【《机器人辅助电弧增材制造的成形影响因素分析》2200字】

机器人辅助电弧增材制造的成形影响因素分析目录TOC\o"1-3"\h\u27096机器人辅助电弧增材制造的成形影响因素分析 1276951.1引文 1275951.2机器人路径规划对成形效果的影响 1188191.3焊枪结构对成形效果的影响 224071.4起收弧处的处理对成形效果的影响 3129331.5焊机工艺参数与机器人运动参数匹配对成形效果的影响 3248241.6成形缺陷的种类与成因 4引文在经过上一章对于机器人辅助电弧增材制造的成形过程的描述分析以及其中出现的成形特征的推测总结后，本章将围绕机器人路径规划、焊枪结构、起收弧处理、焊机工艺参数与机器人运动参数匹配等方面对影响成形的因素进行讨论，最后尝试总结掌握机器人辅助电弧增材制造的成形规律。机器人路径规划对成形效果的影响传统的增材制造设备是在三坐标平台上进行增材制造，这种平台仅能提供三个自由度的平移运动。增材制造技术是依靠材料的重力作用进行逐层堆积，在生产制造含有悬空结构的零件时，由于悬空部分需要下方支撑才能进行有效成形，因此在进行成形路径规划时必须考虑并添加用来支撑悬空结构的支撑结构，这类结构既会消耗大量时间和材料用来对其制造成形，又需要在最后去除这类不属于零件本身的结构，而在去除的过程中不仅耗时耗力，更增加了零件受损的可能。工业机器人的引入使得在增材制造的过程中，可以通过机器人旋转移动焊枪，减少支撑结构的需要，从而实现增材制造的高效成形。针对于大尺寸复杂结构零件，往往需要首先对成形零件进行分层处理，通过不同的分层策略，将会对后续路径规划产生深远影响，进而影响到最终成形效果的好坏。目前分层策略还主要仅限于平面分层，但是这种策略在针对含有曲面的结构时反而成形效果不佳，然而目前曲面分层的使用条件较为严苛，往往需要内外两曲面外形近似才能实现，因此尽管曲面分层可以有效改善平面分层带来的台阶效应，也因为目前研究较少而难以得到实际应用。由于WAAM技术使用电弧作为热源，使得焊道较宽，因此可能会在进行分层成形后出现成形表面与预期不符的问题，对成形精度造成影响。除此之外，通过总结提取增材制造中的典型结构特征，针对性地对其路径规划、工艺参数进行系统性深入研究，可以在进行复杂结构零件成形过程中，将其分解为多个典型结构进行路径规划与工艺选择，最后实现满意的成形效果。在确定了分层之后，由于成形平面边缘可能不是简单轨迹，因此需要针对零件轮廓进行单层的路径规划，同时统筹兼顾后续层面的成形。由上一章内容可知，成形终点处的成型效果难以控制，因此需要竭力避免非连续轨迹，同时深刻考虑WAAM技术带来的更大的成形宽度问题，要保证零件内部均得到有效填充从而确保零件成形效果良好。综合本节内容可知，工业机器人的引入使得增材制造可以减少使用耗时废料的支撑结构，避免了对成形零件的损害。通过对零件有效巧妙的分层处理，可将复杂零件分解为多层平面路径规划问题，在充分考虑成形效果与成形连续性的情况下，实现高效的成形制造。焊枪结构对成形效果的影响本实验所用焊枪为TOPTIG同轴送丝焊枪（如图5.1(a)所示），相较于传统的旁轴送丝焊枪（如图5.1(b)所示），旁轴送丝焊枪在进行增材制造的过程中，由于与焊枪电极轴线夹角过大，使得成形表面质量会受到多种因素的影响。旁轴送丝会因为送丝器的原因使得其可能会碰触到成形结构，为了避免造成焊枪受损以及成形失效，需要在路径规划的同时时刻考虑焊枪姿态，这无疑给路径规划带了更多的工作量，并且大大降低了成形效率。而且旁轴送丝速率极慢，这更是严重影响了零件成形效率以及效果。而采用了同轴送丝技术后，可以形成更加均匀的熔覆面，使熔覆表面质量更高，有利于零件的成形。(a)同轴送丝(b)旁轴送丝图5.1两种不同送丝方式焊枪综合本节可知，同轴送丝不仅加快了送丝速度，提高了成形效率，还可以有效提升成形表面质量，并且可以减少路径规划的限制与干扰，能够更加高效地进行增材制造。起收弧处的处理对成形效果的影响在上一章对于典型结构的成形特征进行观察时，可以发现熄弧处有明显的高度降低，影响了最终的成形效果。为了解决起收弧高度不同带来的成形问题，可以尝试将单次成形路径设置为同一位置，以直壁构件为例，可以采用往复运动轨迹以实现起收弧位置重合。或者针对起收弧处进行焊机参数的调整，显然在起弧处电弧需要首先熔化基板形成熔池，之后才能进行正常的成形移动，此处会因为需要加热熔化温度较低，因此成形高度偏高；而在收弧处，由于之前正常的移动成形已经加热了后续移动位置，因此此处温度明显偏高，造成熔化材料无法及时凝固，进而导致成形高度降低，乃至出现塌陷。因此，可以通过在起弧处提高焊接电流，在收弧处降低，以实现两位置成形效果的接近，同样的在调整焊接电流的同时，送丝速度也需要相应改变以确保具有同样的成形效果。焊机工艺参数与机器人运动参数匹配对成形效果的影响由上一节与本章第一节可以知道，机器人运动参数与焊机工艺参数将显著影响到零件成形的效果，而且从上一章可以得知，二者参数的不匹配将极易导致成形缺陷的出现，焊机焊接电流大小将主要影响到熔池深度大小以及温度；送丝速率将对焊丝熔滴过渡产生影响，进而决定成形表面质量；机器人运动状态会对成形质量产生作用。在以三者为代表的参数处于适合的范围内时，在各方面改善零件的成形效果；而当某些参数匹配不当时，会导致成形表面出现明显缺陷。成形缺陷的种类与成因空腔缺陷主要出现在大截面零件成形制造的过程中，零件实际成形中心偏离了焊枪实际中心位置，使得熔覆层表