CN111014883A - 一种电弧熔丝增材制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电弧熔丝增材制造装置,包括:路径执行机构、变位机机构、平台机构和焊接机构,所述平台机构包括柔性平台、悬臂和装夹组件;所述柔性平台为具有一定厚度的八边形平台,所述悬臂为截面为U型的方箱,所述柔性平台和悬臂表面均分布有若干定位孔,所述悬臂通过锁紧件可拆卸地安装于柔性平台的四周。采用上述装置进行生产具有无需模具,直接成型的特点,能够同时满足大尺寸和复杂结构筋条的回转体类零件的成型。该装置成型质量好、效率高、构件力学性能好、制造成本低,具有广泛的应用前景。

Description

一种电弧熔丝增材制造装置
技术领域
本发明属于非标设备及工艺装备研制领域,具体涉及一种用于带筋条回转体类零件的电弧熔丝增材制造装置。
背景技术
增材制造,与传统的减材制造不同,增材制造是一种逐层累积的制造方法。电弧熔丝增材制造技术,是一种制造功能结构一体化大型金属零件的数字化制造技术。通过送丝方式,采用电弧作为热源,实现金属丝材直接堆积的新型增材制造技术。该技术具有沉积效率高、成本低等特点,能实现高性能高温合金、钛合金、铝合金和高强钢等大型复杂结构件的快速制造。以电弧增材制造技术成型的零件具有力学性能好、生产成本低、成型效率高等优点,受到广泛关注。
带筋条回转体类零件是航天领域主承力结构之一,由于带筋条回转体类零件产品一般尺寸大,其产品直径通常在米级以上,产品的回转体内、外壁上筋条结构复杂,因此采用传统的锻造方法或铸造方法会面临着材料利用率低和产品合格率低等问题。
但由于带筋条回转体类零件一般尺寸大、筋条结构复杂,目前现有技术中的电弧熔丝增材制造装置无法同时满足回转体类零件大尺寸和复杂结构筋条的成型,因此如何提供一种电弧熔丝增材制造装置,以实现带筋条回转体类零件的高效率、低成本快速成型是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
为了至少解决上述技术问题之一,本发明采用的技术方案是提供一种电弧熔丝增材制造装置,采用本发明提供的电弧熔丝增材制造装置进行带筋条回转体类零件的生产除了具有无需模具,直接成型的特点外,还能够同时满足大尺寸和复杂结构筋条的回转体类零件的成型,进而能够解决回转体内、外筋条质量低、复杂筋条成型效率低、力学性能差,制造成本高、使用寿命短的问题。
为了至少实现上述目的之一,本发明采用的技术方案为:
本发明提供一种电弧熔丝增材制造装置,用于带筋条回转体类零件的成型,所述电弧熔丝增材制造装置包括:路径执行机构、变位机机构、平台机构和焊接机构,所述平台机构包括柔性平台、悬臂和装夹组件;所述柔性平台为具有一定厚度的八边形平台,所述悬臂为截面为U型的方箱,所述柔性平台和悬臂表面均分布有若干定位孔,所述悬臂通过锁紧件可拆卸地安装于柔性平台的四周。
进一步地,所述路径执行机构包括机器人组件、升降组件、滑移组件;所述焊接机构包括末端执行器;所述末端执行器安装在所述机器人组件的末端,所述机器人组件固定在升降组件的顶端,并随升降组件滑动连接在滑移组件上。
进一步地,所述变位机机构包括双轴伺服变位机和支撑组件;所述双轴伺服变位机设置在所述支撑组件上,并驱动所述柔性平台旋转和翻转;所述双轴伺服变位机包括伺服电机和减速机。
进一步地,所述焊接机构还包括MIG/MAG焊接电源、送丝机构、水冷机构,所述末端执行器为焊枪。
进一步地,所述双轴伺服变位机致动所述柔性平台旋转,在成型回转体时所述柔性平台的旋转轴线保持水平状态;在成型内、外壁筋条时所述柔性平台向一侧翻转90°。
进一步地,所述机器人组件为六轴工业机器人,所述滑移组件为丝杠滑轨,所述升降组件设置在所述丝杠滑轨上。
进一步地,所述丝杠滑轨为两组,采用相对位置摆放、中心线位置重合布置,并且滑轨中心线通过柔性平台旋转中心轴。
进一步地,所述支撑组件包括变位机支座、主梁和底座;所述变位机支座和主梁为钢板焊接结构,所述主梁与底座之间、以及底座下部均设置有预紧设计。
进一步地,所述装夹组件包括用于成型的环形板材。
进一步地,所述六轴工业机器人通过控制所述焊枪逐层抬升进行成型。
本发明提供的电弧熔丝增材制造装置与现有技术相比,有益效果在于:采用双机器人控制焊枪焊接可显著提高沉积效率;采用可扩展的柔性平台可涵盖不同直径回转体类零件的电弧增材制造范围;采用双轴伺服变位机可通过平台翻转实现内、外壁复杂筋条的成型。可同时满足大尺寸和和复杂结构筋条的回转体类零件的成型,生产的带筋条回转体类零件的内部质量达到锻造或铸造水平,可广泛应用于航空、航天领域中大尺寸金属承力构件的增材制造。
