CN113020753B - 一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置 - Google Patents

Abstract

一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，包括：堆积件、双凸轮推拉丝电弧增材电源、双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手、送丝机、送丝管安装架、送丝管、双凸轮推拉丝机构、堆积丝；所述双凸轮推拉丝机构包括：箱体结构、推拉丝结构、轴距调节结构、气体保护结构、动力结构；所述推拉丝结构包括：上凸轮、上凸轮主轴、上凸轮主轴轴承、上凸轮定位套筒、下凸轮、下凸轮主轴、下凸轮主轴轴承、下凸轮定位套筒、上背轮、上背轮主轴、上背轮轴承、上背轮定位套筒、下背轮、下背轮主轴、下背轮轴承、下背轮定位套筒；所述上凸轮与所述下凸轮分别施加给所述堆积丝的力为相位相差180度脉动摩擦力，使熔滴更易从所述堆积丝尖端脱落，提高制造精度。

Description

一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，具体地涉及一种使用双凸轮推拉丝电弧增材制造的工艺。

背景技术

电弧增材制造技术使用电弧作为热源，用于熔化堆积丝并同时加热基板形成熔池，堆积丝尖端受热熔化成熔滴，熔滴积聚在堆积丝尖端不断变大，直到自身重力过大脱离堆积丝尖端，熔滴下落到熔池中，熔池凝固后形成增材层。在机械手或是机床运动系统的驱动下，电弧增材制造可生成特定轨迹的增材层，层层堆积形成零件。电弧增材制造使用电弧作为热源，堆积丝作为原材料，该技术天然的具有低成本、高堆积速度、高材料利用率的优势。在电弧增材制造中，熔滴脱离堆积丝尖端受表面张力、电弧力、重力等作用，由于金属熔滴表面张力较大，导致熔滴不断在堆积丝尖端积聚成自重足够大的大尺寸熔滴，而大尺寸熔滴下落过渡到下方的熔池中将造成熔池尺寸的扩大，凝固后产生尺寸较大的增材层，导致增材件的尺寸精度和形状精度较差，这限制了电弧增材制造技术的市场推广。因此，为了提高电弧增材制造技术的制造精度，就必须减小熔滴的尺寸。

本发明的新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置使用双凸轮推拉丝机构在堆积丝上产生周期性的上下脉动抖动，在堆积丝尖端产生较大的周期性上下冲击，导致熔滴无充足时间积聚便在惯性作用下脱离堆积丝尖端，过渡到熔池中，产生数量较多及尺寸较小的熔滴，提高制造精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置。

本发明的技术方案如下：

一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：包括堆积件、双凸轮推拉丝电弧增材电源、双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手、送丝机、送丝管安装架、送丝管、双凸轮推拉丝机构、堆积丝；所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手通过地脚螺栓紧固于地面；所述送丝机通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手；所述送丝管安装架由绝缘材料制成，所述送丝管安装架通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手末端关节；所述送丝管安装架轴线处为通孔，用于安装所述送丝管，所述送丝管安装架左侧有凸出的带孔安装板，用于通过螺栓安装所述双凸轮推拉丝机构；所述送丝管为柔性导电管，所述送丝管与所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手之间绝缘，所述送丝管前端连接于所述送丝机，所述送丝管末端连接于所述双凸轮推拉丝机构；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源两极分别连接所述送丝管和所述堆积件；所述堆积丝由所述送丝机驱动，沿所述送丝管同轴向前送进。

优选地，所述双凸轮推拉丝机构包括：箱体结构、推拉丝结构、轴距调节结构、气体保护结构、动力结构；所述箱体结构包括：左箱盖、双凸轮推拉丝机构箱体、右箱盖、双凸轮推拉丝机构固定架；所述右箱盖左右两侧有两条水平槽；所述左箱盖与所述右箱盖通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体，所述双凸轮推拉丝机构箱体通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构固定架，所述双凸轮推拉丝机构固定架通过螺栓安装于所述送丝管安装架下部。

