CN110625943A - 一种基于六轴复合无间断3d打印机的零件辅助加工机构 - Google Patents
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Abstract
一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，包括底座、零件装夹台、五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪；底座设在3D打印机机架底部，零件装夹台位于底座中心，通过零件装夹台对取下的零件进行装夹固定；五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪沿零件装夹台圆周向分布，五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂相对于零件装夹台中心正对设置，3D扫描仪位于五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂的对称中心线上；3D扫描仪用于获取零件的实际三维尺寸数据，通过比对零件实际三维尺寸与标准零件三维尺寸，获取零件毛刺分布数据和缺陷数据。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构。
背景技术
增材制造是融合了计算机三维设计技术的材料加工成型技术，其以数字化模型文件为基础，通过软件与数控系统将特制的材料变成熔融状态并逐层堆积固化，以制造出符合设计的产品实体。增材制造与传统的减材制造不同，其是通过材料的累加层积，从无到有，相比于传统的切削、组装的加工方式，其具有无可比拟的优势，使无法实现的复杂结构制造变为可能。由于不涉及熔炼、锻造、机加等工序，3D打印技术大大简化了产品设计过程，产品研发周期缩短了30％～50％，并且减少了原材料使用量，降低了对自然资源和环境的压力，实现了零部件高度集成。
目前，3D打印技术已经成功的应用在制造、医疗、私人定制等诸多领域，并已取得了非常显著的进步。但是，仍然存在一些因素在阻碍3D打印技术的大规模应用，这些因素主要包括打印前预热时间长、实际打印耗时长、打印后冷却时间长、打印速度慢、无法进行连续打印、打印支撑材料浪费严重。
为此，申请号为201910238876.2的中国专利公开了一种六轴复合无间断3D打印机，该3D打印机能够有效缩短打印前预热时间，可有效降低实际打印耗时，可有效缩短打印后冷却时间，可有效提高打印速度，可进行连续打印和无支撑打印。但是，当打印好的零件需要从①号或②号工作平台上取下时，目前仍需人工手动完成，而且取下后的零件还需要进行人工去毛刺，同时如果取下的零件存在局部缺陷，只能将零件转移至其他加工设备进行后续处理，从而大幅度降低了零件的整体加工效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，与六轴复合无间断3D打印机配套使用，零件的取料过程、去毛刺过程、局部缺陷处理过程均可在打印机内部完成，实现了打印过程与后续处理过程的无缝对接，大幅度提高了零件的整体加工效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，包括底座、零件装夹台、五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪；所述底座设置在3D打印机的机架底部，所述零件装夹台安装在底座上表面中心处，通过零件装夹台对取下的零件进行装夹固定；所述五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪沿零件装夹台圆周向分布，且五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂相对于零件装夹台中心正对设置，所述3D扫描仪位于五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂的对称中心线上；所述3D扫描仪用于获取零件的实际三维尺寸数据，通过比对零件实际三维尺寸与标准零件三维尺寸，用以获取零件的毛刺分布数据和缺陷数据。
所述零件装夹台包括电动回转基座、导轨座、正反丝杠、丝杠驱动电机、第一夹头及第二夹头；所述电动回转基座水平安装在底座上，所述导轨座水平固装在电动回转基座上表面，导轨座的几何中心与电动回转基座的回转中心相重合；所述正反丝杠安装在导轨座内，正反丝杠与导轨座相平行；所述丝杠驱动电机安装在导轨座端部，丝杠驱动电机的电机轴通过联轴器与正反丝杠端部相固连；所述第一夹头下端通过丝母座连接在正反丝杠的正旋螺纹端，所述第二夹头下端通过丝母座连接在正反丝杠的反旋螺纹端，第一夹头与第二夹头相对于电动回转基座的圆心镜像对称；在所述第一夹头和第二夹头的夹持面上分布有若干气动伸缩触头。
