CN109202076A - 一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法；其在密封成型室内配置了送丝增材头、送粉熔覆头、高速旋转铣削头、熔池在线监控系统、多轴机器人和两轴变位机等。多轴机器人末端通过法兰盘螺栓连接有快速换手装置。该快速换手装置为气动装置，可快速装夹送丝增材头、送粉熔覆头、高速旋转铣削头。本设备等离子弧焊增材备、高速电主轴减材设备于一体，可完成一定精度的复合增减材加工制造。设备为单元化智能设备，可自动切换增材、减材工具。配合熔池在线监控系统，设备可成型精度较高的零件。
Description
技术领域
本发明涉及增减材复合制造领域，尤其涉及一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法。
背景技术
针对航天领域里大型构件，利用传统的制造方法进行很难制造，甚至制造不出比较复杂的零件。经常是需要修改零件的结构达到能够制造的目的，但这样会大大降低零件的性能。另外传统的制造业制造复杂零件成本较高，制作周期非常长，不利于航天航空前期的研发。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，包括密封成型室5、集成控制系统12；所述密封成型室5的底部设置有两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10；
所述两轴变位机15上设有用于对放置在其上的熔池进行加热的加热垫14，所述多轴机器人13以及熔池在线监控系统10分别位于两轴变位机15的两侧；
所述密封成型室5的外部设置有送粉装置2和送丝装置3；所述送粉装置2的送粉熔覆头7以及送丝装置3的送丝增材头4均位于密封成型室5的内部；
所述两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10、送粉装置2和送丝装置3分别信号连接集成控制系统12。
所述密封成型室5的外部还设置有加热保温模块11和保护气瓶8；保护气瓶8为密封成型室5提供保护气体；所述加热保温模块11通过电缆与加热垫14连接，保护气瓶8通过气管与密封成型室5连接。在密封成型室5顶部还设有有冷却水循环装置1；所述冷却水循环装置1通过管路分别与送丝增材头4和送粉熔覆头7连接。
所述熔池在线监控系统10包括其前端安装的摄像机，该摄像机像素为4K。
所述两轴变位机15包括打印平台16、X轴旋转电机17、Z轴旋转电机18、支撑架结构19、底座20；
所述打印平台16设置于由X轴旋转电机17和Z轴旋转电机18驱动的X轴和Z轴旋转机构上；该X轴和Z轴旋转机构由支撑架结构19承载；支撑架结构19安装在底座20上。
所述X轴旋转机构可旋转270°，Z轴旋转机构可旋转360°。
所述送丝装置3通过丝材管道与送丝增材头4连接，送粉装置2通过送粉管道与送粉熔覆头7连接。
所述多轴机器人13为五轴工业机器人，其负载为200KG；
多轴机器人13用于增材制造作业中更换或者装夹送丝增材头4、送粉熔覆头7或者旋转铣削头9。
本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备的运行方法，如下步骤：
将待加工的零件三维模型放在Magics软件中，处理零件数据，得到切片文件；
启动制造设备，将零件切片文件导入集成控制系统12，并设置加工参数；
多轴机器人13得到数据后，密封成型室5内通入保护气体，多轴机器人13带动机械手夹持送丝增材头4或者送粉熔覆头7，开始增材制造作业；
当零件成型层数达到预定层数时，多轴机器人13的机械手将送丝增材头4或者送粉熔覆头7放回固定工位，再夹持旋转铣削头9对零件进行表面精整加工；
直到零件全部加工完成，并达到所需要求的加工精度和表面质量，关闭保护气体，取出零件，关闭制造设备电源。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明通过引入送丝增材头、送粉熔覆头7和(高速)旋转铣削头9，将它们有机整合在一起，实现了复杂零件加工的同时，也能保持零件具有较高的尺寸精度。
本发明通过引入多轴机器人13、两轴变位机15可尽可能增加零件成型的自由度，避免多余的支撑的添加，实现“零”支撑。
本发明通过引入熔池在线监控系统10可以随时监控成型的效果，随时反馈到集成控制系统，并实时地调整成型的工艺参数。
本发明作业过程在通入保护气体的密封成型室5内完成，可以防止成型过程中过热的零件氧化，保证成型零件的质量。
附图说明
图1为本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备结构示意图。
图2为两轴变位机结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-2所示。本发明公开了一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，包括密封成型室5、集成控制系统12；所述密封成型室5的底部设置有两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10；
所述两轴变位机15上设有用于对放置在其上的熔池进行加热的加热垫14，所述多轴机器人13以及熔池在线监控系统10分别位于两轴变位机15的两侧；
所述密封成型室5的外部设置有送粉装置2和送丝装置3；所述送粉装置2的送粉熔覆头7以及送丝装置3的送丝增材头4均位于密封成型室5的内部；
所述两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10、送粉装置2和送丝装置3分别信号连接集成控制系统12。
