CN113798633A - 一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明是属于金属增材制造领域的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，包括：三轴龙门机床、堆积件、双焊枪焊接机构、增强纤维辅助夹紧机构、增强纤维布丝机构；所述增强纤维布丝机构包括：增强纤维布丝摆动轴、增强纤维丝、增强纤维布丝摇臂、增强纤维布丝摆动轮、增强纤维布丝弹簧张紧器、增强纤维布丝摆动电机、增强纤维布丝安装架、增强纤维阻尼储丝器、增强纤维导丝管、增强纤维布丝导轮；所述增强纤维布丝摆动电机驱动所述增强纤维布丝摆动轴摆动，使所述增强纤维丝在水平方向与所述堆积件轴线成一定角度，同时所述双焊枪焊接机构工作，将所述增强纤维丝添加到所述堆积件中，形成复合材料，提高所述堆积件的力学性能。

Description

一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置

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增强纤维丝的复合材料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，用于熔化堆积丝并加热基板，通过材料逐层累计的方法实现零件的快速制造，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。现有的电弧增材制造设备，由于受到焊丝材料强度的限制，所制造增材件的力学性能仍无法满足恶劣条件的使用要求，这限制了电弧增材制造技术的推广使用，而新型焊丝材料的研发，需要大量的时间与成本。因此，为了提高增材件的力学性能，必须在原有堆积过程基础上，添加增强纤维丝形成复合材料，传统的单焊枪电弧增材制造技术，电弧在焊丝与堆积件之间产生，高温电弧将烧毁或是严重损坏增强纤维丝，而双焊枪电弧增材制造技术，电弧产生于双焊丝之间，因此高温电弧对增强纤维丝的影响将显著降低。

本发明的基于电弧增材制造的复合材料制造装置使增强纤维布丝机构与双焊枪焊接机构同步运动，通过增强纤维布丝机构使增强纤维丝水平张紧并随增强纤维布丝摇臂往复摆动与堆积件轴线成一定角度，同时双焊枪焊接机构工作，焊丝熔化形成大量熔滴，熔滴将增强纤维丝覆盖并固化到堆积件中形成复合材料，以提高堆积件的力学性能。

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基于电弧增材制造的复合材料制造装置

本发明的技术方案如下：

一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：包括三轴龙门机床、堆积件、双焊枪焊接机构、增强纤维辅助夹紧机构、增强纤维布丝机构；所述三轴龙门机床通过地脚螺栓紧固于地面；所述堆积件安装于所述三轴龙门机床工作台上；所述双焊枪焊接机构通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床主轴运动；所述增强纤维辅助夹紧机构安装于所述双焊枪焊接机构左侧；所述增强纤维布丝机构安装于所述三轴龙门机床主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床主轴运动。

优选地，所述双焊枪焊接机构包括：竖直焊丝、竖直焊枪、竖直焊枪夹具、竖直焊枪绝缘套、竖直焊枪送丝管、竖直焊枪送丝机、倾斜焊枪送丝机、倾斜焊枪送丝管，倾斜焊枪夹具、倾斜焊枪绝缘套、倾斜焊枪、倾斜焊丝、焊机电源；所述竖直焊枪夹具由左右两安装块构成，所述竖直焊枪夹具左安装块前后有带有中心孔的耳板；所述竖直焊枪夹具左安装块左侧有螺纹孔，用于安装所述增强纤维辅助夹紧机构；所述竖直焊枪夹具左安装块右侧中部有半圆孔；所述竖直焊枪夹具右安装块前后有带有中心孔的耳板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具左安装块前后耳板配合连接；所述竖直焊枪夹具右安装块后侧上端有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端；所述竖直焊枪夹具右安装块右侧有多块带有中心孔安装板；所述竖直焊枪夹具右安装块左侧中部有半圆孔，与所述竖直焊枪夹具左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述竖直焊枪绝缘套，同轴安装所述竖直焊枪；所述竖直焊枪绝缘套由绝缘材料制成，所述竖直焊枪夹具与所述竖直焊枪之间彼此绝缘；所述倾斜焊枪夹具由左右两安装块组成，所述倾斜焊枪夹具左安装块左侧有多块带中心孔的安装板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具右安装块右侧安装板配合连接；所述倾斜焊枪夹具左安装块前后有带中心孔的耳板，所述倾斜焊枪夹具左安装块右侧中部有半圆孔；所述倾斜焊枪夹具右安装块前后有带中心孔的耳板，通过螺栓与所述倾斜焊枪夹具左安装块前后耳板相连接；所述倾斜焊枪夹具右安装块左侧中部有半圆孔，与所述倾斜焊枪夹具左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述倾斜焊枪绝缘套，同轴安装所述倾斜焊枪；所述倾斜焊枪绝缘套由绝缘材料制成，所述倾斜焊枪夹具与所述倾斜焊枪之间彼此绝缘；所述竖直焊枪与所述倾斜焊枪的夹角可通过所述竖直焊枪夹具与所述倾斜焊枪夹具调节；所述竖直焊枪送丝机水平安装在所述三轴龙门机床上；所述竖直焊枪送丝管为柔性管，所述竖直焊枪送丝管前端与所述竖直焊枪同轴连接，所述竖直焊枪送丝管末端与所述竖直焊枪送丝机连接；所述倾斜焊枪送丝机水平安装在所述三轴龙门机床上；所述倾斜焊枪送丝管为柔性管，所述倾斜焊枪送丝管前端与所述倾斜焊枪同轴连接，所述倾斜焊枪送丝管末端与所述倾斜焊枪送丝机连接；所述焊机电源放置于地面，所述焊机电源正极与所述竖直焊枪连接，所述焊机电源负极与所述倾斜焊枪连接；所述竖直焊丝由所述竖直焊枪送丝机驱动，沿所述竖直焊枪送丝管同轴向前送进，从所述竖直焊枪端口送出；所述倾斜焊丝由所述倾斜焊枪送丝机驱动，沿所述倾斜焊枪送丝管同轴向前送进，从所述倾斜焊枪端口送出。