所述五自由度零件增材修补机械臂和五自由度零件取料修整机械臂结构相同，均包括回转台、大臂、小臂及腕部；所述回转台水平安装在底座上，所述大臂一端通过第一关节构件与回转台相连，在回转台与第一关节构件之间安装有大臂回转驱动电机，在第一关节构件与大臂之间安装有大臂摆转驱动电机；所述大臂另一端通过第二关节构件与小臂一端相连，在大臂与第二关节构件之间安装有小臂摆转驱动电机，在第二关节构件与小臂之间安装有小臂回转驱动电机；所述腕部安装在小臂另一端，在腕部内置有腕部摆转驱动电机，腕部相对于小臂具有摆转自由度，腕部用于配置快换接头。
在所述五自由度零件增材修补机械臂的腕部通过快换接头安装有3D打印喷嘴，通过3D打印喷嘴对零件上缺陷部位进行增材修补。
在所述五自由度零件取料修整机械臂的腕部通过快换接头安装有机械手爪、吸盘、铣刀或钻头，通过机械手爪或吸盘对零件进行移动取料，通过铣刀或钻头对零件进行修整加工。
本发明的有益效果：
本发明的基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，与六轴复合无间断3D打印机配套使用，零件的取料过程、去毛刺过程、局部缺陷处理过程均可在打印机内部完成，实现了打印过程与后续处理过程的无缝对接，大幅度提高了零件的整体加工效率。
附图说明
图1为本发明的一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构的结构示意图；
图2为本发明的零件装夹台的的结构示意图；
图3为本发明的五自由度零件增材修补/取料修整机械臂的结构示意图；
图中，1—底座，2—零件装夹台，3—五自由度零件增材修补机械臂，4—五自由度零件取料修整机械臂，5—3D扫描仪，6—电动回转基座，7—导轨座，8—正反丝杠，9—丝杠驱动电机，10—第一夹头，11—第二夹头，12—气动伸缩触头，13—回转台，14—大臂，15—小臂，16—腕部，17—第一关节构件，18—大臂回转驱动电机，19—大臂摆转驱动电机，20—第二关节构件，21—小臂摆转驱动电机，22—小臂回转驱动电机，23—3D打印喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，包括底座1、零件装夹台2、五自由度零件增材修补机械臂3、五自由度零件取料修整机械臂4及3D扫描仪5；所述底座1设置在3D打印机的机架底部，所述零件装夹台2安装在底座1上表面中心处，通过零件装夹台2对取下的零件进行装夹固定；所述五自由度零件增材修补机械臂3、五自由度零件取料修整机械臂4及3D扫描仪5沿零件装夹台2圆周向分布，且五自由度零件增材修补机械臂3与五自由度零件取料修整机械臂4相对于零件装夹台2中心正对设置，所述3D扫描仪5位于五自由度零件增材修补机械臂3与五自由度零件取料修整机械臂4的对称中心线上；所述3D扫描仪5用于获取零件的实际三维尺寸数据，通过比对零件实际三维尺寸与标准零件三维尺寸，用以获取零件的毛刺分布数据和缺陷数据。
所述零件装夹台2包括电动回转基座6、导轨座7、正反丝杠8、丝杠驱动电机9、第一夹头10及第二夹头11；所述电动回转基座6水平安装在底座1上，所述导轨座7水平固装在电动回转基座6上表面，导轨座7的几何中心与电动回转基座6的回转中心相重合；所述正反丝杠8安装在导轨座7内，正反丝杠8与导轨座7相平行；所述丝杠驱动电机9安装在导轨座7端部，丝杠驱动电机9的电机轴通过联轴器与正反丝杠8端部相固连；所述第一夹头10下端通过丝母座连接在正反丝杠8的正旋螺纹端，所述第二夹头11下端通过丝母座连接在正反丝杠8的反旋螺纹端，第一夹头10与第二夹头11相对于电动回转基座6的圆心镜像对称；在所述第一夹头10和第二夹头11的夹持面上分布有若干气动伸缩触头12。
所述五自由度零件增材修补机械臂3和五自由度零件取料修整机械臂4结构相同，均包括回转台13、大臂14、小臂15及腕部16；所述回转台13水平安装在底座1上，所述大臂14一端通过第一关节构件17与回转台13相连，在回转台13与第一关节构件17之间安装有大臂回转驱动电机18，在第一关节构件17与大臂14之间安装有大臂摆转驱动电机19；所述大臂14另一端通过第二关节构件20与小臂15一端相连，在大臂14与第二关节构件20之间安装有小臂摆转驱动电机21，在第二关节构件20与小臂15之间安装有小臂回转驱动电机22；所述腕部16安装在小臂15另一端，在腕部16内置有腕部摆转驱动电机，腕部16相对于小臂15具有摆转自由度，腕部16用于配置快换接头。
在所述五自由度零件增材修补机械臂3的腕部16通过快换接头安装有3D打印喷嘴23，通过3D打印喷嘴23对零件上缺陷部位进行增材修补。
在所述五自由度零件取料修整机械臂4的腕部16通过快换接头安装有机械手爪、吸盘、铣刀或钻头，通过机械手爪或吸盘对零件进行移动取料，通过铣刀或钻头对零件进行修整加工。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