优选地，所述推拉丝结构包括：上凸轮、上凸轮主轴、上凸轮主轴轴承、上凸轮定位套筒、下凸轮、下凸轮主轴、下凸轮主轴轴承、下凸轮定位套筒、上背轮、上背轮主轴、上背轮轴承、上背轮定位套筒、下背轮、下背轮主轴、下背轮轴承、下背轮定位套筒；所述上凸轮主轴为阶梯轴，所述上凸轮与所述上凸轮定位套筒同轴安装于所述上凸轮主轴，所述上凸轮通过所述上凸轮主轴轴肩与所述上凸轮定位套筒轴向定位，所述上凸轮主轴通过所述上凸轮主轴轴承安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体上部，所述上凸轮主轴轴承用于所述上凸轮主轴与所述上凸轮定位套筒的轴向定位；所述下凸轮主轴为阶梯轴，所述下凸轮与所述下凸轮定位套筒同轴安装于所述下凸轮主轴，所述下凸轮通过所述下凸轮主轴轴肩与所述下凸轮定位套筒轴向定位，所述下凸轮主轴通过所述下凸轮主轴轴承安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体下部，所述下凸轮主轴轴承用于所述下凸轮主轴与所述下凸轮定位套筒的轴向定位；所述上背轮通过所述上背轮轴承同轴安装于所述上背轮主轴，所述上背轮主轴为阶梯轴，所述上背轮定位套筒同轴安装于所述上背轮主轴，用于轴向定位所述上背轮轴承；所述下背轮通过所述下背轮轴承同轴安装于所述下背轮主轴，所述下背轮主轴为阶梯轴，所述下背轮定位套筒同轴安装于所述下背轮主轴，用于轴向定位所述下背轮轴承；所述上背轮主轴、所述下背轮主轴通过所述轴距调节结构安装于所述右箱盖水平槽中，所述上背轮主轴、所述下背轮主轴通过所述轴距调节结构可水平同步滑动，用于分别调节所述上凸轮主轴、所述下凸轮主轴与所述上背轮主轴、所述下背轮主轴的轴距。

优选地，所述轴距调节结构包括：轴距调节架、轴距调节螺母、轴距调节螺杆、弹簧；所述轴距调节架上下两侧为半圆形孔，用于限制所述上背轮主轴、所述下背轮主轴和所述轴距调节架运动状态保持一致，所述上背轮主轴与所述下背轮主轴通过所述轴距调节架可沿所述右箱盖水平槽中滑动，用于调节轴距；所述轴距调节架中心有一通孔，用于安装所述轴距调节螺杆，所述轴距调节架垂直面内侧有两块固定板，用于限制所述轴距调节螺杆旋转；所述轴距调节螺母通过螺纹连接同轴安装于所述轴距调节螺杆并处于所述右箱盖外侧，用于调节限制所述轴距调节架与所述右箱盖之间的距离；所述弹簧安装于所述轴距调节架与所述右箱盖内侧之间，通过拧紧或松开所述轴距调节螺母，改变所述弹簧压缩量，用于调节所述上凸轮主轴、所述下凸轮主轴与所述上背轮主轴、所述下背轮主轴的轴距。

优选地，所述气体保护结构包括：气体喷嘴支座、气体喷嘴、气体整流器；所述气体喷嘴支座内部为空心圆柱腔体，顶部有小直径通孔用于所述堆积丝通过，侧面有进气管用于向内部腔体输送保护气体；所述气体喷嘴支座通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体底部；所述气体喷嘴上部与下部分别为空心圆柱和空心锥体，通过螺栓同轴安装于所述气体喷嘴支座；所述气体整流器内部有规则的网格状通孔结构，使得气体均匀分布；所述气体整流器轴线处有通孔，用于所述堆积丝通过；所述气体整流器同轴安装于所述气体喷嘴内部。

优选地，所述动力结构包括：伺服电机、刚性联轴器、动力主轴、水平锥齿轮、垂直锥齿轮、上正时齿轮、下正时齿轮；所述伺服电机通过螺栓安装于所述气体喷嘴支座上，所述动力主轴通过所述刚性联轴器同轴安装于所述伺服电机输出轴上；所述水平锥齿轮通过花键同轴安装于所述动力主轴上；所述垂直锥齿轮通过花键同轴安装于所述上凸轮主轴一端，所述上正时齿轮通过平键同轴安装于所述上凸轮主轴另一端；所述下正时齿轮通过平键同轴安装于所述下凸轮主轴一端；所述上凸轮主轴通过平键将扭矩传递给所述上凸轮，所述下凸轮主轴通过平键将扭矩传递给所述下凸轮；所述水平锥齿轮与所述垂直锥齿轮相互啮合，用于传递动力；所述上正时齿轮与所述下正时齿轮相互外啮合，使得所述上凸轮主轴与所述下凸轮主轴转动方向相反，通过所述上正时齿轮与所述下正时齿轮初始安装位置使得所述上凸轮与所述下凸轮转动相位差180度。