总之,本发明提出了一种成型效率高、构件力学性能好、成本低、实用性强的带筋条回转体类零件的电弧熔丝增材制造装置,其具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明上料装置的结构示意图。
其中,附图标记说明如下:
1路径执行机构,2平台机构,3平台机构,4焊接机构,1-1机器人组件,1-2升降组件,1-3滑移组件,2-1双轴伺服变位机,2-2支撑组件,3-1柔性平台,3-2悬臂,4-1末端执行器,4-2MIG/MAG焊接电源,4-3送丝机构。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意,下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下,将通过具体实施例对本发明提供的电弧熔丝增材制造装置作详细说明:
如图1所示,本发明所述的电弧熔丝增材制造装置包括路径执行机构1、变位机机构2、平台机构3和焊接机构4;所述平台机构3可被所述变位机机构2致动旋转和翻转,所述焊接机构4可在所述路径执行机构1的引导下,在所述平台机构3上实现大尺寸带筋条回转体类零件的成型生产。
本发明所述的路径执行机构1包括两组相对设置的机器人组件1-1、升降组件1-2和滑移组件1-3。所述滑移组件1-3包括两组滑轨。所述升降组件1-2设置在所述滑轨上,并在滑轨上滑动,所述升降组件1-2可上下升降。所述机器人组件1-1包括工业机器人,所述工业机器人固定在所述升降组件1-2的顶端,并随升降组件1-2上下移动,并可升降组件1-2在滑轨上移动,所述工业机器人为六轴工业机器人,具有较高的自由度,可实现较大范围和多种姿态的工作。
所述升降组件1-2可选用本领域常用的升降结构,其升降的最大有效距离具体的优选为0.5-3m。所述滑轨优选为丝杠滑轨,所述两组滑轨采用相对位置摆放、中心线位置重合的布置方式,同时选用高承载型号的滑轨,可保证移动及工作中无晃动,确保焊接时焊枪的稳定性,滑轨前后移动的最大有效距离具体的优选为0.5-3m。
本发明所述的变位机机构2包括双轴伺服变位机组件2-1和支撑组件2-2;所述双轴伺服变位机组件2-1设置在所述支撑组件2-2上,所述双轴伺服变位机组件2-1包括伺服电机和减速机,所述伺服电机驱动减速机,通过无间隙齿轮传动技术驱动变位机转盘旋转;所述支撑组件2-2包括变位机支座、主梁和底座;所述变位机支座和主梁为钢板焊接结构,所述主梁与底座之间、以及底座下部均设置有预紧设计,增加结构刚性,提高产品的成型精度。所述变位机机构2除了致动平台旋转的同时,还可将柔性平台3-1向一侧翻转90°。
本发明所述的平台机构3包括柔性平台3-1、悬臂3-2和装夹组件;所述柔性平台3-1为具有一定厚度的八边形平台,所述悬臂3-2为截面为U型的方箱,所述柔性平台3-1和悬臂3-2表面均分布有若干定位孔,所述悬臂3-2通过锁紧件可拆卸地安装于柔性平台3-1的周围。具体的所述柔性平台3-1优选为厚度为50-100mm、对角线长2-3m的八边形结构,经过外接4-8个边长为300-600mm的U型方箱作为悬臂3-2,形成可自由拓展工作尺寸、涵盖不同大直径筒段壳体加工范围的平台机构3。所述若干定位孔的直径优选为10-30mm,可快速安装锁紧件,所述悬臂3-2和柔性平台3-1通过锁紧件进行连接和定位。所述柔性平台3-1与主梁之间采用回转支撑或者成组锥度轴承连接,提高抗倾覆能力。所述装夹组件为环形板材,为成型使用。
根据成型需要,变位机机构2带动柔性平台3-1进行旋转,当成型回转体时需要将柔性平台3-1的旋转轴线保持水平状态,当成型内、外壁筋条时需要将柔性平台3-1向一侧翻转90°,两个六轴工业机器人控制焊枪逐层抬升共同完成回转体以及内、外壁筋条的成型。
本发明所述的焊接机构4由末端执行器4-1、MIG/MAG焊接电源4-2、送丝机构4-3、水冷机构以及相关配件组成,所述末端执行器4-1可为焊枪,所述焊枪安装在所述机器人组件1-1的末端;所述焊接机构4自带焊接专家程序能够实现铝合金、钛合金、高温合金等多种常用材料的焊接,熔敷效率高,成型质量好。
本发明提供的电弧熔丝增材制造装置的工作原理在于:
将成型用环形板材装夹于柔性平台上,通过丝杠滑轨和升降组件调整柔性平台两侧的六轴工业机器人底座移动至合适的初始位置,两个六轴工业机器人的末端夹持焊枪沿指定路径开始焊接,同时,双轴伺服变位机开始旋转,两个六轴工业机器人控制焊枪逐层抬升完成回转体的成型;然后将双轴伺服变位机致动平台向一侧翻转90°,再通过丝杠滑轨和升降组件调整两侧六轴工业机器人底座的位置,然后两个六轴工业机器人夹持焊枪沿指定路径开始焊接,同时,双轴伺服变位机开始旋转,两个六轴工业机器人控制焊枪逐层抬升分别进行内、外壁复杂筋条的成型。
本发明提供的电弧熔丝增材制造装置与现有技术相比,有益效果在于:采用双机器人控制焊枪焊接可显著提高沉积效率;采用可扩展的柔性平台可涵盖不同直径回转体类零件的电弧增材制造范围;采用双轴伺服变位机可通过平台翻转实现内、外壁复杂筋条的成型。可同时满足大尺寸和和复杂结构筋条的回转体类零件的成型,生产的带筋条回转体类零件的内部质量达到锻造或铸造水平,可广泛应用于航空、航天领域中大尺寸金属承力构件的增材制造。
总之,本发明提出了一种成型效率高、构件力学性能好、成本低、实用性强的带筋条回转体类结构的电弧熔丝增材制造装置,其具有广泛的应用前景。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种电弧熔丝增材制造装置,用于带筋条回转体类零件的成型,所述电弧熔丝增材制造装置包括:路径执行机构(1)、变位机机构(2)、平台机构(3)和焊接机构(4),其特征在于:所述平台机构(3)包括柔性平台(3-1)、悬臂(3-2)和装夹组件;所述柔性平台(3-1)为具有一定厚度的八边形平台,所述悬臂(3-2)为截面为U型的方箱,所述柔性平台(3-1)和悬臂(3-2)表面均分布有若干定位孔,所述悬臂(3-2)通过锁紧件可拆卸地安装于柔性平台(3-1)的四周。
2.根据权利要求1所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述路径执行机构(1)包括机器人组件(1-1)、升降组件(1-2)、滑移组件(1-3);所述焊接机构(4)包括末端执行器(4-1);所述末端执行器(4-1)安装在所述机器人组件(1-1)的末端,所述机器人组件(1-1)固定在所述升降组件(1-2)的顶端,并随升降组件(1-2)滑动连接在所述滑移组件(1-3)上。
3.根据权利要求2所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述变位机机构(2)包括双轴伺服变位机(2-1)和支撑组件(2-2);所述双轴伺服变位机(2-1)设置在所述支撑组件(2-2)上,并驱动所述柔性平台(3-1)旋转和翻转;所述双轴伺服变位机(2-1)包括伺服电机和减速机。
4.根据权利要求3所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述焊接机构(4)还包括MIG/MAG焊接电源(4-2)、送丝机构(4-3)、水冷机构,所述末端执行器(4-1)为焊枪。
5.根据权利要求4所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述双轴伺服变位机致动所述柔性平台旋转,在成型回转体时所述柔性平台的旋转轴线保持水平状态;在成型内、外壁筋条时所述柔性平台向一侧翻转90°。
6.根据权利要求2-5任一项所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述机器人组件(1-1)为六轴工业机器人,所述滑移组件(1-3)为丝杠滑轨,所述升降组件(1-2)设置在所述丝杠滑轨上。
7.根据权利要求6所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述丝杠滑轨为两组,采用相对位置摆放、中心线位置重合布置,并且滑轨中心线通过柔性平台旋转中心轴。
8.根据权利要求7所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述支撑组件(2-2)包括变位机支座、主梁和底座;所述变位机支座和主梁为钢板焊接结构,所述主梁与底座之间、以及底座下部均设置有预紧设计。
9.根据权利要求8所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述装夹组件包括用于成型的环形板材。
10.根据权利要求9所述的电弧熔丝增材制造装置,其特征在于,所述六轴工业机器人通过控制所述焊枪逐层抬升进行成型。
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