优选地，所述增强纤维辅助夹紧机构包括：增强纤维辅助夹紧卡钳、增强纤维辅助夹紧齿条、增强纤维辅助夹紧拉簧、增强纤维辅助夹紧安装架、增强纤维辅助夹紧驱动电机、增强纤维辅助夹紧驱动齿轮；所述增强纤维辅助夹紧安装架右端后侧有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述竖直焊枪夹具左安装块左侧螺纹孔；所述增强纤维辅助夹紧安装架中心靠右侧有轴孔，用于通过螺栓同轴安装所述增强纤维辅助夹紧驱动电机；所述增强纤维辅助夹紧安装架左端前侧有凸出的导轨，所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧有一凸台；所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮同轴安装于所述增强纤维辅助夹紧驱动电机主轴上；所述增强纤维辅助夹紧齿条上部轴线处有矩形槽，与所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台相配合，所述增强纤维辅助夹紧齿条左侧与所述增强纤维辅助夹紧安装架左端前侧导轨相配合，使得所述增强纤维辅助夹紧齿条只能沿上下方向运动；所述增强纤维辅助夹紧齿条上下运动极限位置由所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽尺寸以及所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台尺寸共同决定；所述增强纤维辅助夹紧齿条与所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮相外啮合；所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽底端中心有通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端左侧有一矩形通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端右侧有矩形凸台，该矩形凸台下部有齿；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端前侧有通孔；所述增强纤维辅助夹紧卡钳中心靠左端前侧处有通孔，通过螺栓与所述增强纤维辅助夹紧齿条下端前侧通孔同轴配合；所述增强纤维辅助夹紧卡钳左端有手柄，用于手动调节所述增强纤维辅助夹紧机构，所述增强纤维辅助夹紧卡钳上侧中心有带通孔的耳板；所述增强纤维辅助夹紧卡钳右端上侧有矩形凸台，该矩形凸台上部有齿，用于与所述增强纤维辅助夹紧齿条下端右侧矩形凸台配合达到夹紧目的；所述增强纤维辅助夹紧拉簧通过所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽底端通孔分别连接所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台与所述增强纤维辅助夹紧卡钳上侧耳板。

优选地，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮逆时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮与所述增强纤维辅助夹紧齿条啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条向下移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧受拉，拉动所述增强纤维辅助夹紧卡钳，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳向上运动，实现夹紧功能；所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮顺时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮与所述增强纤维辅助夹紧齿条啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条向上移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧舒展，拉力减小，所述增强纤维辅助夹紧卡钳向下运动，实现释放功能；通过手动向上抬所述增强纤维辅助夹紧卡钳左端手柄，克服所述增强纤维辅助夹紧拉簧拉力，实现释放功能。

优选地，所述增强纤维布丝机构包括：增强纤维布丝摆动轴、增强纤维丝、增强纤维布丝摇臂、增强纤维布丝摆动轮、增强纤维布丝弹簧张紧器、增强纤维布丝摆动电机、增强纤维布丝安装架、增强纤维阻尼储丝器、增强纤维导丝管、增强纤维布丝导轮；所述增强纤维布丝安装架左端前侧有两个竖直布置的通孔，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端；所述增强纤维布丝安装架右侧有凸出副板，该副板底端前侧有通孔；所述增强纤维布丝安装架副板底端右侧有矩形槽，所述增强纤维布丝安装架副板右侧中心有带中心孔的夹紧块，该夹紧块前侧有通孔，通过拧紧螺栓实现夹紧功能；所述增强纤维布丝导轮通过螺栓安装在所述增强纤维布丝安装架副板底端右侧矩形槽内；所述增强纤维布丝导轮表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝；所述增强纤维布丝摆动电机通过螺栓安装于所述增强纤维布丝安装架上；所述增强纤维布丝摆动轴上端同轴安装于所述增强纤维布丝摆动电机主轴上；所述增强纤维布丝摆动轴后侧有伸出轴；所述增强纤维布丝摆动轴左侧有带中心孔的耳板；所述增强纤维布丝摆动轴左侧下端有伸出小凸台；所述增强纤维布丝摇臂左端前部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂左端后部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂右端有两个带中心孔的安装板，通过螺栓与所述增强纤维布丝摆动轴左侧耳板连接；所述增强纤维布丝摆动轮同轴安装于所述增强纤维布丝摇臂左端前部伸出轴上，所述增强纤维布丝摆动轮表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝；所述增强纤维布丝弹簧张紧器左右两端分别有带圆孔的安装板，分别连接所述增强纤维布丝摇臂左端后部伸出轴与所述增强纤维布丝摆动轴后侧伸出轴；所述增强纤维布丝摇臂下极限位置受到所述增强纤维布丝摆动轴下端伸出凸台限位约束；所述增强纤维阻尼储丝器安装于所述三轴龙门机床上；所述增强纤维导丝管为柔性管；所述增强纤维导丝管前端由所述增强纤维布丝安装架副板右侧中心夹紧块夹紧，所述增强纤维导丝管末端与所述增强纤维阻尼储丝器出丝口相连，使所述增强纤维丝沿所述增强纤维导丝管轴线移动。

