CN111230304A - 大型环形构件制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型环形构件制造装置，包括：旋转机构，其包括旋转支架、转动驱动装置和多个直径不同的打印托板，转动驱动装置驱动旋转支架转动，旋转支架上设有至少三个伸缩杆，多个打印托板中任一者可选择地置于伸缩杆上，各个伸缩杆上均设有固定装置；打印机构，其包括打印支架、打印激光头和运动机构，运动机构设置于打印支架上，激光打印头设置于运动机构上。如此设置，整个旋转支架的直径与待加工制造的大型环形构件的直径基本相同，能够尽可能减少大型环形制造装置的占地面积，简化该装置的结构，并且大型环形构件制造装置能够制造多种直径不同的大型环形构件，从而增加大型环形构件制造装置的适用范围，使其具有更广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及大型环形构件加工制造技术领域，更具体地说，涉及一种大型环形构件制造装置。
背景技术
现有技术中大型环形构件的制造主要通过金属板材卷制焊接方式实现，然而焊缝的存在使得环形构件沿着周向承载能力不均匀，不能满足诸如大型压力容器、舰艇和航天器等存在极端工况应用场合的需求，而制约了我国相关装备的性能提升。虽然通过轧制或者锻造等工艺，可制得直径5米的环形构件，这些轧制或者锻造装置体积大，造价高，并且更大尺度的环形构件无法通过锻造或轧制的方法进行一体化制造。因此，如何解决现有技术中不便于加工一体结构的大型环形构件的问题是本领域技术人员所亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种便于加工一体结构的大型环形构件的大型环形构件制造装置。
为解决上述问题，本发明提供了一种大型环形构件制造装置，包括：旋转机构，其包括旋转支架、转动驱动装置和多个直径不同的打印托板，所述转动驱动装置与所述旋转支架传动连接，以驱动所述旋转支架转动，所述旋转支架上设有至少三个沿所述旋转支架周向分布的伸缩杆，各个所述伸缩杆均第一端与所述旋转支架可滑动连接，第二端向远离所述旋转支架旋转中心的方向延伸，多个直径不同的所述打印托板中任一者可选择地置于所述伸缩杆上，各个所述伸缩杆上均设有用于固定所述打印托板的固定装置；打印机构，其包括打印支架、打印激光头和运动机构，所述运动机构设置于所述打印支架上，所述激光打印头设置于所述运动机构上，以使所述运动机构带动所述打印激光头沿所述旋转支架的径向、所述旋转支架的切向以及所述旋转支架的竖直方向运动，所述打印激光头位于所述打印托板上方，以将大型环形构件打印至所述打印托板上。
优选地，还包括支撑平台，所述支撑平台包括支撑板，以及竖直设置且长度可调的支腿，所述支腿的数量为至少三个，各个所述支腿均与所述支撑平台的下表面连接，所述旋转机构设置于所述支撑板上表面。
优选地，还包括竖直设置以用于支撑所述伸缩杆的支撑杆，各个所述伸缩杆均设有所述支撑杆，各个所述支撑杆均一端与相应的所述伸缩杆连接，另一端设置有滚轮。
优选地，多个直径不同的所述打印托板均为环形结构，所述固定装置包括设置于各个所述伸缩杆上的限位柱，各个所述限位柱均竖直设置，各个所述限位柱用于与所述打印托板的内圆周壁相抵，以从内部胀紧所述打印托板，或者用于与所述打印托板的外圆周壁相抵，以从外部夹紧所述打印托板。
优选地，还包括用于驱动所述伸缩杆的直线驱动装置，所述直线驱动装置的数量为多个，各个所述直线驱动装置与所述伸缩杆一一对应。
优选地，所述直线驱动装置为液压缸或者气缸，所述液压缸的缸体或者所述气缸的缸体与所述旋转支架连接，所述液压缸的活塞杆或者所述气缸的活塞杆与相应的所述伸缩杆连接，以驱动所述伸缩杆伸出和缩回，或者，所述直线驱动装置为直线电机。
优选地，所述转动驱动装置包括电机和传动箱，所述电机的电机轴与所述传动箱的输入轴连接，所述传动箱的输出轴与所述旋转支架连接，且所述传动箱的输出轴与所述旋转支架的旋转中心相重合。
优选地，所述打印支架为可伸缩打印支架。
优选地，所述激光打印头外部罩设有保护罩，所述保护罩内用于通入稀有气体。