优选地，所述伺服电机通过所述刚性联轴器将动力传递给所述动力主轴，所述动力主轴通过所述水平锥齿轮与所述垂直锥齿轮的啮合作用将扭矩传递给所述上凸轮主轴，带动所述上凸轮与所述上正时齿轮同时转动；所述下凸轮主轴通过所述上正时齿轮与所述下正时齿轮的外啮合作用获得扭矩，带动所述下凸轮反向转动。

优选地，工作过程，所述伺服电机输出扭矩，扭矩通过所述动力主轴、所述水平锥齿轮、所述垂直锥齿轮输送到所述上凸轮主轴；所述上正时齿轮和所述下正时齿轮直接外啮合，使得所述上凸轮和所述下凸轮转动方向相反，所述上凸轮与所述下凸轮转动相位相差180度；所述送丝机以固定速度输送所述堆积丝，所述堆积丝以恒定的速度进入所述双凸轮推拉丝机构；所述上凸轮顺时针转动，当所述上凸轮的远轴段逐渐靠近所述堆积丝时，由于所述上凸轮表面与所述上背轮表面之间的间距逐渐变小，因而所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力从无到有、由小变大，所述上凸轮通过摩擦力拖动所述堆积丝向下运动，此时所述下凸轮逆时针转动，所述下凸轮远轴段逐渐远离所述堆积丝，所述下凸轮表面与所述下背轮表面之间的间距逐渐增大，所述下凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力由大到小、从有到无；当所述上凸轮的远轴段处于靠近所述堆积丝的水平位置时，所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力最大，此时所述下凸轮的远轴段处于远离所述堆积丝的水平位置，所述下凸轮与所述堆积丝之间无摩擦力；当所述上凸轮继续转动时，所述上凸轮表面和所述上背轮表面之间的距离逐渐变大，所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力由大变小、从有到无，此时所述下凸轮远轴段逐渐靠近所述堆积丝，所述下凸轮表面与所述下背轮表面之间间距减小，所述下凸轮与所述堆积丝之间摩擦力由无到有、从小变大，拖动所述堆积丝向上运动；所述上凸轮远轴段处于远离所述堆积丝的水平位置时，所述上凸轮与所述堆积丝之间无摩擦力，此时所述下凸轮远轴段处于靠近所述堆积丝的水平位置，所述下凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力为最大值；所述上凸轮与所述下凸轮分别施加给所述堆积丝的力为相位相差180度的周期性脉动摩擦力；在所述送丝机及所述上凸轮和所述下凸轮的驱动下，所述堆积丝在上下抖动中持续向前送进。

优选地，在电弧增材制造过程中，保护气体通过所述气体喷嘴支座进气管进入所述气体喷嘴支座内部腔体，通过所述气体整流器的矫正作用均匀地从所述气体喷嘴出口喷出；所述堆积丝通过所述送丝机持续向下送进；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源工作，电弧在所述堆积件与所述堆积丝尖端之间产生，所述堆积件上受电弧加热区域形成熔池，所述堆积丝尖端受电弧加热形成熔滴并过渡到熔池；所述伺服电机工作，动力通过所述水平锥齿轮、所述垂直锥齿轮、所述上正时齿轮、所述下正时齿轮传递到所述上凸轮与所述下凸轮，所述上凸轮与所述下凸轮周期性地通过摩擦力带动所述堆积丝上下抖动，使得熔滴更容易从所述堆积丝尖端脱离并过渡到熔池，产生尺寸更小并且数量更多的熔滴，提高增材制造精度；改变所述伺服电机转速可以控制所述堆积丝上下抖动的频率，影响熔滴过渡频率；调节所述轴距调节螺母可以控制所述上凸轮、所述下凸轮施加给所述堆积丝的最大摩擦力。

相对于现有技术，本发明有如下技术效应：

本发明的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置利用双凸轮推拉丝机构驱动堆积丝产生周期可调、幅值可调的上下抖动力，极大促进堆积丝尖端的熔滴脱离与过渡，提高电弧增材制造的精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的双凸轮推拉丝机构示意图；