优选地，工作时，所述竖直焊丝与所述倾斜焊丝之间产生电弧并受热生成熔滴，熔滴覆盖所述增强纤维丝于所述堆积件上，凝固后将所述增强纤维丝固化于所述堆积件上；所述增强纤维布丝机构随所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维阻尼储丝器中存储的所述增强纤维丝张紧受拉，沿所述增强纤维导丝管轴线送进，经过所述增强纤维布丝导轮与所述增强纤维布丝摆动轮；由于所述增强纤维阻尼储丝器存在阻尼，进一步，使所述增强纤维丝与所述增强纤维布丝摆动轮作用，压缩所述增强纤维布丝弹簧张紧器，使所述增强纤维丝水平张紧；所述增强纤维布丝摆动轴由所述增强纤维布丝摆动电机驱动，进一步，带动所述增强纤维布丝摇臂与所述增强纤维布丝摆动轮摆动，进一步，使所述增强纤维丝在水平方向与所述堆积件轴线成一定角度。

优选地，开始工作前，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮逆时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条向下移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳上行将所述增强纤维丝夹紧；所述双焊枪焊接机构工作点焊，在所述堆积件上产生包裹所述增强纤维丝的熔池，该熔池凝固后将所述增强纤维丝固定于所述堆积件上，进一步，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮顺时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条向上移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳松开所述增强纤维丝；所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维布丝机构随所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维布丝摆动电机驱动所述增强纤维布丝摆动轴、所述增强纤维布丝摇臂与所述增强纤维布丝摆动轮摆动，使所述增强纤维丝在水平方向与所述堆积件轴线成一定角度；同时，所述双焊枪焊接机构也随所述三轴龙门机床主轴移动，所述焊机电源持续工作，电弧在所述竖直焊丝尖端与所述倾斜焊丝尖端产生，该电弧距离所述增强纤维丝较远，不会熔化与损坏所述增强纤维丝；所述竖直焊丝尖端与所述倾斜焊丝尖端受高温电弧加热形成大量熔滴，该熔滴过渡到所述堆积件中并覆盖所述增强纤维丝，将所述增强纤维丝固化于所述堆积件中，制造出复合材料；通过改变所述增强纤维布丝摆动电机往复摆动速度可以控制所述增强纤维丝水平布置的形状，制造不同力学性能的复合材料。

相对于现有技术，本发明有如下技术效应：

本发明的基于电弧增材制造的复合材料制造装置使增强纤维布丝机构与双焊枪焊接机构同步运动，通过增强纤维布丝机构使增强纤维丝水平张紧并随增强纤维布丝摇臂往复摆动与堆积件轴线成一定角度，同时双焊枪焊接机构工作，焊丝熔化形成大量熔滴，熔滴将增强纤维丝覆盖并固化到堆积件中形成复合材料，提高堆积件的力学性能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的双焊枪焊接机构示意图；

图3为本发明的双焊枪焊接机构A处放大示意图；

图4为本发明的增强纤维辅助夹紧机构示意图；

图5为本发明的增强纤维辅助夹紧机构B处放大示意图；

图6为本发明的增强纤维布丝机构示意图；

图7为本发明的增强纤维布丝机构C处放大示意图；

图8为本发明的竖直焊枪夹具结构示意图；

图9为本发明起始工作状态结构示意图；

图10为本发明中间工作过程示意图；

1、三轴龙门机床，2、堆积件，3、双焊枪焊接机构，4、增强纤维辅助夹紧机构，5、增强纤维布丝机构，6、竖直焊丝，7、竖直焊枪，8、竖直焊枪夹具，9、竖直焊枪绝缘套，10、竖直焊枪送丝管，11、竖直焊枪送丝机，12、倾斜焊枪送丝机，13、倾斜焊枪送丝管，14、倾斜焊枪夹具，15、倾斜焊枪绝缘套，16、倾斜焊枪，17、倾斜焊丝，18、焊机电源，19、增强纤维辅助夹紧卡钳，20、增强纤维辅助夹紧齿条，21、增强纤维辅助夹紧拉簧，22、增强纤维辅助夹紧安装架，23、增强纤维辅助夹紧驱动电机，24、增强纤维辅助夹紧驱动齿轮，25、增强纤维布丝摆动轴，26、增强纤维丝，27、增强纤维布丝摇臂，28、增强纤维布丝摆动轮，29、增强纤维布丝弹簧张紧器，30、增强纤维布丝摆动电机，31、增强纤维布丝安装架，32、增强纤维阻尼储丝器，33、增强纤维导丝管，34、增强纤维布丝导轮。

