствований.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