所述密封成型室5的外部还设置有加热保温模块11和保护气瓶8；保护气瓶8为密封成型室5提供保护气体；所述加热保温模块11通过电缆与加热垫14连接，保护气瓶8通过气管与密封成型室5连接。在密封成型室5顶部还设有有冷却水循环装置1；所述冷却水循环装置1通过管路分别与送丝增材头4和送粉熔覆头7连接。
所述熔池在线监控系统10包括其前端安装的摄像机，该摄像机像素为4K。
所述两轴变位机15包括打印平台16、X轴旋转电机17、Z轴旋转电机18、支撑架结构19、底座20；
所述打印平台16设置于由X轴旋转电机17和Z轴旋转电机18驱动的X轴和Z轴旋转机构上；该X轴和Z轴旋转机构由支撑架结构19承载；支撑架结构19安装在底座20上。
所述X轴旋转机构可旋转270°，Z轴旋转机构可旋转360°。
所述送丝装置3通过丝材管道与送丝增材头4连接，送粉装置2通过送粉管道与送粉熔覆头7连接。
所述多轴机器人13为五轴工业机器人，其负载为200KG；
多轴机器人13用于增材制造作业中更换或者装夹送丝增材头4、送粉熔覆头7或者旋转铣削头9。
本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备的运行方法，如下步骤：
将待加工的零件三维模型放在Magics软件中，处理零件数据，得到切片文件；
启动制造设备，将零件切片文件导入集成控制系统12，并设置加工参数；
多轴机器人13得到数据后，密封成型室5内通入保护气体(Ar)，多轴机器人13带动机械手夹持送丝增材头4或者送粉熔覆头7，开始增材制造作业；
当零件成型层数达到预定层数时，多轴机器人13的机械手(末端安装有换手装置6)将送丝增材头4或者送粉熔覆头7放回固定工位，再夹持旋转铣削头9对零件进行表面精整加工；
直到零件全部加工完成，并达到所需要求的加工精度和表面质量，关闭保护气体，取出零件，关闭制造设备电源。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，包括密封成型室(5)、集成控制系统(12)；其特征在于：所述密封成型室(5)的底部设置有两轴变位机(15)、多轴机器人(13)、熔池在线监控系统(10)；
所述两轴变位机(15)上设有用于对放置在其上的熔池进行加热的加热垫(14)，所述多轴机器人(13)以及熔池在线监控系统(10)分别位于两轴变位机(15)的两侧；
所述密封成型室(5)的外部设置有送粉装置(2)和送丝装置(3)；所述送粉装置(2)的送粉熔覆头(7)以及送丝装置(3)的送丝增材头(4)均位于密封成型室(5)的内部；
所述两轴变位机(15)、多轴机器人(13)、熔池在线监控系统(10)、送粉装置(2)和送丝装置(3)分别信号连接集成控制系统(12)。
2.根据权利要求1所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述密封成型室(5)的外部还设置有加热保温模块(11)和保护气瓶(8)；保护气瓶(8)为密封成型室(5)提供保护气体；所述加热保温模块(11)通过电缆与加热垫(14)连接，保护气瓶(8)通过气管与密封成型室(5)连接；
在密封成型室(5)顶部还设有有冷却水循环装置(1)；所述冷却水循环装置(1)通过管路分别与送丝增材头(4)和送粉熔覆头(7)连接。
3.根据权利要求2所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述熔池在线监控系统(10)包括其前端安装的摄像机，该摄像机像素为4K。
4.根据权利要求3所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述两轴变位机(15)包括打印平台(16)、X轴旋转电机(17)、Z轴旋转电机(18)、支撑架结构(19)、底座(20)；
所述打印平台(16)设置于由X轴旋转电机(17)和Z轴旋转电机(18)驱动的X轴和Z轴旋转机构上；该X轴和Z轴旋转机构由支撑架结构(19)承载；支撑架结构(19)安装在底座(20)上。
5.根据权利要求4所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述X轴旋转机构可旋转270°，Z轴旋转机构可旋转360°。
6.根据权利要求5所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述送丝装置(3)通过丝材管道与送丝增材头(4)连接，送粉装置(2)通过送粉管道与送粉熔覆头(7)连接。
7.根据权利要求6所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，其特征在于：所述多轴机器人(13)为五轴工业机器人，其负载为200KG；
多轴机器人(13)用于增材制造作业中更换或者装夹送丝增材头(4)、送粉熔覆头(7)或者旋转铣削头(9)。
8.权利要求7所述协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备的运行方法，其特征在于包括如下步骤：
将待加工的零件三维模型放在Magics软件中，处理零件数据，得到切片文件；
启动制造设备，将零件切片文件导入集成控制系统(12)，并设置加工参数；
多轴机器人(13)得到数据后，密封成型室(5)内通入保护气体，多轴机器人(13)带动机械手夹持送丝增材头(4)或者送粉熔覆头(7)，开始增材制造作业；
当零件成型层数达到预定层数时，多轴机器人(13)的机械手将送丝增材头(4)或者送粉熔覆头(7)放回固定工位，再夹持旋转铣削头(9)对零件进行表面精整加工；
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