CN106945288B - 一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法，在增材制造设备系统内预设刮刀传动机构的扭矩限定值，在粉末铺设过程中，若刮刀传动机构伺服电机的当前扭矩值≥伺服驱动器中预设的扭矩限定值，此时系统自动执行刮刀故障自动处理程序，将成形平台下降一定高度，执行刮刀故障复位命令，然后使刮刀归零，回到初始位置；落粉装置自动落粉，成形平台上升一定高度，刮刀进行移动，以完成当前层成形粉末的铺设，结束故障自动处理。本方法可自动处理铺粉过程中刮刀卡刀的问题，实现了增材制造设备的高度自动化，大大提高了生产效率。

Description

一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法

技术领域

本发明属增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法。

背景技术

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层和数控成形系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成形，制造出有特定几何形状零件的一种技术手段。

增材制造的工艺方法有很多种，主要分为基于送粉方式和基于铺粉方式的制造方法。基于铺粉方式的制造方法使用的铺粉装置可分为单向铺粉装置和双向铺粉装置。基于铺粉方式的增材制造铺粉系统，包括铺粉刮刀、刀架、铺粉传动机构等。

铺粉装置的铺粉过程为：铺粉装置从成形平台的一侧以预定的速度运动至成形平台的另一侧，完成成形平台表面第一层粉末的铺设，之后铺粉装置停留在成形平台的该侧，等待高能束对该层粉末进行扫描成形，当高能束完成该层粉末的扫描成形后，成形平台下降一个成形层厚，铺粉装置再从成形平台的该侧返回至起始点，此时双向铺粉装置就完成了第二层粉末的铺设，而单向铺粉装置只是返回起始点，再次从该侧运动到另一侧完成第二层粉末的铺设。

铺粉装置循环往复的铺设成形粉末，结合成形平台的不断下降及高能束的扫描成形，逐渐堆叠成形三维零件。

铺粉装置在循环往复的铺粉过程中，会因为循环气体的不稳定性、成形平台的精度差、成形参数的不完美等原因，造成铺粉装置在循环往复的铺粉过程中，刮刀刮蹭零件的情况，该情况较严重时，会造成铺粉传动机构的当前扭矩超过所预设定的扭矩限定值，而将刮刀卡停的情况。这时都需要通过人为干预，手动复位故障、人为控制成形平台的高度、手动进行铺粉操作等。这样频繁出现刮刀刮蹭的现象不仅会增加成形的时间、降低成形效率、增加成形的成本，更无法做到增材制造设备的高度自动化即24小时无人值守，严重时还有可能会影响成形零件的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法，可自动处理铺粉过程中刮刀卡刀的问题，又可实现增材制造的高度自动化，解决了现有刮刀故障需要人工处理的问题。

本发明所采用的技术方案是，在刮刀从成形平面的一侧向另一侧移动进行当前层粉末铺设过程中，若确定刮刀传动机构伺服电机的当前扭矩值≥伺服驱动器中预设的扭矩限定值，系统执行第一次刮刀故障自动处理程序，所述第一次刮刀故障自动处理程序包括以下步骤：

将成形平台下降A高度，执行刮刀故障复位命令，使刮刀归零，回到初始位置；落粉装置自动落粉，所述成形平台上升A高度，刮刀再次沿成形平面移动，以完成当前层成形粉末的铺设；故障自动处理结束，系统继续执行成形扫描动作。

本方案的特点还在于：

进一步地，上述方法还包括：

在所述刮刀沿所述成形平台移动的过程中，判断所述刮刀是否成功通过当前层成形区域；若确定所述刮刀未成功通过当前层成形区域，则执行第二次刮刀故障自动处理程序，所述第二次刮刀故障自动处理程序包括：

将所述成形平台下降A高度，执行刮刀故障复位命令，使刮刀归零，回到所述初始位置；落粉装置自动落粉，所述成形平台上升B高度，B高度小于A高度，刮刀再次沿所述成形平台移动，对所述当前层成形粉末进行铺设。

