电弧增材成型运动控制的寻迹与实现研究

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1、硕士学位论文电弧增材成型运动控制的寻迹与实现研究RESEARCHONTRACKINGANDREALIZATIONOFARCADDITIVEFORMINGMOTIONCONTROL王梓涵哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH271学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文电弧增材成型运动控制的寻迹与实现研究硕士研究生：王梓涵导师：李成伟教授申请学位：工学硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TP271U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTRACKINGANDREALIZATIONOFARCADDITIVEFORMINGMOTIONCONTROLCandidate：ZihanWangSupervisor：Prof.ChengweiLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMete

3、rEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要电弧增材制造技术（WireArcAdditiveManufacture，WA-AM）利用计算机辅助设计三维坐标，合理规划路径，层层堆积熔敷金属，最终得到三维实体工件，具有材料利用率

4、高，生产周期短，制造成本低，致密性良好，材料成分均匀，冶金性能良好、力学性能优良等优点。目前，大多数学者致力于研究电弧增材的制造工艺，对于电弧增材设备的研究处于单热源阶段，且多数用于小型零件成型。本文以多热源立式增材制造设备为研究基础，旨在完成增材制造轨迹规划及实现，满足增材工艺要求，设计了一套智能WA-AM控制系统，该控制系统实施分层分级管理模式，包括上位机、人机界面监控，下位机PLC控制和伺服电机实现轨迹扫描。首先完成WA-AM智能控制系统整体方案设计和硬件选型，根据控制系统的需求和功能，设计了以

5、汇川AM600中型PLC为核心控制器，搭配相应伺服系统，构成下位机；编写上位机和人机界面实现分层分级管理，完成多热源电弧增材自动化成形。其次明确实现增材制造过程中需要考虑和控制的工艺参数，包括设置合适的焊道间距和焊层高度，控制焊点温度和熔敷速度在误差允许范围内保持稳定，研究完成单层扫描的路径算法。最后设计WA-AM智能控制软件系统，上位机软件具有用户层、控制层、存储层三层结构，共同完成登录验证、信息监测、运动控制、数据存储的功能；编写多个人机交互功能良好的人机界面，实现控制系统操作者级别控制；研究设计

6、下位机软件系统，优化轨迹扫描算法，满足焊接工艺控制要求，实现人主机辅、人辅机主、人机协调三种工作模式。基于WA-AM智能控制系统实施了模拟件成型试验，验证了控制系统的可实现性和稳定性，经过数据分析可知，成形精度满足要求，熔敷速度误差较小，满足成型工艺要求。关键词：电弧增材制造；控制系统；轨迹扫描；LabVIEW；AM600-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWireArcAdditiveManufacture（WA-AM）usescomputer-aideddesignofthree-

7、dimensionalcoordinates,rationalplanningofpaths,depositingdepositedmetallayers,andfinallyobtainingthree-dimensionalsolidworkpieces,whitchhastheadvantagesofhighmaterialutilization,shortproductioncycle,lowmanufacturingcost,goodcompactness,uniformmaterialco

8、mposition,goodmetallurgicalperformanceandexcellentmechanicalproperties.Recently,mostscholarsaredevotedtostudyingthemanufacturingprocessofarcadditivematerials.Theresearchonarcadditiveequipmentisinthestageofsingleheatsource,andmost