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1-10所示的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：包括三轴龙门机床1、堆积件2、双焊枪焊接机构3、增强纤维辅助夹紧机构4、增强纤维布丝机构5；所述三轴龙门机床1通过地脚螺栓紧固于地面；所述堆积件2安装于所述三轴龙门机床1工作台上；所述双焊枪焊接机构3通过螺栓安装于所述三轴龙门机床1主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床1主轴运动；所述增强纤维辅助夹紧机构4安装于所述双焊枪焊接机构3左侧；所述增强纤维布丝机构5安装于所述三轴龙门机床1主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床1主轴运动。

优选地，所述双焊枪焊接机构3包括：竖直焊丝6、竖直焊枪7、竖直焊枪夹具8、竖直焊枪绝缘套9、竖直焊枪送丝管10、竖直焊枪送丝机11、倾斜焊枪送丝机12、倾斜焊枪送丝管13，倾斜焊枪夹具14、倾斜焊枪绝缘套15、倾斜焊枪16、倾斜焊丝17、焊机电源18；所述竖直焊枪夹具8由左右两安装块构成，所述竖直焊枪夹具8左安装块前后有带有中心孔的耳板；所述竖直焊枪夹具8左安装块左侧有螺纹孔，用于安装所述增强纤维辅助夹紧机构4；所述竖直焊枪夹具8左安装块右侧中部有半圆孔；所述竖直焊枪夹具8右安装块前后有带有中心孔的耳板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具8左安装块前后耳板配合连接；所述竖直焊枪夹具8右安装块后侧上端有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床1主轴末端；所述竖直焊枪夹具8右安装块右侧有多块带有中心孔安装板；所述竖直焊枪夹具8右安装块左侧中部有半圆孔，与所述竖直焊枪夹具8左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述竖直焊枪绝缘套9，同轴安装所述竖直焊枪7；所述竖直焊枪绝缘套9由绝缘材料制成，所述竖直焊枪夹具8与所述竖直焊枪7之间彼此绝缘；所述倾斜焊枪夹具14由左右两安装块组成，所述倾斜焊枪夹具14左安装块左侧有多块带中心孔的安装板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具8右安装块右侧安装板配合连接；所述倾斜焊枪夹具14左安装块前后有带中心孔的耳板，所述倾斜焊枪夹具14左安装块右侧中部有半圆孔；所述倾斜焊枪夹具14右安装块前后有带中心孔的耳板，通过螺栓与所述倾斜焊枪夹具14左安装块前后耳板相连接；所述倾斜焊枪夹具14右安装块左侧中部有半圆孔，与所述倾斜焊枪夹具14左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述倾斜焊枪绝缘套15，同轴安装所述倾斜焊枪16；所述倾斜焊枪绝缘套15由绝缘材料制成，所述倾斜焊枪夹具14与所述倾斜焊枪16之间彼此绝缘；所述竖直焊枪7与所述倾斜焊枪16的夹角可通过所述竖直焊枪夹具8与所述倾斜焊枪夹具14调节；所述竖直焊枪送丝机11水平安装在所述三轴龙门机床1上；所述竖直焊枪送丝管10为柔性管，所述竖直焊枪送丝管10前端与所述竖直焊枪7同轴连接，所述竖直焊枪送丝管10末端与所述竖直焊枪送丝机11连接；所述倾斜焊枪送丝机12水平安装在所述三轴龙门机床1上；所述倾斜焊枪送丝管13为柔性管，所述倾斜焊枪送丝管13前端与所述倾斜焊枪16同轴连接，所述倾斜焊枪送丝管13末端与所述倾斜焊枪送丝机12连接；所述焊机电源18放置于地面，所述焊机电源18正极与所述竖直焊枪7连接，所述焊机电源18负极与所述倾斜焊枪16连接；所述竖直焊丝6由所述竖直焊枪送丝机11驱动，沿所述竖直焊枪送丝管10同轴向前送进，从所述竖直焊枪7端口送出；所述倾斜焊丝17由所述倾斜焊枪送丝机12驱动，沿所述倾斜焊枪送丝管13同轴向前送进，从所述倾斜焊枪16端口送出。