本发明提供的技术方案中，一种大型环形构件制造装置，包括：旋转机构，其包括旋转支架、转动驱动装置和多个直径不同的打印托板，转动驱动装置与旋转支架传动连接，以驱动旋转支架转动，旋转支架上设有至少三个沿旋转支架周向分布的伸缩杆，各个伸缩杆均第一端与旋转支架可滑动连接，第二端向远离旋转支架旋转中心的方向延伸，多个直径不同的打印托板中任一者可选择地置于伸缩杆上，各个伸缩杆上均设有用于固定打印托板的固定装置；打印机构，其包括打印支架、打印激光头和运动机构，运动机构设置于打印支架上，激光打印头设置于运动机构上，以使运动机构带动打印激光头沿旋转支架的径向、旋转支架的切向以及旋转支架的竖直方向运动，打印激光头位于打印托板上方，以将大型环形构件打印至打印托板上。
使用时，选择尺寸合适的打印托板放置于伸缩杆上，并通过固定装置将打印托板进行固定，然后开启激光打印头，通过运动机构带动激光打印头沿着旋转支架的径向、旋转支架切向以及旋转支架的高度方向运动，并且配合旋转支架转动，从而完成大型环形构件的打印。如此设置，通过本发明提供的大型环形构件制造装置，利用3D打印增材制造技术完成大型环形构件的一体化加工，整个旋转支架的直径与待加工制造的大型环形构件的直径基本相同，能够尽可能减少大型环形制造装置的占地面积，简化该装置的结构，降低该装置的制造成本，并且通过伸缩杆配合一系列直径不同的打印托板，使得大型环形构件制造装置能够制造多种直径不同的大型环形构件，从而增加大型环形构件制造装置的适用范围，使其具有更广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中大型环形构件制造装置的结构示意图；
图2为图1中大型环形构件制造装置的其他角度的结构示意图；
图3为本发明实施例中运动机构的结构示意图。
图1-图3中：
1、打印托板；2、伸缩杆；3、打印支架；4、激光打印头；5、支撑板；6、支腿；7、支撑杆；8、限位柱；9、电机；10、传动箱；11、保护罩；12、竖直运动机构；13、径向运动机构；14、切向运动机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本具体实施提供了一种便于加工一体结构的大型环形构件的大型环形构件制造装置。
以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
参考图1-图3所示，本发明实施例提供的一种大型环形构件制造装置，包括旋转机构和打印机构。其中，旋转机构包括旋转支架、转动驱动装置及多个直径不同的打印托板1。转动驱动装置与旋转支架传动连接，以驱动旋转支架转动，旋转支架的转动轴线沿竖直方向设置。旋转支架上设有至少三个伸缩杆2，各个伸缩杆2沿旋转支架的周向分布，旋转支架的周向即是指旋转支架转动轴线的周向。优选地，各个伸缩杆2沿旋转支架的周向均匀分布。各个伸缩杆2均第一端与旋转支架可滑动连接，第二端向远离旋转支架转动轴线的方向延伸。多个直径不同的打印托板1中的任一者可选择地置于伸缩杆2上，各个伸缩杆2上均设置有用于固定打印托板1的固定装置。
其中，打印机构包括打印支架3、打印激光头及运动机构。打印支架3设置于旋转机构的一侧，运动机构设置于打印支架3上，打印激光头设置于运动机构上。打印激光头等3D打印组件属于现有技术，其可从生产厂家处直接购买，其结构不属于本文论述重点，此处不再赘述。可选地，3D打印的方式选择熔融堆积式。运动机构用于带动打印激光头沿着旋转支架的径向、旋转支架的切向(即，旋转支架旋转时线速度的方向)以及旋转支架的竖直方向运动。例如，参考图3所示，运动机构可以包括沿竖直方向延伸的竖直运动机构12、沿旋转支架径向延伸的径向运动机构13以及沿旋转支架切向延伸的切向运动机构14。参考图3所示，竖直运动机构12包括竖直导轨、与该竖直导轨平行设置的竖直螺杆和与竖直导轨滑动连接的竖直滑块，竖直滑块和竖直螺杆螺纹配合，转动竖直螺杆，即可使得竖直滑块沿竖直导轨运动。径向运动机构13安装于竖直滑块上，径向运动机构13与竖直运动机构12结构原理相同，不同的是，径向运动机构13的运行方向与旋转支架的径向相同。切向运动机构14安装于径向运动机构13的滑块上，切向运动机构14的结构原理与径向运动机构13的机构原理相同，不同的是，切向运动机构14的运行方向与旋转支架的切向相同，激光打印头4安装于切向运动机构14的滑块上，并且打印激光头位于打印托板1上方，以将大型环形构件打印至打印托板1上。
