CN114473136A - 一种电弧熔丝增材装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种电弧熔丝增材装置；包括主体、工作平台、焊枪、送丝系统、机器人以及控制系统；所述主体上设有机械臂座，所述机械臂座能够沿主体竖直方向移动；所述工作平台用于承载成型件，以工作平台平面为水平面，能够沿水平方向旋转及沿竖直方向翻转。本发明无需任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种电弧熔丝增材装置。
背景技术
传统的锻造是用锤击和压力机等方法，使在可塑状态下的金属材料成为具有一定形状
和尺寸的工件，并改变它的物理性质，铸造是将金属熔化成液体后浇入模子里，经冷却凝
固、清理后获得所需形状的铸件的加工方法，能制成形状复杂的各类物件，但这种铸造具有以下缺点，机械性能不如锻件，如组织粗大，缺陷多；砂型铸造中，单件、小批量生产，工人劳动强度大；铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷。
现代的工业产品多采用锻造，主要由于锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松
等缺陷，且锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件，因此产品生产多用压力机进行锻造，
但锻造同样具有很多缺点，例如当原材料有缺陷时会造成的锻件缺陷：表面裂纹、折叠、层状断口、非金属夹杂、缩管残余、白点等等；当锻造工艺不当造成的缺陷：锻造裂纹、过热、过烧、脱碳和增碳、锻造折叠、组织缺陷等；生产周期长，良品率低造成制造成本上升；锻造多为全自动操作，因此在锻造生产中，会发生外伤事故。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种利用电弧熔丝技术，结合自主研发联动控制系统及装备可实现大型结构体增材制造的一种电弧熔丝增材装置。
本发明一种电弧熔丝增材装置，包括主体、工作平台、焊枪、送丝系统、机器人以及控制系统；所述主体上设有机械臂座，所述机械臂座能够沿主体竖直方向移动；所述工作平台用于承载成型件，以工作平台平面为水平面，能够沿水平方向旋转及沿竖直方向翻转；
所述机器人包括打磨机器人和焊接机器人，其中打磨机器人对称分布在工作平台两侧且每个机器单独固定在工字钢架上，焊接机器人设置在机械臂座上；所述焊枪固定在焊接机器人轴上，其中焊枪与焊机相连，可协同焊机控制金属熔丝增材过程中电压、电流和送丝速度；所述送丝系统包括送丝机以及送丝中转机，所述送丝机与送丝中转机相连，所述送丝中转机与焊枪之间通过导丝管相连；所述控制系统与机器人、送丝系统、焊机以及主体相连，所述控制系统控制机器人、送丝系统、焊机以及主体的开关及过程控制，所述工作平台上承载有基材。
优选的，所述送丝系统包括驱动电机、送丝盘、控制器、第一导丝轮、第二导丝轮、第三导丝轮、第四导丝轮、底板、竖杆、横杆、连接头以及长连杆，所述竖杆固定在底板上，横杆固定在竖杆顶部，所述送丝盘设置在竖杆上且送丝盘一端还与驱动电机相连，所述第一导丝轮、第二导丝轮、第三导丝轮均通过转轴与轴承设于横杆上；其中长连杆一端与第四导丝轮通过转轴以及轴承相连，另一端延伸至连接头外部与感应片相连，长连杆与连接头之间通过转轴以及轴承相连，所述连接头与竖杆固定相连，所述感应片顶部设有上限传感器和上限位杆，底部设有下限传感器和下限位杆，所述控制器设置在横杆上。
优选的，所述上限位杆与下限位杆均穿出竖杆远离感应片一面设置。
优选的，所述上限位杆位置高于上限传感器，所述下限位杆位置低于下限传感器。
优选的，所述机器人均为六轴机械臂，所述打磨机器人轴上设有打磨头。
优选的，所述焊枪上还设有测温仪、位移传感器、熔池监控相机以及除尘装置。
优选的，所述主体固定在底座上，其中主体两端还设有加固的侧支撑体。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
1.本发明无需任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本，
2.成型件尺寸灵活，大尺寸及复杂形状构件可一次成型，无需焊接，可节省大量时间；