优选地，所述增强纤维辅助夹紧机构4包括：增强纤维辅助夹紧卡钳19、增强纤维辅助夹紧齿条20、增强纤维辅助夹紧拉簧21、增强纤维辅助夹紧安装架22、增强纤维辅助夹紧驱动电机23、增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24；所述增强纤维辅助夹紧安装架22右端后侧有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述竖直焊枪夹具8左安装块左侧螺纹孔；所述增强纤维辅助夹紧安装架22中心靠右侧有轴孔，用于通过螺栓同轴安装所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23；所述增强纤维辅助夹紧安装架22左端前侧有凸出的导轨，所述增强纤维辅助夹紧安装架22左部前侧有一凸台；所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24同轴安装于所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23主轴上；所述增强纤维辅助夹紧齿条20上部轴线处有矩形槽，与所述增强纤维辅助夹紧安装架22左部前侧凸台相配合，所述增强纤维辅助夹紧齿条20左侧与所述增强纤维辅助夹紧安装架22左端前侧导轨相配合，使得所述增强纤维辅助夹紧齿条20只能沿上下方向运动；所述增强纤维辅助夹紧齿条20上下运动极限位置由所述增强纤维辅助夹紧齿条20矩形槽尺寸以及所述增强纤维辅助夹紧安装架22左部前侧凸台尺寸共同决定；所述增强纤维辅助夹紧齿条20与所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24相外啮合；所述增强纤维辅助夹紧齿条20矩形槽底端中心有通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条20下端左侧有一矩形通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条20下端右侧有矩形凸台，该矩形凸台下部有齿；所述增强纤维辅助夹紧齿条20下端前侧有通孔；所述增强纤维辅助夹紧卡钳19中心靠左端前侧处有通孔，通过螺栓与所述增强纤维辅助夹紧齿条20下端前侧通孔同轴配合；所述增强纤维辅助夹紧卡钳19左端有手柄，用于手动调节所述增强纤维辅助夹紧机构4，所述增强纤维辅助夹紧卡钳19上侧中心有带通孔的耳板；所述增强纤维辅助夹紧卡钳19右端上侧有矩形凸台，该矩形凸台上部有齿，用于与所述增强纤维辅助夹紧齿条20下端右侧矩形凸台配合达到夹紧目的；所述增强纤维辅助夹紧拉簧21通过所述增强纤维辅助夹紧齿条20矩形槽底端通孔分别连接所述增强纤维辅助夹紧安装架22左部前侧凸台与所述增强纤维辅助夹紧卡钳19上侧耳板。

优选地，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24逆时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24与所述增强纤维辅助夹紧齿条20啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条20向下移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧21受拉，拉动所述增强纤维辅助夹紧卡钳19，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳19向上运动，实现夹紧功能；所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24顺时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24与所述增强纤维辅助夹紧齿条20啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条20向上移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧21舒展，拉力减小，所述增强纤维辅助夹紧卡钳19向下运动，实现释放功能；通过手动向上抬所述增强纤维辅助夹紧卡钳19左端手柄，克服所述增强纤维辅助夹紧拉簧21拉力，实现释放功能。

优选地，所述增强纤维布丝机构5包括：增强纤维布丝摆动轴25、增强纤维丝26、增强纤维布丝摇臂27、增强纤维布丝摆动轮28、增强纤维布丝弹簧张紧器29、增强纤维布丝摆动电机30、增强纤维布丝安装架31、增强纤维阻尼储丝器32、增强纤维导丝管33、增强纤维布丝导轮34；所述增强纤维布丝安装架31左端前侧有两个竖直布置的通孔，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床1主轴末端；所述增强纤维布丝安装架31右侧有凸出副板，该副板底端前侧有通孔；所述增强纤维布丝安装架31副板底端右侧有矩形槽，所述增强纤维布丝安装架31副板右侧中心有带中心孔的夹紧块，该夹紧块前侧有通孔，通过拧紧螺栓实现夹紧功能；所述增强纤维布丝导轮34通过螺栓安装在所述增强纤维布丝安装架31副板底端右侧矩形槽内；所述增强纤维布丝导轮34表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝26；所述增强纤维布丝摆动电机30通过螺栓安装于所述增强纤维布丝安装架31上；所述增强纤维布丝摆动轴25上端同轴安装于所述增强纤维布丝摆动电机30主轴上；所述增强纤维布丝摆动轴25后侧有伸出轴；所述增强纤维布丝摆动轴25左侧有带中心孔的耳板；所述增强纤维布丝摆动轴25左侧下端有伸出小凸台；所述增强纤维布丝摇臂27左端前部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂27左端后部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂27右端有两个带中心孔的安装板，通过螺栓与所述增强纤维布丝摆动轴25左侧耳板连接；所述增强纤维布丝摆动轮28同轴安装于所述增强纤维布丝摇臂27左端前部伸出轴上，所述增强纤维布丝摆动轮28表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝26；所述增强纤维布丝弹簧张紧器29左右两端分别有带圆孔的安装板，分别连接所述增强纤维布丝摇臂27左端后部伸出轴与所述增强纤维布丝摆动轴25后侧伸出轴；所述增强纤维布丝摇臂27下极限位置受到所述增强纤维布丝摆动轴25下端伸出凸台限位约束；所述增强纤维阻尼储丝器32安装于所述三轴龙门机床1上；所述增强纤维导丝管33为柔性管；所述增强纤维导丝管33前端由所述增强纤维布丝安装架31副板右侧中心夹紧块夹紧，所述增强纤维导丝管33末端与所述增强纤维阻尼储丝器32出丝口相连，使所述增强纤维丝26沿所述增强纤维导丝管33轴线移动。