使用时，选择尺寸合适的打印托板1放置于伸缩杆2上，并通过固定装置将打印托板1进行固定，然后开启激光打印头4，通过运动机构带动激光打印头4沿着旋转支架的径向、旋转支架切向以及旋转支架的高度方向运动，并且配合旋转支架转动，从而完成大型环形构件的打印。例如，打印时，转动支架先静止不动，通过运动机构带动激光打印头4先打印运动机构所能活动的区域内的大型环形构件，该区域打印完成后，再使转动支架转动至下一个区域，如此循环，直至整个大型环形构件打印完成。因为，转动支架直径越大，转动次数越多，累积加工误差越大，而采用这种打印方式，能够减少转动支架的转动次数，从而减小大型环形构件的加工误差。
如此设置，通过本发明实施例提供的大型环形构件制造装置，利用3D打印增材制造技术完成大型环形构件的一体化加工，加工过程简单方便，并且整个旋转支架的直径与待加工制造的大型环形构件的直径基本相同，能够尽可能减少大型环形制造装置的占地面积，简化该装置的结构，降低该装置的制造成本，并且通过伸缩杆2配合一系列直径不同的打印托板1，使得大型环形构件制造装置能够制造多种直径不同的大型环形构件，从而增加大型环形构件制造装置的适用范围，使其具有更广泛的应用前景。
一些实施例中，大型环形构件制造装置还包括支撑平台，支撑平台包括支撑板5，以及竖直设置且长度可调的支腿6。支腿6的数量为至少三个，各个支腿6均与支撑平台的下表面连接，旋转机构设置于支撑板5上表面。如此设置，通过调整各个支腿6能够调整支撑板5的水平度，使旋转支架在转动过程中保持水平，减小旋转支架转动过程中的波动，从而提高大型环形构件的加工精度。例如，支腿6可以利用螺纹千斤顶或者液压千斤顶的原理设计制造，或者直接采用螺纹千斤顶或者液压千斤顶作为支腿6。
一些实施例中，大型环形构件制造装置还包括竖直设置以用于支撑伸缩杆2的支撑杆7，各个伸缩杆2均设有支撑杆7，各个支撑杆7均一端与相应的伸缩杆2连接，另一端设置有滚轮。如此设置，通过设置支撑杆7，能够对伸缩杆2起到支撑作用，防止打印托板1和大型环形构件的重力对伸缩杆2的压力过大而导致伸缩杆2弯曲变形，从而保持装置的结构刚性和稳定性。
一些实施例中，大型环形构件制造装置还包括用于驱动伸缩杆2的直线驱动装置，直线驱动装置的数量为多个，各个直线驱动装置与伸缩杆2一一对应。可选地，直线驱动装置为液压缸或者气缸，液压缸的缸体或者气缸的缸体与旋转支架连接，液压缸的活塞杆或者气缸的活塞杆与相应的伸缩杆2连接，以驱动伸缩杆2伸出和缩回。以液压缸为例，由于伸缩杆2的只是用于支撑打印托板1，与大型环形构件的加工精度无关，所以伸缩杆2的伸出距离精度无需过高，通过人眼去判断活塞杆伸出距离即可。当然还可以采用更为精确的方式，例如，现有技术中利用位移传感器、比例换向阀以及PLC等即可较为精确控制活塞杆的伸出距离。位移传感器反馈活塞杆的位置信号，比例换向阀通过得到信号，通过放大器，得到电流，控制电磁铁，带动阀芯以一定比例开关，并不断校正，以保证活塞杆的位置。各个液压缸可以通过液压旋转接头与外部的液压泵连接，液压旋转接头是用于向旋转设备上的液压执行机构输送液压介质的设备，其属于现有技术，此处不再赘述。通过现有技术中的一些液压同步回路，可以使得各个液压缸同步伸缩。
在其它实施例中，直线驱动装置还可以是直线电机，直线电机的壳体和旋转支架连接，直线电机的活动部和伸缩杆2连接，以带动伸缩杆2伸缩。直线电机的导线可以通过电滑环与外部电源及控制器连接，电滑环又称电刷，属于现有技术，此处不再赘述。采用直线电机进行驱动，使得大型环形构件制造装置的结构更加简单紧凑，并且通过控制器等可以简单快捷的控制直线电机的伸出距离。
一些实施例中，多个直径不同的打印托板1均为环形结构。固定装置包括设置于各个伸缩杆2上的限位柱8，各个伸缩杆2上的限位柱8应当相互对应。各个限位柱8均竖直设置，各个限位柱8用于与打印托板1的内圆周壁相抵，以从内部胀紧打印托板1，或者用于与打印托板1的外圆周壁相抵，以从外部夹紧打印托板1。如此设置，固定装置的结构简单，固定方便，便于对打印托盘的安装和更换，并且限位柱8对打印托板1具有定心功能(即，限位柱8对打印托板1固定后，打印托板1的中心即与旋转支架的转动轴线重合)。
一些实施例中，转动驱动装置包括电机9和传动箱10，电机9的电机轴与传动箱10的输入轴连接，传动箱10的输出轴与旋转支架连接，且传动箱10的输出轴与旋转支架的旋转中心相重合。电机9可以是伺服电机9，从而能够转动任意角度，传动箱10可以是减速箱。