当申请号为201910238876.2的六轴复合无间断3D打印机完成第一件零件的打印后，通过①号工作平台或②号工作平台翻转180°，使打印好的零件完全朝向下方，此时五自由度零件取料修整机械臂4启动，将安装有机械手爪的腕部16移向零件，控制机械手爪抓住零件，再控制五自由度零件取料修整机械臂4整体运动将零件从①号工作平台或②号工作平台取下，并放置到零件装夹台2的第一夹头10与第二夹头11中间，此时机械手爪不要松开零件，然后启动丝杠驱动电机9，使第一夹头10和第二夹头11相向移动，直到两个夹头上均有气动伸缩触头12与零件顶靠接触在一起，根据零件形状不同，当首次与零件顶靠接触的气动伸缩触头12数量过少时，可能会影响零件的装夹稳定性，此时可以控制其他还未与零件顶靠接触的其他气动伸缩触头12伸长，直到这些气动伸缩触头12也与零件顶靠接触在一起，从而增强零件的装夹稳定性。
当零件装夹固定好后，通过3D扫描仪5对零件进行整体扫描，以获取零件实际三维尺寸数据，再将获取的零件实际三维尺寸数据与数据库中的标准零件三维尺寸进行比对，进而确定零件的毛刺分布数据和缺陷数据。
当零件完成3D扫描后，先对零件表面执行毛刺去除工序，此时先将五自由度零件取料修整机械臂4腕部16的机械手爪换下，然后换上铣刀，并按照事先编好的加工程序完成零件毛刺的去除。
当零件完成毛刺去除后，如果零件存在缺陷部位，则启动五自由度零件增材修补机械臂3，并通过腕部16的3D打印喷嘴23对零件上的缺陷部位进行增材修补，等到缺陷部位修补完成后，再通过五自由度零件取料修整机械臂4腕部16的铣刀对修补部位进行二次修整，满足表面光洁度要求。
当零件完成去毛刺和局部二次修整后，将五自由度零件取料修整机械臂4腕部16的铣刀更换为钻头，再按照事先编好的加工程序完成零件上工装孔的加工，当完成零件上全部工装孔的加工后，再通过3D扫描仪5对零件进行一次整体扫描，确保零件尺寸参数满足设计要求，然后控制丝杠驱动电机9反向转动，直到第一夹头10和第二夹头11解除对零件的夹持，最后人工将零件取出打印机即可。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (5)
1.一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，其特征在于：包括底座、零件装夹台、五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪；所述底座设置在3D打印机的机架底部，所述零件装夹台安装在底座上表面中心处，通过零件装夹台对取下的零件进行装夹固定；所述五自由度零件增材修补机械臂、五自由度零件取料修整机械臂及3D扫描仪沿零件装夹台圆周向分布，且五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂相对于零件装夹台中心正对设置，所述3D扫描仪位于五自由度零件增材修补机械臂与五自由度零件取料修整机械臂的对称中心线上；所述3D扫描仪用于获取零件的实际三维尺寸数据，通过比对零件实际三维尺寸与标准零件三维尺寸，用以获取零件的毛刺分布数据和缺陷数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，其特征在于：所述零件装夹台包括电动回转基座、导轨座、正反丝杠、丝杠驱动电机、第一夹头及第二夹头；所述电动回转基座水平安装在底座上，所述导轨座水平固装在电动回转基座上表面，导轨座的几何中心与电动回转基座的回转中心相重合；所述正反丝杠安装在导轨座内，正反丝杠与导轨座相平行；所述丝杠驱动电机安装在导轨座端部，丝杠驱动电机的电机轴通过联轴器与正反丝杠端部相固连；所述第一夹头下端通过丝母座连接在正反丝杠的正旋螺纹端，所述第二夹头下端通过丝母座连接在正反丝杠的反旋螺纹端，第一夹头与第二夹头相对于电动回转基座的圆心镜像对称；在所述第一夹头和第二夹头的夹持面上分布有若干气动伸缩触头。
3.根据权利要求1所述的一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，其特征在于：所述五自由度零件增材修补机械臂和五自由度零件取料修整机械臂结构相同，均包括回转台、大臂、小臂及腕部；所述回转台水平安装在底座上，所述大臂一端通过第一关节构件与回转台相连，在回转台与第一关节构件之间安装有大臂回转驱动电机，在第一关节构件与大臂之间安装有大臂摆转驱动电机；所述大臂另一端通过第二关节构件与小臂一端相连，在大臂与第二关节构件之间安装有小臂摆转驱动电机，在第二关节构件与小臂之间安装有小臂回转驱动电机；所述腕部安装在小臂另一端，在腕部内置有腕部摆转驱动电机，腕部相对于小臂具有摆转自由度，腕部用于配置快换接头。
4.根据权利要求1所述的一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，其特征在于：在所述五自由度零件增材修补机械臂的腕部通过快换接头安装有3D打印喷嘴，通过3D打印喷嘴对零件上缺陷部位进行增材修补。
5.根据权利要求1所述的一种基于六轴复合无间断3D打印机的零件辅助加工机构，其特征在于：在所述五自由度零件取料修整机械臂的腕部通过快换接头安装有机械手爪、吸盘、铣刀或钻头，通过机械手爪或吸盘对零件进行移动取料，通过铣刀或钻头对零件进行修整加工。
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