本文旨在开发新型金刚石钻头激光焊接装备,采用Festo气动机械手、Festo传感器、SIEMENS工业级PLC和Panasonic伺服电机等主要单元器件,深入研究了系统结构、精确定位、时序检测与程序稳定性等关键技术。主要研究工作如下:(1)设计了自动化金刚石钻头激光焊接系统的整体结构。根据金刚石钻头的规格与特点、国内外现状及其发展趋势,分析了影响激光焊接质量的主要工艺参数,重点阐明了焊接机床、焊接机械手的结构和工作原理。(2)构建了自动焊接系统硬件平台。根据系统电控信号的特点,设计了激光焊接各部分的电源、电气驱动接口与控制接口,探讨了S7-CPU224 PLC、EM223接口及其存储器的结构特点和工作原理,完成了系统的控制电路。(3)开发了控制系统软件。以S7-CPU224为核心,进行自动化激光焊接系统的软件功能设计、处理器算法设计、CPU及I/O信号合理的数据分配,论述了焊接系统的运动控制原理,并给出用户操作的设计方案,编制了具体的焊接程序。(4)进行了系统安装、调试和焊接测试试验。所研制的金刚石钻头激光焊接系统适用于直径φ20mm-φ300mm各种钻头,焊接速度在1.0-2.4(m/min)范围内任意可调。系统具有按设置的刀头长度、刀头个数、钻头直径、焊接速度、电机倍频数等工艺参数进行自动焊接的功能。可以选择自动或手动焊接模式,易于进行连续焊接和单步调试。界面操作简便,能自动识别故障,辅助快速纠正错误。本文研制的自动化金刚石钻头激光焊接设备,克服了手动装夹刀头的局限性,无需专用夹具,具有自主知识产权和一定的集成创新性,有利于打破德国在金刚石钻头激光焊接领域的技术垄断,提高我国金刚石工具制造与激光装备制造业的整体水平。