一些实施例中，打印支架3为可伸缩打印支架。例如，打印支架3可以采用与上述的竖直运动机构12相同的结构，并将竖直运动机构12设置在打印支架3的滑块上。具体使用时，可以将打印支架3作为大行程的竖直高度调节机构，以快速调节激光打印头4至合适高度，而将竖直运动机构12作为小行程的精密竖直高度调节机构，以提高激光打印头4的打印精度。
一些实施例中，激光打印头4外部罩设有保护罩11，保护罩11内用于通入稀有气体。如此设置，能够防止打印出的金属被空气中的氧气氧化，提高大型环形构件的打印质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种大型环形构件制造装置，其特征在于，包括：
旋转机构，其包括旋转支架、转动驱动装置和多个直径不同的打印托板(1)，所述转动驱动装置与所述旋转支架传动连接，以驱动所述旋转支架转动，所述旋转支架上设有至少三个沿所述旋转支架周向分布的伸缩杆(2)，各个所述伸缩杆(2)均第一端与所述旋转支架可滑动连接，第二端向远离所述旋转支架旋转中心的方向延伸，多个直径不同的所述打印托板(1)中任一者可选择地置于所述伸缩杆(2)上，各个所述伸缩杆(2)上均设有用于固定所述打印托板(1)的固定装置；
打印机构，其包括打印支架(3)、打印激光头和运动机构，所述运动机构设置于所述打印支架(3)上，所述激光打印头(4)设置于所述运动机构上，以使所述运动机构带动所述打印激光头沿所述旋转支架的径向、所述旋转支架的切向以及所述旋转支架的竖直方向运动，所述打印激光头位于所述打印托板(1)上方，以将大型环形构件打印至所述打印托板(1)上。
2.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，还包括支撑平台，所述支撑平台包括支撑板(5)，以及竖直设置且长度可调的支腿(6)，所述支腿(6)的数量为至少三个，各个所述支腿(6)均与所述支撑平台的下表面连接，所述旋转机构设置于所述支撑板(5)上表面。
3.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，还包括竖直设置以用于支撑所述伸缩杆(2)的支撑杆(7)，各个所述伸缩杆(2)均设有所述支撑杆(7)，各个所述支撑杆(7)均一端与相应的所述伸缩杆(2)连接，另一端设置有滚轮。
4.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，还包括用于驱动所述伸缩杆(2)的直线驱动装置，所述直线驱动装置的数量为多个，各个所述直线驱动装置与所述伸缩杆(2)一一对应。
5.根据权利要求4所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，所述直线驱动装置为液压缸或者气缸，所述液压缸的缸体或者所述气缸的缸体与所述旋转支架连接，所述液压缸的活塞杆或者所述气缸的活塞杆与相应的所述伸缩杆(2)连接，以驱动所述伸缩杆(2)伸出和缩回，或者，所述直线驱动装置为直线电机(9)。
6.根据权利要求4所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，多个直径不同的所述打印托板(1)均为环形结构，所述固定装置包括设置于各个所述伸缩杆(2)上的限位柱(8)，各个所述限位柱(8)均竖直设置，各个所述限位柱(8)用于与所述打印托板(1)的内圆周壁相抵，以从内部胀紧所述打印托板(1)，或者用于与所述打印托板(1)的外圆周壁相抵，以从外部夹紧所述打印托板(1)。
7.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，所述转动驱动装置包括电机(9)和传动箱(10)，所述电机(9)的电机轴与所述传动箱(10)的输入轴连接，所述传动箱(10)的输出轴与所述旋转支架连接，且所述传动箱(10)的输出轴与所述旋转支架的旋转中心相重合。
8.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，所述打印支架(3)为可伸缩打印支架。
9.根据权利要求1所述的大型环形构件制造装置，其特征在于，所述激光打印头(4)外部罩设有保护罩(11)，所述保护罩(11)内用于通入稀有气体。
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