图3为本发明的双凸轮推拉丝机构示意图；

图4为本发明的双凸轮推拉丝机构示意图；

图5为本发明的双凸轮推拉丝机构示意图；

图6为本发明的轴距调节结构示意图；

图7为本发明的送丝管安装架示意图；

1、堆积件，2、双凸轮推拉丝电弧增材电源，3、双凸轮推拉丝电弧增材制造六轴机械手，4、送丝机，5、送丝管安装架，6、送丝管，7、双凸轮推拉丝机构，8、气体喷嘴支座，9、下正时齿轮，10、下凸轮主轴，11、上正时齿轮，12、上凸轮主轴，13、左箱盖，14、双凸轮推拉丝机构固定架，15、双凸轮推拉丝机构箱体，16、右箱盖，17、上背轮主轴，18、轴距调节螺母，19、轴距调节螺杆，20、下背轮主轴，21、气体喷嘴，22、气体整流器，23、下凸轮，24、下凸轮定位套筒，25、下凸轮主轴轴承，26、上凸轮，27、上凸轮定位套筒，28、上凸轮主轴轴承，29、上背轮轴承，30、上背轮定位套筒，31、上背轮，32、轴距调节架，33、弹簧，34、下背轮定位套筒，35、下背轮轴承，36、下背轮，37、堆积丝，38、垂直锥齿轮，39、水平锥齿轮，40、动力主轴，41、刚性联轴器，42、伺服电机。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一：

本发明提供如附图1-7所示的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：包括堆积件1、双凸轮推拉丝电弧增材电源2、双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手3、送丝机4、送丝管安装架5、送丝管6、双凸轮推拉丝机构7、堆积丝37；所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手3通过地脚螺栓紧固于地面；所述送丝机4通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手3；所述送丝管安装架5由绝缘材料制成，所述送丝管安装架5通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手3末端关节；所述送丝管安装架5轴线处为通孔，用于安装所述送丝管6，所述送丝管安装架5左侧有凸出的带孔安装板，用于通过螺栓安装所述双凸轮推拉丝机构7；所述送丝管6为柔性导电管，所述送丝管6与所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手3之间绝缘，所述送丝管6前端连接于所述送丝机4，所述送丝管6末端连接于所述双凸轮推拉丝机构7；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源2两极分别连接所述送丝管6和所述堆积件1；所述堆积丝37由所述送丝机4驱动，沿所述送丝管6同轴向前送进。

优选地，所述双凸轮推拉丝机构包括：箱体结构、推拉丝结构、轴距调节结构、气体保护结构、动力结构；所述箱体结构包括：左箱盖13、双凸轮推拉丝机构箱体15、右箱盖16、双凸轮推拉丝机构固定架14；所述右箱盖16左右两侧有两条水平槽；所述左箱盖13与所述右箱盖16通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体15，所述双凸轮推拉丝机构箱体15通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构固定架14，所述双凸轮推拉丝机构固定架14通过螺栓安装于所述送丝管安装架5下部。

优选地，所述推拉丝结构包括：上凸轮26、上凸轮主轴12、上凸轮主轴轴承28、上凸轮定位套筒27、下凸轮23、下凸轮主轴10、下凸轮主轴轴承25、下凸轮定位套筒24、上背轮31、上背轮主轴17、上背轮轴承29、上背轮定位套筒30、下背轮36、下背轮主轴20、下背轮轴承35、下背轮定位套筒34；所述上凸轮主轴12为阶梯轴，所述上凸轮26与所述上凸轮定位套筒27同轴安装于所述上凸轮主轴12，所述上凸轮26通过所述上凸轮主轴12轴肩与所述上凸轮定位套筒27轴向定位，所述上凸轮主轴12通过所述上凸轮主轴轴承28安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体15上部，所述上凸轮主轴轴承28用于所述上凸轮主轴12与所述上凸轮定位套筒27的轴向定位；所述下凸轮主轴10为阶梯轴，所述下凸轮23与所述下凸轮定位套筒24同轴安装于所述下凸轮主轴10，所述下凸轮23通过所述下凸轮主轴10轴肩与所述下凸轮定位套筒24轴向定位，所述下凸轮主轴10通过所述下凸轮主轴轴承25安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体15下部，所述下凸轮主轴轴承25用于所述下凸轮主轴10与所述下凸轮定位套筒24的轴向定位；所述上背轮31通过所述上背轮轴承29同轴安装于所述上背轮主轴17，所述上背轮主轴17为阶梯轴，所述上背轮定位套筒30同轴安装于所述上背轮主轴17，用于轴向定位所述上背轮轴承29；所述下背轮36通过所述下背轮轴承35同轴安装于所述下背轮主轴20，所述下背轮主轴20为阶梯轴，所述下背轮定位套筒34同轴安装于所述下背轮主轴20，用于轴向定位所述下背轮轴承35；所述上背轮主轴17、所述下背轮主轴20通过所述轴距调节结构安装于所述右箱盖16水平槽中，所述上背轮主轴17、所述下背轮主轴20通过所述轴距调节结构可水平同步滑动，用于分别调节所述上凸轮主轴12、所述下凸轮主轴10与所述上背轮主轴17、所述下背轮主轴20的轴距。