优选地，工作时，所述竖直焊丝6与所述倾斜焊丝17之间产生电弧并受热生成熔滴，熔滴覆盖所述增强纤维丝26于所述堆积件2上，凝固后将所述增强纤维丝26固化于所述堆积件2上；所述增强纤维布丝机构5随所述三轴龙门机床1主轴移动，所述增强纤维阻尼储丝器32中存储的所述增强纤维丝26张紧受拉，沿所述增强纤维导丝管33轴线送进，经过所述增强纤维布丝导轮34与所述增强纤维布丝摆动轮28；由于所述增强纤维阻尼储丝器32存在阻尼，进一步，使所述增强纤维丝26与所述增强纤维布丝摆动轮28作用，压缩所述增强纤维布丝弹簧张紧器29，使所述增强纤维丝26水平张紧；所述增强纤维布丝摆动轴25由所述增强纤维布丝摆动电机30驱动，进一步，带动所述增强纤维布丝摇臂27与所述增强纤维布丝摆动轮28摆动，进一步，使所述增强纤维丝26在水平方向与所述堆积件2轴线成一定角度。

优选地，开始工作前，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24逆时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条20向下移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳19上行将所述增强纤维丝26夹紧；所述双焊枪焊接机构3工作点焊，在所述堆积件2上产生包裹所述增强纤维丝26的熔池，该熔池凝固后将所述增强纤维丝26固定于所述堆积件2上，进一步，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机23驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮24顺时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条20向上移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳19松开所述增强纤维丝26；所述三轴龙门机床1主轴移动，所述增强纤维布丝机构5随所述三轴龙门机床1主轴移动，所述增强纤维布丝摆动电机30驱动所述增强纤维布丝摆动轴25、所述增强纤维布丝摇臂27与所述增强纤维布丝摆动轮28摆动，使所述增强纤维丝26在水平方向与所述堆积件2轴线成一定角度；同时，所述双焊枪焊接机构3也随所述三轴龙门机床1主轴移动，所述焊机电源18持续工作，电弧在所述竖直焊丝6尖端与所述倾斜焊丝17尖端产生，该电弧距离所述增强纤维丝26较远，不会熔化与损坏所述增强纤维丝26；所述竖直焊丝6尖端与所述倾斜焊丝17尖端受高温电弧加热形成大量熔滴，该熔滴过渡到所述堆积件2中并覆盖所述增强纤维丝26，将所述增强纤维丝26固化于所述堆积件2中，制造出复合材料；通过改变所述增强纤维布丝摆动电机30往复摆动速度可以控制所述增强纤维丝26水平布置的形状，制造不同力学性能的复合材料。

相对于现有技术，本发明有如下技术效应：

本发明的基于电弧增材制造的复合材料制造装置使增强纤维布丝机构与双焊枪焊接机构同步运动，通过增强纤维布丝机构使增强纤维丝水平张紧并随增强纤维布丝摇臂往复摆动与堆积件轴线成一定角度，同时双焊枪焊接机构工作，焊丝熔化形成大量熔滴，熔滴将增强纤维丝覆盖并固化到堆积件中形成复合材料，以提高堆积件的力学性能。

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 (7)

1.一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：包括三轴龙门机床、堆积件、双焊枪焊接机构、增强纤维辅助夹紧机构、增强纤维布丝机构；所述三轴龙门机床通过地脚螺栓紧固于地面；所述堆积件安装于所述三轴龙门机床工作台上；所述双焊枪焊接机构通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床主轴运动；所述增强纤维辅助夹紧机构安装于所述双焊枪焊接机构左侧；所述增强纤维布丝机构安装于所述三轴龙门机床主轴末端，可跟随所述三轴龙门机床主轴运动。