进一步地，增材制造设备系统中设置有计数器，通过该计数器记录第二次刮刀故障自动处理程序的执行次数。

进一步地，若计数器记录的数值超过预设的刮刀卡停故障次数阈值m，则增材制造设备暂停成形扫描工作。

进一步地，在执行第二次刮刀故障自动处理程序的过程中，判断刮刀是否成功通过当前层成形区域；若确定所述刮刀未成功通过当前层成形区域，则发出报警提示。

进一步地，A为一个成形层厚，B为0.5个成形层厚。

进一步地，第一次刮刀故障自动处理程序或第二次刮刀故障自动处理程序中，刮刀再次沿所述成形平面移动的速度低于所述刮刀进行当前层粉末铺设时的移动速度。

本发明的有益效果是，本发明方法可自动处理铺粉过程中刮刀卡刀的问题，实现了增材制造设备的高度自动化，大大提高了生产效率，在一定程度上做到了24小时无人值守，消弱甚至消除了因刮刀刮蹭因素造成的影响成形质量问题的隐患。

附图说明

图1是本发明成形区域示意图。

图中，1.成形平台，2.成形平面，3.成形零件，4.刮刀，5.刮刀传动机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

增材制造设备刮刀故障出现卡停时，通常表现为刮刀传动机构的扭矩过大，因此本发明在增材制造设备系统内预设刮刀传动机构的扭矩限定值，当刮刀从成形平面2的一侧运动到成形平面2的另一侧以完成成形零件3当前层成形粉末的铺设时，如图1所示，如果刮刀传动机构5伺服电机的当前扭矩值≥伺服驱动器中预设的扭矩限定值，就认为其已经发生了卡停故障，则此时系统便会自动执行刮刀故障自动处理程序。

扭矩限定值是通过伺服驱动器进行设置的，且通过伺服驱动器可以实时读取连接刮刀及刮刀架的传送机构中的伺服电机的当前扭矩。扭矩限定值具体根据实际而定，不可太大，亦不可太小，如果预设的扭矩限定值设定过大，极有可能会出现刮刀在铺粉过程中刮蹭成形零件，致使成形零件受损的情况；如果预设的扭矩限定值设定过小，就会出现刮刀频繁卡停的情况，反而增加了成形的时间、降低了成形的效率，提高了成形的成本，降低了设备的自动化程度。

若刮刀传动机构当前扭矩超过了系统预设的扭矩限定值，此时系统便会自动执行第一次刮刀故障自动处理程序。自动处理程序如下：

第一次故障自动处理：成形平台1下降A→刮刀4故障自动复位→刮刀4归零→落粉装置自动落粉(送粉)→成形平台1上升A→刮刀4以低于正常铺粉过程中刮刀移动的速度完成该层成形粉末的铺设，如果成功通过成形区域则可继续执行成形扫描动作。具体的，所述正常铺粉过程中刮刀移动的速度参数由所述增材制造设备提前预设。在出现刮刀故障之前，或者在刮刀故障自动处理过程结束后，所述增材制造设备的刮刀按照预先设定的所述速度参数运动。

如果未通过成形区域，刮刀又一次卡停，则再执行第二次刮刀故障自动处理程序：

第二次故障自动处理：成形平台1下降A→刮刀4故障自动复位→刮刀4归零→落粉装置自动落粉(送粉)→成形平台1上升B(B<A)→刮刀4再次以低于正常铺粉过程中刮刀移动的速度完成该层成形粉末的铺设，如果成功通过成形区域则可继续执行成形扫描动作。

上述程序具体按照以下步骤实施：

步骤1，当刮刀在铺粉过程中出现刮刀卡停情况时(第一次卡停)，先将成形平台下降A高度，将卡停刮刀的外力消除，A一般为一个成形层厚。然后自动执行刮刀故障复位命令，刮刀扭矩恢复正常，然后刮刀归零，回到初始位置，即刮刀进行当前层粉末铺设最初的位置。归零方式选择接近开关加零脉冲的方式。

步骤2，落粉装置自动落粉，成形平台上升A高度，刮刀以低于成形过程中刮刀移动的速度进行移动，以完成该层成形粉末的铺设，该过程中刮刀移动速度一般取正常铺粉过程中刮刀移动速度的1/2，刮刀成功通过成形区域到达成形区域的另一侧则故障处理结束，系统可继续执行成形扫描动作。

