發(fā)布時(shí)間：2017-09-19 09:02

  本文關(guān)鍵詞：中厚板機(jī)器人數(shù)字化等離子切割系統(tǒng)及工藝研究

  更多相關(guān)文章： 中厚板 機(jī)器人 等離子切割 數(shù)字化控制 切割工藝

【摘要】：近年來(lái),中厚板鋼材在鋼鐵工業(yè)應(yīng)用中的比例逐年增加;其中,2015年應(yīng)用于橋梁、船舶、航空等領(lǐng)域的中厚鋼板產(chǎn)量已高達(dá)1.3億噸,迫切需要優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的中厚板熱切割系統(tǒng)。在中厚板熱切割領(lǐng)域,等離子切割由于最高的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性而具有廣泛應(yīng)用前景�，F(xiàn)階段,大功率等離子切割電源啟動(dòng)穩(wěn)定性差、控制精度低、數(shù)字化程度低、集成度低等缺點(diǎn),成為限制其在中厚板領(lǐng)域推廣應(yīng)用主要原因。因此,開(kāi)展中厚板機(jī)器人數(shù)字化等離子切割系統(tǒng)及工藝性能研究具有重要的理論與工程意義。在廣東省工業(yè)高新技術(shù)領(lǐng)域科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013B010402007)以及廣東省數(shù)控一代機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用示范工程專項(xiàng)資金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013B011302006)的資助下,本文針對(duì)中厚板等離子切割存在的問(wèn)題,結(jié)合機(jī)器人技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了集穩(wěn)定性、工藝性、系統(tǒng)性于一體的機(jī)器人數(shù)字化等離子切割系統(tǒng)。論文首先闡述并分析了等離子切割設(shè)備與工藝的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì);結(jié)合中厚板等離子切割工藝要求,完成機(jī)器人等離子切割系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。其中,切割系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括數(shù)字化切割電源設(shè)計(jì)、水電氣控制箱設(shè)計(jì)、機(jī)器人控制設(shè)計(jì)。數(shù)字化等離子切割電源主電路設(shè)計(jì)主要包括三相EMI濾波器設(shè)計(jì)、功率主電路設(shè)計(jì)、高頻起弧模塊設(shè)計(jì)。切割系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要以STM32F405RGT6為核心搭建外圍控制電路,包括MCU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、故障診斷電路設(shè)計(jì)、通信與隔離電路設(shè)計(jì)。切割系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要以FreeRTOS實(shí)時(shí)內(nèi)核為編程環(huán)境,基于MDK-ARM平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)主程序、電流軟啟動(dòng)程序、數(shù)字化均流程序、系統(tǒng)故障中斷保護(hù)程序、通信系統(tǒng)程序。最后,在模擬負(fù)載和實(shí)際切割狀態(tài)下,以搭建的機(jī)器人數(shù)字化等離子切割系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行輸出波形、電流軟啟動(dòng)、均流與效率、模擬拉弧實(shí)驗(yàn)等測(cè)試;通過(guò)改變PID、氣體壓力、切割電流、切割速度、噴嘴直徑等參數(shù)進(jìn)行了大量的中厚板低碳鋼切割工藝實(shí)驗(yàn),利用實(shí)驗(yàn)儀器采集波形及割縫質(zhì)量數(shù)據(jù),并對(duì)不同參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的中厚板機(jī)器人數(shù)字化等離子切割系統(tǒng),具有啟動(dòng)穩(wěn)定性好、控制精度高、數(shù)字化程度高等優(yōu)點(diǎn);結(jié)合機(jī)器人控制實(shí)現(xiàn)良好的工藝性能,切面平整度、坡角及掛渣量達(dá)到了類激光切割水準(zhǔn),進(jìn)一步驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的可行性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：中厚板 機(jī)器人 等離子切割 數(shù)字化控制 切割工藝
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242;TG483
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 常用熱切割技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比13-16
• 1.2.1 火焰切割基本原理及其現(xiàn)狀概述14-15
• 1.2.2 激光切割基本原理及其現(xiàn)狀概述15-16
• 1.3 等離子切割原理及對(duì)電源的性能要求16-19
• 1.3.1 等離子切割原理概述16-17
• 1.3.2 中厚板等離子切割對(duì)電源性能的要求17-19
• 1.4 等離子切割的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)19-24
• 1.4.1 國(guó)內(nèi)外等離子切割電源研究現(xiàn)狀19-23
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)外等離子切割工藝研究現(xiàn)狀23-24
• 1.4.3 等離子切割發(fā)展趨勢(shì)24
• 1.5 等離子切割工藝的研究?jī)?nèi)容24-28
• 1.5.1 等離子切割工藝影響因素24-27
• 1.5.2 等離子電弧特性27-28
• 1.5.3 等離子切割電源影響28