3.与传统技术相比摒弃生产线而降低了成本，大幅减少了材料浪费；
4.帮助产品拓扑优化设计，例如用复杂且合理的结构代替原先的实心体，使成品重量
更低，力学性能更好；
5.可以制造出传统生产技术无法制造出的复杂外形。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明焊枪结构示意图；
图3为本发明送丝机结构示意图；
图4为本发明送丝机另一角度结构示意图；
图5为本发明打印开始时结构示意图；
图6为本发明打印过程时结构示意图。
附图标记：1、主体；2、侧支撑体；3、送丝中转机；4、机械臂座；5、焊机；6、焊接机器人；7、焊枪；8、位移传感器；9、熔池监控电机；10、测温仪；11、推拉丝马达；12、控制器；13、横杆；14、第一导丝轮；15、第二导丝轮；16、第四导丝轮；17、竖杆；18、长连杆；19、驱动电机；20、底板；21、第三导丝轮；22、上限位杆；23、上限传感器；24、下限传感器；25、下限位杆；26、打磨机器人；27、基材；28、工作平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
本发明一种电弧熔丝增材装置，如图1、图5及图6所示，包括主体1、工作平台、焊枪7、送丝系统、机器人以及控制系统；所述主体1上设有机械臂座4，所述机械臂座4能够沿主体1竖直方向移动；所述工作平台用于承载成型件，以工作平台平面为水平面，能够沿水平方向旋转及沿竖直方向翻转；所述机器人包括打磨机器人26和焊接机器人6，其中打磨机器人26对称分布在工作平台两侧且每个机器单独固定在工字钢架上，焊接机器人6设置在机械臂座4上；所述焊枪7固定在焊接机器人6轴上，其中焊枪7与焊机5相连，可控制金属熔丝增材过程中电压、电流和送丝速度；所述送丝系统包括送丝机以及送丝中转机3，所述送丝机与送丝中转机3相连，所述送丝中转机3与焊枪7之间通过导丝管相连；所述控制系统与机器人、送丝系统、焊机5以及主体1相连，所述控制系统控制机器人、送丝系统、焊机5以及主体1的开关及过程控制，所述工作平台上承载有基材27。所述送丝系统包括驱动电机19、送丝盘、控制器12、第一导丝轮14、第二导丝轮15、第三导丝轮21、第四导丝轮16、底板20、竖杆17、横杆13、连接头以及长连杆18，所述竖杆17固定在底板20上，横杆13固定在竖杆17顶部，所述送丝盘设置在竖杆17上且送丝盘一端还与驱动电机19相连，所述第一导丝轮14、第二导丝轮15、第三导丝轮21均通过转轴与轴承设于横杆13上；其中长连杆18一端与第四导丝轮16通过转轴以及轴承相连，另一端延伸至连接头外部与感应片相连，长连杆18与连接头之间通过转轴以及轴承相连，所述连接头与竖杆17固定相连，所述感应片顶部设有上限传感器23和上限位杆22，底部设有下限传感器24和下限位杆25，所述控制器12设置在横杆13上。所述上限位杆22与下限位杆25均穿出竖杆17远离感应片一面设置。所述上限位杆22位置高于上限传感器23，所述下限位杆25位置低于下限传感器24。所述焊枪7上还设有测温仪10、位移传感器8、熔池监控相机以及除尘装置。所述主体1固定在底座上，其中主体1两端还设有加固的侧支撑体2。
本实施例中主体1高度为2000～15000mm，可负载500～3000kg，可带动机械臂座4上下传动，传动方式为齿轮齿条传动，但不仅限于此，还可以通过滚珠丝杠、链轮链条等传动方式进行传动；本实施例中机器人均为六轴机械臂，品牌为FANUC、KUKA、ABB，机械臂座4上设有焊枪7和焊机5，焊机5和焊枪7品牌均为伏能士，设于底座上的打磨机器人26能对基材27进行打磨；
本实施例中焊枪7上还设有多种附件，如图2所示，测温仪10可以反馈温度参数，对基材27表面进行温度调节，位移传感器8能检测焊枪7运动的位移量，对层厚进行调节，熔池监控相机可以远程清晰的观察放大的熔池图像，通过图像可判断焊丝的位置、熔池状态，实时进行参数调节，设置的除尘装置为抽风机和风管可对焊枪7工作时产生的燃烧烟尘颗粒物进行清理，提高基材27内部的力学性能。
本实施例工作平台包括机架、旋转电机、载物盘、翻转电机构成，载物盘上安装有基材27，通过旋转电机带动载物盘旋转运动，翻转电机带动翻转运动。