如果刮刀没能成功通过成形区域，又一次发生卡停(第二次卡停)，则执行以下步骤。

步骤3，将成形平台下降A高度，然后自动执行刮刀故障复位命令，并使刮刀归零，回到初始位置。

步骤4，落粉装置自动落粉，成形平台上升B高度，B<A，一般取0.5个层厚，然后刮刀再次以低于正常铺粉过程中刮刀移动的速度进行移动，以完成该层成形粉末的铺设，该过程中刮刀移动速度与步骤2相同。具体地，所述层厚为增材制造设备每次铺粉的厚度，所述层厚的数值可以根据成形材料及加工要求预先在增材制造设备系统中进行设置。如果刮刀成功通过成形区域到达成形区域的另一侧则故障处理结束，系统可继续执行成形扫描动作，并且该层需要扫描两遍以成功熔化该层粉末，是因为此时成形平台下降的总高度为一个成形层厚再加上一个A-B的高度，故，此时进行成形扫描时需要扫描两次，以确定能够完全烧透2A-B的成形层厚。

正常情况下，刮刀卡刀情况最多执行两次故障自动处理程序即可排除。特殊情况下，如果刮刀在故障自动处理过程中又没能成功通过成形区域，又一次发生卡停(第三次卡停)，此时增材制造设备就会发出报警，这时就需要人为干预以完成该层成形粉末的铺设及手动操作成形设备完成扫描该层的工作，手动进行成形扫描工作时，也需要扫描两次。该动作完成之后，人为操作设备才能再次进入到自动工作的状态。

为了保证设备正常运行，本发明在PLC程序中设置有计数器，若系统在某一层通过两次故障自动处理(即执行了第二次刮刀故障自动处理程序)才解决了当前层刮刀卡停故障，则在PLC程序中启用该计数器，并执行加1操作。通过该计数器记录通过两次故障自动处理才解决了当前层刮刀卡停故障的次数，以便后续查阅故障次数等信息。本发明可以在PLC程序中设定成形过程中可以接受的通过两次故障自动处理才解决了当前层刮刀卡停故障的次数m，若计数器记录的数值超过m，则应暂停自动成形扫描工作，查找原因，排除故障后，再次开始工作，若计数器记录的数值未超过m，设备仍然保持继续工作状态，但应提示操作人员留心观察设备当前运行情况。m根据不同零件成形的具体情况来设定。

Claims (6)

1.一种增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，包括：

在刮刀从成形平面的一侧向另一侧移动进行当前层粉末铺设过程中，若确定刮刀传动机构伺服电机的当前扭矩值≥伺服驱动器中预设的扭矩限定值，系统执行第一次刮刀故障自动处理程序，所述第一次刮刀故障自动处理程序包括以下步骤：

将成形平台下降A高度，执行刮刀故障复位命令，使刮刀归零，回到初始位置；

落粉装置自动落粉，所述成形平台上升A高度，所述刮刀再次沿所述成形平面移动，以完成当前层成形粉末的铺设；

故障自动处理结束，系统继续执行成形扫描动作；

在所述刮刀沿所述成形平台移动的过程中，判断所述刮刀是否成功通过当前层成形区域；

若确定所述刮刀未成功通过当前层成形区域，则执行第二次刮刀故障自动处理程序，所述第二次刮刀故障自动处理程序包括：

将所述成形平台下降A高度，执行刮刀故障复位命令，使刮刀归零，回到所述初始位置；

落粉装置自动落粉，所述成形平台上升B高度，B高度小于A高度，所述刮刀再次沿所述成形平台移动，对所述当前层成形粉末进行铺设；

所述增材制造设备系统中设置有计数器，所述方法还包括：通过该计数器记录所述第二次刮刀故障自动处理程序的执行次数。

2.根据权利要求1所述的增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，若所述计数器记录的数值超过预设的刮刀卡停故障次数阈值m，则所述增材制造设备暂停成形扫描工作。

3.根据权利要求1所述的增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，还包括：

在执行所述第二次刮刀故障自动处理程序的过程中，判断所述刮刀是否成功通过当前层成形区域；

若确定所述刮刀未成功通过当前层成形区域，则发出报警提示。

4.根据权利要求1所述的增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，所述A为一个成形层厚。

5.根据权利要求1所述的增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，所述B为0.5个成形层厚。

6.根据权利要求1所述的增材制造设备刮刀故障自动处理方法，其特征在于，所述刮刀再次沿所述成形平面移动的速度低于所述刮刀进行正常铺粉时的移动速度。