优选地，所述轴距调节结构包括：轴距调节架32、轴距调节螺母18、轴距调节螺杆19、弹簧33；所述轴距调节架32上下两侧为半圆形孔，用于限制所述上背轮主轴17、所述下背轮主轴20和所述轴距调节架32运动状态保持一致，所述上背轮主轴17与所述下背轮主轴20通过所述轴距调节架32可沿所述右箱盖16水平槽中滑动，用于调节轴距；所述轴距调节架32中心有一通孔，用于安装所述轴距调节螺杆19，所述轴距调节架32垂直面内侧有两块固定板，用于限制所述轴距调节螺杆19旋转；所述轴距调节螺母18通过螺纹连接同轴安装于所述轴距调节螺杆19并处于所述右箱盖16外侧，用于调节限制所述轴距调节架32与所述右箱盖16之间的距离；所述弹簧33安装于所述轴距调节架32与所述右箱盖16内侧之间，通过拧紧或松开所述轴距调节螺母18，改变所述弹簧33压缩量，用于调节所述上凸轮主轴12、所述下凸轮主轴10与所述上背轮主轴17、所述下背轮主轴20的轴距。

优选地，所述气体保护结构包括：气体喷嘴支座8、气体喷嘴21、气体整流器22；所述气体喷嘴支座8内部为空心圆柱腔体，顶部有小直径通孔用于所述堆积丝37通过，侧面有进气管用于向内部腔体输送保护气体；所述气体喷嘴支座8通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体15底部；所述气体喷嘴21上部与下部分别为空心圆柱和空心锥体，通过螺栓同轴安装于所述气体喷嘴支座8；所述气体整流器22内部有规则的网格状通孔结构，使得气体均匀分布；所述气体整流器22轴线处有通孔，用于所述堆积丝37通过；所述气体整流器22同轴安装于所述气体喷嘴21内部。

优选地，所述动力结构包括：伺服电机42、刚性联轴器41、动力主轴40、水平锥齿轮39、垂直锥齿轮38、上正时齿轮11、下正时齿轮9；所述伺服电机42通过螺栓安装于所述气体喷嘴支座8上，所述动力主轴40通过所述刚性联轴器41同轴安装于所述伺服电机42输出轴上；所述水平锥齿轮39通过花键同轴安装于所述动力主轴40上；所述垂直锥齿轮38通过花键同轴安装于所述上凸轮主轴12一端，所述上正时齿轮11通过平键同轴安装于所述上凸轮主轴12另一端；所述下正时齿轮9通过平键同轴安装于所述下凸轮主轴10一端；所述上凸轮主轴12通过平键将扭矩传递给所述上凸轮26，所述下凸轮主轴10通过平键将扭矩传递给所述下凸轮23；所述水平锥齿轮39与所述垂直锥齿轮38相互啮合，用于传递动力；所述上正时齿轮11与所述下正时齿轮9相互外啮合，使得所述上凸轮主轴12与所述下凸轮主轴10转动方向相反，通过所述上正时齿轮11与所述下正时齿轮9初始安装位置使得所述上凸轮26与所述下凸轮23转动相位差180度。

优选地，所述伺服电机42通过所述刚性联轴器41将动力传递给所述动力主轴40，所述动力主轴40通过所述水平锥齿轮39与所述垂直锥齿轮38的啮合作用将扭矩传递给所述上凸轮主轴12，带动所述上凸轮26与所述上正时齿轮11同时转动；所述下凸轮主轴10通过所述上正时齿轮11与所述下正时齿轮9的外啮合作用获得扭矩，带动所述下凸轮23反向转动。

