CN110434379A - 一种带温抹削加工工艺方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种带温抹削加工工艺方法及装置，属冷热加工复合制造领域。带温抹削加工工艺过程是继丝材焊接增材制造工艺后，为减少被加工件在高低温间频繁切换，而导致材料热应力过大而进行的利用焊接余热减材铣削的工艺。带温减材抹削装置用于电弧丝材焊接增材薄壁墙体双侧面平整加工，装置利用双向齿轮齿条机构调节双切削刀具中心距，用以控制加工后墙体厚度均匀。反向运动的一对齿条与一调整齿轮配合，分别与各自的伺服电机、联轴器、夹头、刀具等部件相连接。旋转调整手部可以调整装置中刀头中心距。为保证运动可靠顺利，刀头部件底部设计有滑轨和滑座形式，对运动的刀头具有导引作用。

Description

一种带温抹削加工工艺方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于电弧丝材增材复合带温减材抹削加工制造的工艺方法，属冷热加工复合制造领域，涉及焊接增材和带温减材加工制造过程。

背景技术

增材制造技术，是计算机辅助设计与快速成形技术相结合，将材料逐层叠加、沉积成形的零件制造技术。金属材料的增材制造常以电弧、激光和电子束等高能束为热源，其原材料一般为丝材或粉材。随着航空航天、能源动力、国防军工等关键技术领域对金属零件的性能、精度、制造成本等要求的逐步提高，增材制造这种无模具近净成形技术成为国内外的研究热点。该技术具有整体制造周期短，柔性程度高，容易实现数字化、智能化制造等优点。由于热源不同，增材制造技术在成形精度、沉积效率以及对零件复杂程度敏感性等方面存在较大差异。

电弧丝材增材制造通常以MIG、TIG、PAW等电弧为热源，将金属焊丝熔化后按照设定成形路径进行层层堆敷，直至整个零件近净成形。与金属材料其他形式的增材制造工艺过程相比，电弧增材制造具有沉积效率高、材料利用率高、制造成本低、对零件尺寸限制少、零件易于修复等优点。

电弧丝材增减材复合制造技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新兴技术。因电弧丝材增材制造(简称WAAM)在金属增材制造中具有制备成本低、沉积效率高、材料利用率高而备受推崇等优势；但又因其热输入高、成型精度相对较低而存在一定局限性。那么既能保证成形效率，又可以精确控制传热、传质、传力的增材复合制造技术被迫切需要。为解决上述缺点，近年来为实现高速高效成形、精确控形控性的多种增减材复合制造方法不断涌现。对于单壁墙零件，增材后复合减材制造中的切削问题不同于传统的减材去除加工工艺，考虑其毛坯、易于传统的减材去除加工，且存在增材余热及残余应力变形等因素影响。

本发明通过转动调节手柄改变双侧铣削刀头中心距，以保证刀具与被加工表面紧密结合，可以对增材后不同厚度的薄壁墙体双侧面进行平整加工。

本发明工艺方法可以在通过电弧丝材增材制造后的薄壁墙体零件进行双侧面平整加工，该减材过程与丝材增材制造过程按一定时序间隔进行，即通过多机器人协作实现增材-减材-再增材-再减材...的复合制造过程。该方法在增材同时可以改善熔敷层金属的表面质量，能够一定程度地控制薄壁墙体的层高与层宽，使零件表面美观，通过挤压抹削加工过程具有一定的强度、塑性、韧性等力学性能的改善，提高制造过程的成形稳定性及尺寸成形精度，是一种高质、高效三维成形的新型工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于电弧丝材焊接增材制造复合带温减材抹削加工工艺方法及装置。该抹削加工工艺即增材后铣削带温切削过程，属于热辅助切削，该抹削切削工艺不同于传统冷加工铣削过程，因加工对象是针对增材后处于半凝固态的金属材料薄壁墙体，被加工表面较普通铸造或锻造毛坯软，因此该切削刀具没有锋利的切削刃，加工过程主要是对材料的挤压-变形-剥离，其中变形以挤压后塑性变形为主，缩短了普通冷加工的从弹性变形到塑性变形的过程。在丝材焊接增减材复合制造铣削减材加工过程中，通过转动调节手柄改变双侧铣削刀头中心距，以保证刀具与被加工表面紧密结合，可以对增材后不同厚度的薄壁墙体双侧面进行平整加工。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种用于电弧丝材焊接增材薄壁墙体双侧面平整加工装置。本发明所涉装置利用双向齿轮齿条机构调节双切削刀具中心距，用以控制加工后墙体厚度均匀。反向运动的一对齿条与一调整齿轮配合，分别与各自的伺服电机、联轴器、刀具夹头、抹削刀具一套刀头部件相连接。通过旋转调整手部，可以调整装置中两个刀头中心距增大或缩小。为保证运动可靠顺利，刀头部件底部设计有滑轨和滑座形式，对运动的刀头具有导引作用。