• 1.6 課題研究的主要內(nèi)容28-30
• 第二章 機(jī)器人等離子切割系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)30-47
• 2.1 等離子切割電源總體方案30-31
• 2.1.1 等離子切割電源性能指標(biāo)30
• 2.1.2 等離子切割電源總體設(shè)計(jì)30-31
• 2.2 三相EMI濾波器設(shè)計(jì)分析31-35
• 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)32
• 2.2.2 工作原理及建模分析32-34
• 2.2.3 參數(shù)設(shè)計(jì)34-35
• 2.3 功率主電路設(shè)計(jì)35-44
• 2.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇35-37
• 2.3.2 工作原理分析37-38
• 2.3.3 輸入整流器件選型38-39
• 2.3.4 功率管IGBT選型39
• 2.3.5 RC緩沖吸收電路設(shè)計(jì)39-41
• 2.3.6 主變壓器設(shè)計(jì)41-43
• 2.3.7 輸出整流器件選型43-44
• 2.4 水電氣控制箱設(shè)計(jì)44
• 2.5 高頻起弧模塊設(shè)計(jì)44-46
• 2.4.1 引弧電路原理分析45
• 2.4.2 引弧控制電路設(shè)計(jì)45-46
• 2.6 本章小結(jié)46-47
• 第三章 數(shù)字化切割系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)47-64
• 3.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)47-48
• 3.2 MCU最小控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-49
• 3.3 控制電路設(shè)計(jì)49-57
• 3.3.1 PWM信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)50-51
• 3.3.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)51-52
• 3.3.3 電流電壓采樣電路設(shè)計(jì)52-57
• 3.4 故障診斷保護(hù)電路設(shè)計(jì)57-60
• 3.4.1 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)57-58
• 3.4.2 欠壓過(guò)壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)58-59
• 3.4.3 缺相保護(hù)電路設(shè)計(jì)59
• 3.4.4 過(guò)熱保護(hù)電路設(shè)計(jì)59-60
• 3.5 隔離電路設(shè)計(jì)60-63
• 3.5.1 線性光耦隔離電路設(shè)計(jì)60-61
• 3.5.2 通信隔離電路設(shè)計(jì)61-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第四章 數(shù)字化切割系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)64-83
• 4.1 基于MDK-ARM軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境64-65
• 4.2 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)65-68
• 4.2.1 程序模塊化設(shè)計(jì)65-66
• 4.2.2 控制主程序設(shè)計(jì)66-68
• 4.3 電流軟啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)68-73
• 4.3.1 PID控制策略69-72
• 4.3.2 電流軟啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)72-73
• 4.4 數(shù)字化均流程序設(shè)計(jì)73-79
• 4.4.1 模擬均流方法74-77
• 4.4.2 數(shù)字均流方法77-78
• 4.4.3 基于DSC的數(shù)字化均流方案設(shè)計(jì)78-79
• 4.5 故障中斷保護(hù)程序設(shè)計(jì)79-80
• 4.6 通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)80-82
• 4.7 本章小結(jié)82-83
• 第五章 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析83-109
• 5.1 試驗(yàn)平臺(tái)介紹83-85
• 5.2 等離子切割電源整機(jī)波形測(cè)試85-87
• 5.2.1 驅(qū)動(dòng)波形測(cè)試85-86
• 5.2.2 變壓器波形測(cè)試86-87
• 5.2.3 輸出波形測(cè)試87
• 5.3 等離子切割電源性能測(cè)試87-92
• 5.3.1 軟件型電流軟啟動(dòng)測(cè)試88
• 5.3.2 輸出外特性測(cè)試88-90
• 5.3.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試90
• 5.3.4 數(shù)字化均流與效率測(cè)試90-91
• 5.3.5 拉弧實(shí)驗(yàn)測(cè)試91-92
• 5.4 等離子切割工藝試驗(yàn)92-108
• 5.4.1 PID對(duì)起弧性能與切割質(zhì)量的影響93-95
• 5.4.2 氣體壓力對(duì)切割質(zhì)量的影響95-100
• 5.4.3 切割電流對(duì)切割質(zhì)量的影響100-104
• 5.4.4 切割速度對(duì)切割質(zhì)量的影響104-107
• 5.4.5 噴嘴直徑對(duì)切割質(zhì)量的影響107-108
• 5.5 本章小結(jié)108-109
• 結(jié)論109-111
• 參考文獻(xiàn)111-118
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果118-119
• 致謝119-120
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)120

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本文編號(hào)：880706