优选地，工作过程，所述伺服电机42输出扭矩，扭矩通过所述动力主轴40、所述水平锥齿轮39、所述垂直锥齿轮38输送到所述上凸轮主轴12；所述上正时齿轮11和所述下正时齿轮9直接外啮合，使得所述上凸轮26和所述下凸轮23转动方向相反，所述上凸轮26与所述下凸轮23转动相位相差180度；所述送丝机4以固定速度输送所述堆积丝37，所述堆积丝37以恒定的速度进入所述双凸轮推拉丝机构7；所述上凸轮26顺时针转动，当所述上凸轮26的远轴段逐渐靠近所述堆积丝37时，由于所述上凸轮26表面与所述上背轮31表面之间的间距逐渐变小，因而所述上凸轮26与所述堆积丝37之间的摩擦力从无到有、由小变大，所述上凸轮26通过摩擦力拖动所述堆积丝37向下运动，此时所述下凸轮23逆时针转动，所述下凸轮23远轴段逐渐远离所述堆积丝37，所述下凸轮23表面与所述下背轮36表面之间的间距逐渐增大，所述下凸轮23与所述堆积丝37之间的摩擦力由大到小、从有到无；当所述上凸轮26的远轴段处于靠近所述堆积丝37的水平位置时，所述上凸轮26与所述堆积丝37之间的摩擦力最大，此时所述下凸轮23的远轴段处于远离所述堆积丝37的水平位置，所述下凸轮23与所述堆积丝37之间无摩擦力；当所述上凸轮26继续转动时，所述上凸轮26表面和所述上背轮31表面之间的距离逐渐变大，所述上凸轮26与所述堆积丝37之间的摩擦力由大变小、从有到无，此时所述下凸轮23远轴段逐渐靠近所述堆积丝37，所述下凸轮23表面与所述下背轮36表面之间间距减小，所述下凸轮23与所述堆积丝37之间摩擦力由无到有、从小变大，拖动所述堆积丝37向上运动；所述上凸轮26远轴段处于远离所述堆积丝37的水平位置时，所述上凸轮26与所述堆积丝37之间无摩擦力，此时所述下凸轮23远轴段处于靠近所述堆积丝37的水平位置，所述下凸轮23与所述堆积丝37之间的摩擦力为最大值；所述上凸轮26与所述下凸轮23分别施加给所述堆积丝37的力为相位相差180度的周期性脉动摩擦力；在所述送丝机4及所述上凸轮26和所述下凸轮23的驱动下，所述堆积丝37在上下抖动中持续向前送进。

优选地，在电弧增材制造过程中，保护气体通过所述气体喷嘴支座8进气管进入所述气体喷嘴支座8内部腔体，通过所述气体整流器22的矫正作用均匀地从所述气体喷嘴21出口喷出；所述堆积丝37通过所述送丝机4持续向下送进；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源2工作，电弧在所述堆积件1与所述堆积丝37尖端之间产生，所述堆积件1上受电弧加热区域形成熔池，所述堆积丝37尖端受电弧加热形成熔滴并过渡到熔池；所述伺服电机42工作，动力通过所述水平锥齿轮39、所述垂直锥齿轮38、所述上正时齿轮11、所述下正时齿轮9传递到所述上凸轮26与所述下凸轮23，所述上凸轮26与所述下凸轮23周期性地通过摩擦力带动所述堆积丝37上下抖动，使得熔滴更容易从所述堆积丝37尖端脱离并过渡到熔池，产生尺寸更小并且数量更多的熔滴，提高增材制造精度；改变所述伺服电机42转速可以控制所述堆积丝37上下抖动的频率，影响熔滴过渡频率；调节所述轴距调节螺母18可以控制所述上凸轮26、所述下凸轮23施加给所述堆积丝37的最大摩擦力。

相对于现有技术，本发明有如下技术效应：

本发明的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置利用双凸轮推拉丝机构在堆积丝上产生周期性的脉动上下抖动，促进了堆积丝尖端熔滴的脱落，避免了熔滴的积聚与长大，产生数量较多以及尺寸较小的熔滴，提高电弧增材制造件的尺寸精度和形状精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：包括堆积件、双凸轮推拉丝电弧增材电源、双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手、送丝机、送丝管安装架、送丝管、双凸轮推拉丝机构、堆积丝；所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手通过地脚螺栓紧固于地面；所述送丝机通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手；所述送丝管安装架由绝缘材料制成，所述送丝管安装架通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手末端关节；所述送丝管安装架轴线处为通孔，用于安装所述送丝管，所述送丝管安装架左侧有凸出的带孔安装板，用于通过螺栓安装所述双凸轮推拉丝机构；所述送丝管为柔性导电管，所述送丝管与所述双凸轮推拉丝电弧增材六轴机械手之间绝缘，所述送丝管前端连接于所述送丝机，所述送丝管末端连接于所述双凸轮推拉丝机构；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源两极分别连接所述送丝管和所述堆积件；所述堆积丝由所述送丝机驱动，沿所述送丝管同轴向前送进；