2.如权利要求1所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

所述双焊枪焊接机构包括：竖直焊丝、竖直焊枪、竖直焊枪夹具、竖直焊枪绝缘套、竖直焊枪送丝管、竖直焊枪送丝机、倾斜焊枪送丝机、倾斜焊枪送丝管，倾斜焊枪夹具、倾斜焊枪绝缘套、倾斜焊枪、倾斜焊丝、焊机电源；所述竖直焊枪夹具由左右两安装块构成，所述竖直焊枪夹具左安装块前后有带有中心孔的耳板；所述竖直焊枪夹具左安装块左侧有螺纹孔，用于安装所述增强纤维辅助夹紧机构；所述竖直焊枪夹具左安装块右侧中部有半圆孔；所述竖直焊枪夹具右安装块前后有带有中心孔的耳板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具左安装块前后耳板配合连接；所述竖直焊枪夹具右安装块后侧上端有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端；所述竖直焊枪夹具右安装块右侧有多块带有中心孔安装板；所述竖直焊枪夹具右安装块左侧中部有半圆孔，与所述竖直焊枪夹具左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述竖直焊枪绝缘套，同轴安装所述竖直焊枪；所述竖直焊枪绝缘套由绝缘材料制成，所述竖直焊枪夹具与所述竖直焊枪之间彼此绝缘；所述倾斜焊枪夹具由左右两安装块组成，所述倾斜焊枪夹具左安装块左侧有多块带中心孔的安装板，通过螺栓与所述竖直焊枪夹具右安装块右侧安装板配合连接；所述倾斜焊枪夹具左安装块前后有带中心孔的耳板，所述倾斜焊枪夹具左安装块右侧中部有半圆孔；所述倾斜焊枪夹具右安装块前后有带中心孔的耳板，通过螺栓与所述倾斜焊枪夹具左安装块前后耳板相连接；所述倾斜焊枪夹具右安装块左侧中部有半圆孔，与所述倾斜焊枪夹具左安装块右侧半圆孔相配合，通过所述倾斜焊枪绝缘套，同轴安装所述倾斜焊枪；所述倾斜焊枪绝缘套由绝缘材料制成，所述倾斜焊枪夹具与所述倾斜焊枪之间彼此绝缘；所述竖直焊枪与所述倾斜焊枪的夹角可通过所述竖直焊枪夹具与所述倾斜焊枪夹具调节；所述竖直焊枪送丝机水平安装在所述三轴龙门机床上；所述竖直焊枪送丝管为柔性管，所述竖直焊枪送丝管前端与所述竖直焊枪同轴连接，所述竖直焊枪送丝管末端与所述竖直焊枪送丝机连接；所述倾斜焊枪送丝机水平安装在所述三轴龙门机床上；所述倾斜焊枪送丝管为柔性管，所述倾斜焊枪送丝管前端与所述倾斜焊枪同轴连接，所述倾斜焊枪送丝管末端与所述倾斜焊枪送丝机连接；所述焊机电源放置于地面，所述焊机电源正极与所述竖直焊枪连接，所述焊机电源负极与所述倾斜焊枪连接；所述竖直焊丝由所述竖直焊枪送丝机驱动，沿所述竖直焊枪送丝管同轴向前送进，从所述竖直焊枪端口送出；所述倾斜焊丝由所述倾斜焊枪送丝机驱动，沿所述倾斜焊枪送丝管同轴向前送进，从所述倾斜焊枪端口送出。

3.如权利要求1所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

所述增强纤维辅助夹紧机构包括：增强纤维辅助夹紧卡钳、增强纤维辅助夹紧齿条、增强纤维辅助夹紧拉簧、增强纤维辅助夹紧安装架、增强纤维辅助夹紧驱动电机、增强纤维辅助夹紧驱动齿轮；所述增强纤维辅助夹紧安装架右端后侧有带有安装孔的安装板，通过螺栓安装于所述竖直焊枪夹具左安装块左侧螺纹孔；所述增强纤维辅助夹紧安装架中心靠右侧有轴孔，用于通过螺栓同轴安装所述增强纤维辅助夹紧驱动电机；所述增强纤维辅助夹紧安装架左端前侧有凸出的导轨，所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧有一凸台；所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮同轴安装于所述增强纤维辅助夹紧驱动电机主轴上；所述增强纤维辅助夹紧齿条上部轴线处有矩形槽，与所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台相配合，所述增强纤维辅助夹紧齿条左侧与所述增强纤维辅助夹紧安装架左端前侧导轨相配合，使得所述增强纤维辅助夹紧齿条只能沿上下方向运动；所述增强纤维辅助夹紧齿条上下运动极限位置由所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽尺寸以及所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台尺寸共同决定；所述增强纤维辅助夹紧齿条与所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮相外啮合；所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽底端中心有通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端左侧有一矩形通孔；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端右侧有矩形凸台，该矩形凸台下部有齿；所述增强纤维辅助夹紧齿条下端前侧有通孔；所述增强纤维辅助夹紧卡钳中心靠左端前侧处有通孔，通过螺栓与所述增强纤维辅助夹紧齿条下端前侧通孔同轴配合；所述增强纤维辅助夹紧卡钳左端有手柄，用于手动调节所述增强纤维辅助夹紧机构，所述增强纤维辅助夹紧卡钳上侧中心有带通孔的耳板；所述增强纤维辅助夹紧卡钳右端上侧有矩形凸台，该矩形凸台上部有齿，用于与所述增强纤维辅助夹紧齿条下端右侧矩形凸台配合达到夹紧目的；所述增强纤维辅助夹紧拉簧通过所述增强纤维辅助夹紧齿条矩形槽底端通孔分别连接所述增强纤维辅助夹紧安装架左部前侧凸台与所述增强纤维辅助夹紧卡钳上侧耳板。

4.如权利要求3所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮逆时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮与所述增强纤维辅助夹紧齿条啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条向下移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧受拉，拉动所述增强纤维辅助夹紧卡钳，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳向上运动，实现夹紧功能；所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮顺时针转动，通过所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮与所述增强纤维辅助夹紧齿条啮合作用，驱动所述增强纤维辅助夹紧齿条向上移动；进一步，使所述增强纤维辅助夹紧拉簧舒展，拉力减小，所述增强纤维辅助夹紧卡钳向下运动，实现释放功能；通过手动向上抬所述增强纤维辅助夹紧卡钳左端手柄，克服所述增强纤维辅助夹紧拉簧拉力，实现释放功能。

