在船舶制造、工程机械、煤矿机械、立体车库、桥梁制造等行业立角焊都是一个非常重要的环节,其焊接质量和自动化程度的高低直接影响着工件的质量和生产效率。立角焊一直以来都是焊接的一个难点,其焊接质量比立焊和角焊都难控制,是制约焊接自动化生产线发展的一个重要影响因素。在现有技术中,立角焊机床具有自动化程度低、焊机机头大、焊机调整困难、生产率低和柔性化程度低等缺陷。因此,进行立角焊的焊接工艺分析和立角焊自动焊接机床的研究设计具有十分重要的意义。课题主要研究内容如下:(1)采用有限元非线性瞬态热分析的方法,对比分析了不同焊枪倾角条件下T型焊件立角焊温度场的变化,分析时考虑了材料热物理性能的非线性,并采用过渡网格以提高计算精度,对热源模型进行了修正以考虑焊枪倾角对焊接温度场的影响,利用生死单元技术对焊接过程进行模拟。(2)利用MAG焊接技术分别对5mm和10mm厚的T型焊件的立角焊缝进行实验分析,并讨论了立角焊不同焊接工艺条件(不同焊接方向,不同摆动方式,尤其是不同焊枪倾角)对焊缝成形的影响。(3)针对立角焊焊接机床存在的问题和实验分析提出的立角焊焊接工艺需求,提出了两种自动焊接机床的方案,从机床的自由度、性能、产能、柔性化程度和成本等方面综合对比分析了这两种方案,最终确定了可旋转四机头自动焊接机床的方案,并制定了机床的主要技术规格参数。(4)介绍了立角焊自动焊接机床的主要组成部分及其工作原理,对主要机械结构进行了详细的设计选型,并建立了机床的三维模型。采用伺服气缸作为动力源,实现了焊枪与水平面夹角的自动柔性化调整;在分析求解焊枪位姿姿态数学模型的基础上,利用伺服气缸实现了焊丝与焊缝距离的自动补偿;使用柔性对中装置实现了焊丝与焊缝的自动对齐。利用动画仿真技术建立了机床的仿真演示模型,对机床的设计方案和动作流程进行更直观的展示。