所述双凸轮推拉丝机构包括：箱体结构、推拉丝结构、轴距调节结构、气体保护结构、动力结构；所述箱体结构包括：左箱盖、双凸轮推拉丝机构箱体、右箱盖、双凸轮推拉丝机构固定架；所述右箱盖上下两侧有两条水平槽；所述左箱盖与所述右箱盖通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体，所述双凸轮推拉丝机构箱体通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构固定架，所述双凸轮推拉丝机构固定架通过螺栓安装于所述送丝管安装架下部；

所述推拉丝结构包括：上凸轮、上凸轮主轴、上凸轮主轴轴承、上凸轮定位套筒、下凸轮、下凸轮主轴、下凸轮主轴轴承、下凸轮定位套筒、上背轮、上背轮主轴、上背轮轴承、上背轮定位套筒、下背轮、下背轮主轴、下背轮轴承、下背轮定位套筒；所述上凸轮主轴为阶梯轴，所述上凸轮与所述上凸轮定位套筒同轴安装于所述上凸轮主轴，所述上凸轮通过所述上凸轮主轴轴肩与所述上凸轮定位套筒轴向定位，所述上凸轮主轴通过所述上凸轮主轴轴承安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体上部，所述上凸轮主轴轴承用于所述上凸轮主轴与所述上凸轮定位套筒的轴向定位；所述下凸轮主轴为阶梯轴，所述下凸轮与所述下凸轮定位套筒同轴安装于所述下凸轮主轴，所述下凸轮通过所述下凸轮主轴轴肩与所述下凸轮定位套筒轴向定位，所述下凸轮主轴通过所述下凸轮主轴轴承安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体下部，所述下凸轮主轴轴承用于所述下凸轮主轴与所述下凸轮定位套筒的轴向定位；所述上背轮通过所述上背轮轴承同轴安装于所述上背轮主轴，所述上背轮主轴为阶梯轴，所述上背轮定位套筒同轴安装于所述上背轮主轴，用于轴向定位所述上背轮轴承；所述下背轮通过所述下背轮轴承同轴安装于所述下背轮主轴，所述下背轮主轴为阶梯轴，所述下背轮定位套筒同轴安装于所述下背轮主轴，用于轴向定位所述下背轮轴承；所述上背轮主轴、所述下背轮主轴通过所述轴距调节结构安装于所述右箱盖水平槽中，所述上背轮主轴、所述下背轮主轴通过所述轴距调节结构可水平同步滑动，用于调节所述上凸轮主轴与所述上背轮主轴的轴距，以及所述下凸轮主轴与所述下背轮主轴的轴距；

所述动力结构包括：伺服电机、刚性联轴器、动力主轴、水平锥齿轮、垂直锥齿轮、上正时齿轮、下正时齿轮；所述动力主轴通过所述刚性联轴器同轴安装于所述伺服电机输出轴上；所述水平锥齿轮通过花键同轴安装于所述动力主轴上；所述垂直锥齿轮通过花键同轴安装于所述上凸轮主轴一端，所述上正时齿轮通过平键同轴安装于所述上凸轮主轴另一端；所述下正时齿轮通过平键同轴安装于所述下凸轮主轴一端；所述上凸轮主轴通过平键将扭矩传递给所述上凸轮，所述下凸轮主轴通过平键将扭矩传递给所述下凸轮；所述水平锥齿轮与所述垂直锥齿轮相互啮合，用于传递动力；所述上正时齿轮与所述下正时齿轮相互外啮合，使得所述上凸轮主轴与所述下凸轮主轴转动方向相反，通过所述上正时齿轮与所述下正时齿轮初始安装位置使得所述上凸轮与所述下凸轮转动相位差180度；在所述送丝机及所述上凸轮和所述下凸轮的驱动下，所述堆积丝在上下抖动中持续向前送进。

2.如权利要求1所述的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：

所述轴距调节结构包括：轴距调节架、轴距调节螺母、轴距调节螺杆、弹簧；所述轴距调节架上下两侧为半圆形孔，用于限制所述上背轮主轴、所述下背轮主轴和所述轴距调节架运动状态保持一致，所述上背轮主轴与所述下背轮主轴通过所述轴距调节架可沿所述右箱盖水平槽中滑动，用于调节轴距；所述轴距调节架中心有一通孔，用于安装所述轴距调节螺杆，所述轴距调节架垂直面内侧有两块固定板，用于限制所述轴距调节螺杆旋转；所述轴距调节螺母通过螺纹连接同轴安装于所述轴距调节螺杆并处于所述右箱盖外侧，用于调节限制所述轴距调节架与所述右箱盖之间的距离；所述弹簧安装于所述轴距调节架与所述右箱盖内侧之间，通过拧紧或松开所述轴距调节螺母，改变所述弹簧压缩量，用于调节所述上凸轮主轴与所述上背轮主轴的轴距，以及所述下凸轮主轴与所述下背轮主轴的轴距。