本发明还涉及一种带温抹削加工装置由四部分组成，包括：调节部分、驱动部分、加工部分和箱体部分。

调节部分包括：调节手柄1、调整齿轮2、反向齿条3、齿条连接板4。其中，调节手柄1通过连接轴与齿轮双齿条机构中的调整齿轮2相连，通过手动旋转调节手柄，可以调节加工部分双刀头中心距。调整齿轮2与一对反向齿条3相啮合，实现当调整齿轮旋转时，双齿条反向运动，从而带动下部分装置运动。

驱动部分包括：伺服电动机5、电机固定板5、滑块7、导轨8。其中，两个伺服电动机5分别给两侧切削刀具提供动力。伺服电机固定在电机固定板5上，齿条连接板4一方面连接双反向齿条3，一方面与电机固定板5连接。当齿轮齿条机构运动时，通过齿条连接板4带动整个驱动部分通过滑块7沿导轨8反向移动。驱动部分为两套相同结构的装置，具体位置布局见附图1所示。

加工部分包括：主动齿轮9、从动齿轮10、卡头11、锁紧螺母12、切削刀具13。主动齿轮9通过齿轮轴和联轴器与上部伺服电动机5连接。由主动齿轮9带动从动齿轮10，通过不同的传动比设计实现切削刀具转速的变换，同时，由于双侧从动齿轮固定位置均为两主动齿轮内侧，进一步减少了两切削刀具中心距，为加工更加薄的墙体构件提供方便。如果需要，也可以通过从动齿轮的啮合位置不同转换两刀具中心距。中心距调节位置关系见附图2所示。从动齿轮10下部通过从动轴连接卡头11，卡头与切削刀具13连接，通过锁紧螺母12紧固锁紧螺母12。

箱体部分包括：上箱体四周四块封装板，以及固定从动齿轮轴的连接板和四个拉杆。

本发明还涉及一种带温抹削加工装置使用及安装方法。其安装使用方法包括以下步骤：

第一步，将所述装置与机器人末端或机床床身固定，接通并调节电机为所需转速，根据所需制造墙体高度调节装置整体固定高度。

第二步，根据所需加工墙体厚度，通过转动调节手柄1调整被加工薄壁构件厚度。

第三步，将调节手柄1与调整齿轮2连接，带动两个反向齿条3双向运动。

第四步，将反向齿条3与齿条连接板4连接，双侧齿条连接板4与电机固定板6固连，电机固定板6上方固定两伺服电动机5，双侧电机固定装置均通过滑块7与导轨8连接。

第五步，将伺服电动机5下端通过联轴器与主动齿轮9连接，主动齿轮9带动从动齿轮10以及下部刀头装置。刀头装置包括卡头11、锁紧螺母12和切削刀具13。

本发明所述的装置及方法结构简单、安装简便、成本较低，通过更换铣削加工刀具，可以改变被加工零件侧面尺寸，即墙体厚度，从而达到加工精度和表面质量要求。

附图说明

图1为所述带温抹削动力头结构图。

图1中，1.调节手柄、2.调整齿轮、3.方向齿条、4.齿条连接板、5.伺服电动机、6.电机固定板、7.滑块、8.导轨、9.主动齿轮、10.从动齿轮、11.卡头、12.锁紧螺母、13.切削刀具。(图中4-13均为两套相同装置)