5.如权利要求1所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

所述增强纤维布丝机构包括：增强纤维布丝摆动轴、增强纤维丝、增强纤维布丝摇臂、增强纤维布丝摆动轮、增强纤维布丝弹簧张紧器、增强纤维布丝摆动电机、增强纤维布丝安装架、增强纤维阻尼储丝器、增强纤维导丝管、增强纤维布丝导轮；所述增强纤维布丝安装架左端前侧有两个竖直布置的通孔，通过螺栓安装于所述三轴龙门机床主轴末端；所述增强纤维布丝安装架右侧有凸出副板，该副板底端前侧有通孔；所述增强纤维布丝安装架副板底端右侧有矩形槽，所述增强纤维布丝安装架副板右侧中心有带中心孔的夹紧块，该夹紧块前侧有通孔，通过拧紧螺栓实现夹紧功能；所述增强纤维布丝导轮通过螺栓安装在所述增强纤维布丝安装架副板底端右侧矩形槽内；所述增强纤维布丝导轮表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝；所述增强纤维布丝摆动电机通过螺栓安装于所述增强纤维布丝安装架上；所述增强纤维布丝摆动轴上端同轴安装于所述增强纤维布丝摆动电机主轴上；所述增强纤维布丝摆动轴后侧有伸出轴；所述增强纤维布丝摆动轴左侧有带中心孔的耳板；所述增强纤维布丝摆动轴左侧下端有伸出小凸台；所述增强纤维布丝摇臂左端前部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂左端后部有伸出轴，所述增强纤维布丝摇臂右端有两个带中心孔的安装板，通过螺栓与所述增强纤维布丝摆动轴左侧耳板连接；所述增强纤维布丝摆动轮同轴安装于所述增强纤维布丝摇臂左端前部伸出轴上，所述增强纤维布丝摆动轮表面有多个环形槽，用于容纳多根所述增强纤维丝；所述增强纤维布丝弹簧张紧器左右两端分别有带圆孔的安装板，分别连接所述增强纤维布丝摇臂左端后部伸出轴与所述增强纤维布丝摆动轴后侧伸出轴；所述增强纤维布丝摇臂下极限位置受到所述增强纤维布丝摆动轴下端伸出凸台限位约束；所述增强纤维阻尼储丝器安装于所述三轴龙门机床上；所述增强纤维导丝管为柔性管；所述增强纤维导丝管前端由所述增强纤维布丝安装架副板右侧中心夹紧块夹紧，所述增强纤维导丝管末端与所述增强纤维阻尼储丝器出丝口相连，使所述增强纤维丝沿所述增强纤维导丝管轴线移动。

6.如权利要求5所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

工作时，所述竖直焊丝与所述倾斜焊丝之间产生电弧并受热生成熔滴，熔滴覆盖所述增强纤维丝于所述堆积件上，凝固后将所述增强纤维丝固化于所述堆积件上；所述增强纤维布丝机构随所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维阻尼储丝器中存储的所述增强纤维丝张紧受拉，沿所述增强纤维导丝管轴线送进，经过所述增强纤维布丝导轮与所述增强纤维布丝摆动轮；由于所述增强纤维阻尼储丝器存在阻尼，进一步，使所述增强纤维丝与所述增强纤维布丝摆动轮作用，压缩所述增强纤维布丝弹簧张紧器，使所述增强纤维丝水平张紧；所述增强纤维布丝摆动轴由所述增强纤维布丝摆动电机驱动，进一步，带动所述增强纤维布丝摇臂与所述增强纤维布丝摆动轮摆动，进一步，使所述增强纤维丝在水平方向与所述堆积件轴线成一定角度。

7.如权利要求1所述的一种基于电弧增材制造的复合材料制造装置，其特征在于：

开始工作前，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮逆时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条向下移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳上行将所述增强纤维丝夹紧；所述双焊枪焊接机构工作点焊，在所述堆积件上产生包裹所述增强纤维丝的熔池，该熔池凝固后将所述增强纤维丝固定于所述堆积件上，进一步，所述增强纤维辅助夹紧驱动电机驱动所述增强纤维辅助夹紧驱动齿轮顺时针转动，带动所述增强纤维辅助夹紧齿条向上移动，进一步，使所述增强纤维辅助夹紧卡钳松开所述增强纤维丝；所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维布丝机构随所述三轴龙门机床主轴移动，所述增强纤维布丝摆动电机驱动所述增强纤维布丝摆动轴、所述增强纤维布丝摇臂与所述增强纤维布丝摆动轮摆动，使所述增强纤维丝在水平方向与所述堆积件轴线成一定角度；同时，所述双焊枪焊接机构也随所述三轴龙门机床主轴移动，所述焊机电源持续工作，电弧在所述竖直焊丝尖端与所述倾斜焊丝尖端产生，该电弧距离所述增强纤维丝较远，不会熔化与损坏所述增强纤维丝；所述竖直焊丝尖端与所述倾斜焊丝尖端受高温电弧加热形成大量熔滴，该熔滴过渡到所述堆积件中并覆盖所述增强纤维丝，将所述增强纤维丝固化于所述堆积件中，制造出复合材料；通过改变所述增强纤维布丝摆动电机往复摆动速度可以控制所述增强纤维丝水平布置的形状，制造不同力学性能的复合材料。

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