3.如权利要求2所述的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：

所述气体保护结构包括：气体喷嘴支座、气体喷嘴、气体整流器；所述气体喷嘴支座内部为空心圆柱腔体，顶部有小直径通孔用于所述堆积丝通过，侧面有进气管用于向内部腔体输送保护气体；所述气体喷嘴支座通过螺栓安装于所述双凸轮推拉丝机构箱体底部；所述气体喷嘴上部与下部分别为空心圆柱和空心锥体，通过螺栓同轴安装于所述气体喷嘴支座；所述气体整流器内部有规则的网格状通孔结构，使得气体均匀分布；所述气体整流器轴线处有通孔，用于所述堆积丝通过；所述气体整流器同轴安装于所述气体喷嘴内部。

4.如权利要求3所述的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：

所述伺服电机通过螺栓安装于所述气体喷嘴支座上。

5.如权利要求4所述的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：

工作过程，所述伺服电机输出扭矩，扭矩通过所述动力主轴、所述水平锥齿轮、所述垂直锥齿轮输送到所述上凸轮主轴；所述上正时齿轮和所述下正时齿轮直接外啮合，使得所述上凸轮和所述下凸轮转动方向相反，所述上凸轮与所述下凸轮转动相位相差180度；所述送丝机以固定速度输送所述堆积丝，所述堆积丝以恒定的速度进入所述双凸轮推拉丝机构；所述上凸轮顺时针转动，当所述上凸轮的远轴段逐渐靠近所述堆积丝时，由于所述上凸轮表面与所述上背轮表面之间的间距逐渐变小，因而所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力从无到有、由小变大，所述上凸轮通过摩擦力拖动所述堆积丝向下运动，此时所述下凸轮逆时针转动，所述下凸轮远轴段逐渐远离所述堆积丝，所述下凸轮表面与所述下背轮表面之间的间距逐渐增大，所述下凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力由大到小、从有到无；当所述上凸轮的远轴段处于靠近所述堆积丝的水平位置时，所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力最大，此时所述下凸轮的远轴段处于远离所述堆积丝的水平位置，所述下凸轮与所述堆积丝之间无摩擦力；当所述上凸轮继续转动时，所述上凸轮表面和所述上背轮表面之间的距离逐渐变大，所述上凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力由大变小、从有到无，此时所述下凸轮远轴段逐渐靠近所述堆积丝，所述下凸轮表面与所述下背轮表面之间间距减小，所述下凸轮与所述堆积丝之间摩擦力由无到有、从小变大，拖动所述堆积丝向上运动；所述上凸轮远轴段处于远离所述堆积丝的水平位置时，所述上凸轮与所述堆积丝之间无摩擦力，此时所述下凸轮远轴段处于靠近所述堆积丝的水平位置，所述下凸轮与所述堆积丝之间的摩擦力为最大值；所述上凸轮与所述下凸轮分别施加给所述堆积丝的力为相位相差180度的周期性脉动摩擦力。

6.如权利要求5所述的一种新型双凸轮推拉丝电弧增材制造装置，其特征在于：

在电弧增材制造过程中，保护气体通过所述气体喷嘴支座进气管进入所述气体喷嘴支座内部腔体，通过所述气体整流器的矫正作用均匀地从所述气体喷嘴出口喷出；所述堆积丝通过所述送丝机持续向下送进；所述双凸轮推拉丝电弧增材电源工作，电弧在所述堆积件与所述堆积丝尖端之间产生，所述堆积件上受电弧加热区域形成熔池，所述堆积丝尖端受电弧加热形成熔滴并过渡到熔池；所述伺服电机工作，动力通过所述水平锥齿轮、所述垂直锥齿轮、所述上正时齿轮、所述下正时齿轮传递到所述上凸轮与所述下凸轮，所述上凸轮与所述下凸轮周期性地通过摩擦力带动所述堆积丝上下抖动，使得熔滴更容易从所述堆积丝尖端脱离并过渡到熔池，产生尺寸更小并且数量更多的熔滴，提高增材制造精度；改变所述伺服电机转速控制所述堆积丝上下抖动的频率，影响熔滴过渡频率；调节所述轴距调节螺母控制所述上凸轮、所述下凸轮施加给所述堆积丝的最大摩擦力。

Images