图2为中心距调节位置关系图。

图2中，(a)为双从动齿轮中心距最小位置；(b)为双从动齿轮中心距普通位置；(c)为双从动齿轮中心距最大位置。

图2中，9.主动齿轮、10.从动齿轮。

具体实施方式

以下参考附图具体的说明本发明的实施方式。

(1)将所述装置与机器人末端或机床床身固定，接通并调节电机为所需转速，根据所需制造墙体高度调节装置整体固定高度。

(2)根据所需加工墙体厚度，通过转动调节手柄1调整被加工厚度。

(3)将调节手柄1与调整齿轮2连接，带动两个反向齿条3双向运动。

(4)将反向齿条3与齿条连接板4连接，双侧齿条连接板4与电机固定板6固连，电机固定板6上方固定两伺服电动机5，双侧电机固定装置均通过滑块7与导轨8连接。

(5)将伺服电动机5下端通过联轴器与主动齿轮9连接，主动齿轮9带动从动齿轮10以及下部刀头装置。刀头装置包括卡头11、锁紧螺母12和切削刀具13。

1、一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于，在电弧丝材焊接增减材复合制造铣削减材加工过程中，通过转动调节手柄改变双侧铣削刀头中心距，以保证刀具与被加工表面紧密结合，对增材后不同厚度的薄壁墙体双侧面进行平整加工。

2、进一步，将所述装置与机器人末端或机床床身固定，接通并调节电机为所需转速，根据所需制造墙体高度调节装置整体固定高度。

3、进一步，根据所需加工墙体厚度，通过转动调节手柄1调整被加工厚度。

4、进一步，调节手柄1与调整齿轮2连接，带动两个反向齿条双向运动；将两个反向齿条与双侧齿条连接板连接，双侧齿条连接板与电机固定板6固连，电机固定板上方固定两伺服电动机，两伺服电动机的固定装置均通过滑块与导轨连接；

两伺服电动机下端通过联轴器与主动齿轮9连接，主动齿轮9带动从动齿轮10以及下部刀头装置；刀头装置包括卡头11、锁紧螺母12和切削刀具13。

5、加工对象是针对增材后处于半凝固态的金属材料薄壁墙体，加工过程对材料的挤压-变形-剥离。

6、一种带温抹削加工装置，其特征在于，调节手柄1与调整齿轮2连接，带动两个反向齿条双向运动；将两个反向齿条与双侧齿条连接板连接，双侧齿条连接板与电机固定板6固连，电机固定板上方固定两伺服电动机，两伺服电动机的固定装置均通过滑块与导轨连接；

两伺服电动机下端通过联轴器与主动齿轮9连接，主动齿轮9带动从动齿轮10以及下部刀头装置；刀头装置包括卡头11、锁紧螺母12和切削刀具13。

利用本发明的装置可以实现经电弧丝材增材后的薄壁墙体双侧面的平整抹削加工，通过该装置能够良好的控制所需墙体厚度，并且该抹削加工工艺过程是在带有增材余热下进行的减材切削，由于材料软化易于加工控形，实现的加工表面优于普通的冷加工铣削表面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于，在电弧丝材焊接增减材复合制造铣削减材加工过程中，通过转动调节手柄改变双侧铣削刀头中心距，以保证刀具与被加工表面紧密结合，对增材后不同厚度的薄壁墙体双侧面进行平整加工。

2.根据权利要求1所述的一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于：将所述装置与机器人末端或机床床身固定，接通并调节电机为所需转速，根据所需制造墙体高度调节装置整体固定高度。

3.根据权利要求1所述的一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于：根据所需加工墙体厚度，通过转动调节手柄(1)调整被加工厚度。

4.根据权利要求1所述的一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于：调节手柄(1)与调整齿轮(2)连接，带动两个反向齿条双向运动；将两个反向齿条与双侧齿条连接板连接，双侧齿条连接板与电机固定板(6)固连，电机固定板上方固定两伺服电动机，两伺服电动机的固定装置均通过滑块与导轨连接；

两伺服电动机下端通过联轴器与主动齿轮(9)连接，主动齿轮(9)带动从动齿轮(10)以及下部刀头装置；刀头装置包括卡头(11)、锁紧螺母(12)和切削刀具(13)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种带温抹削加工工艺方法，其特征在于：加工对象是针对增材后处于半凝固态的金属材料薄壁墙体，加工过程对材料的挤压-变形-剥离。

6.一种带温抹削加工装置，其特征在于，调节手柄(1)与调整齿轮(2)连接，带动两个反向齿条双向运动；将两个反向齿条与双侧齿条连接板连接，双侧齿条连接板与电机固定板(6)固连，电机固定板上方固定两伺服电动机，两伺服电动机的固定装置均通过滑块与导轨连接；

两伺服电动机下端通过联轴器与主动齿轮(9)连接，主动齿轮(9)带动从动齿轮(10)以及下部刀头装置；刀头装置包括卡头(11)、锁紧螺母(12)和切削刀具(13)。