本实施例的送丝系统如图3和图4所示，送丝过程是按下控制器12启动按钮，驱动电机19启动,焊枪7上的推拉丝马达11启动，丝材中转机启动；驱动带电机带动送丝盘开始转动，把丝材送至第三导丝轮21；丝材经过第三导丝轮21被送至第四导丝轮16后，被送至第一导丝轮14和第二导丝轮15，随后至丝材中转机，丝材经过中转机被送至推拉丝马达11处，最后从焊枪7的送丝管出来到达工作面。本实施例中的第四导丝轮16上还设有重力平衡装置，用于平衡，第四导丝轮16安装在长连杆18上，长连杆18安装在竖杆17上，长连杆18与感应片同步转动，当到达上极限位时触动上极限传感器，驱动电机19加速使第四导丝轮16位置下移，当到达下极限位时触动下极限传感器，驱动电机19减速使第四导丝轮16位置上移，以此达到丝材输送过程中缓冲的作用。
参见图1-6，本发明的工艺包括以下步骤：
步骤1.在工作平台上安装好基材27；
步骤2.调试送丝路径，调试送丝系统，使其从送丝盘到焊枪7能精准送丝；
步骤3.导入切片模型，切片模型导入控制系统，运动路径分配给机械臂及其他外部轴，工艺参数分配给焊机5和控制系统；
步骤4.启动打印，工作平台、机器人、焊枪7、焊机5、送丝系统同时开启动作，按照切片路径及工艺参数进行一层一层打印；
步骤5.打磨内外壁，当打印到一定高度后，周边的数台打磨机器人26开始对内外壁有表面要求的区域进行打磨抛光处理；
步骤6.主体1抬升，当焊接机器人6打印一定高度后，主机带动机械臂座4提升一定高度，以此循环至主机的最高处，打印完全行程；
步骤7.停止打印，工作平台和机器人停止运动，焊枪7停止运动，送丝系统停止送丝等；
步骤8.拆卸基材27，将工作平台上打印产品取下，进行后处理加工。
Claims (7)
1.一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，包括主体、工作平台、焊枪、送丝系统、机器人以及控制系统；
所述主体上设有机械臂座，所述机械臂座能够沿主体竖直方向移动；
所述工作平台用于承载成型件，以工作平台平面为水平面，能够沿水平方向旋转及沿竖直方向翻转；
所述机器人包括打磨机器人和焊接机器人，其中打磨机器人对称分布在工作平台两侧且每个机器单独固定在工字钢架上，焊接机器人设置在机械臂座上；
所述焊枪固定在焊接机器人轴上，其中焊枪与焊机相连，可协同焊机控制金属熔丝增材过程中电压、电流和送丝速度；
所述送丝系统包括送丝机以及送丝中转机，所述送丝机与送丝中转机相连，所述送丝中转机与焊枪之间通过导丝管相连；
所述控制系统与机器人、送丝系统、焊机以及主体相连，所述控制系统控制机器人、送丝系统、焊机以及主体的开关及过程控制，所述工作平台上承载有基材。
2.根据权利要求1所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述送丝系统包括驱动电机、送丝盘、控制器、第一导丝轮、第二导丝轮、第三导丝轮、第四导丝轮、底板、竖杆、横杆、连接头以及长连杆，所述竖杆固定在底板上，横杆固定在竖杆顶部，所述送丝盘设置在竖杆上且送丝盘一端还与驱动电机相连，所述第一导丝轮、第二导丝轮、第三导丝轮均通过转轴与轴承设于横杆上；其中长连杆一端与第四导丝轮通过转轴以及轴承相连，另一端延伸至连接头外部与感应片相连，长连杆与连接头之间通过转轴以及轴承相连，所述连接头与竖杆固定相连，所述感应片顶部设有上限传感器和上限位杆，底部设有下限传感器和下限位杆，所述控制器设置在横杆上。
3.根据权利要求2所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述上限位杆与下限位杆均穿出竖杆远离感应片一面设置。
4.根据权利要求3所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述上限位杆位置高于上限传感器，所述下限位杆位置低于下限传感器。
5.根据权利要求1所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述机器人均为六轴机械臂，所述打磨机器人轴上设有打磨头。
6.根据权利要求1所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述焊枪上还设有测温仪、位移传感器、熔池监控相机以及除尘装置。
7.根据权利要求1所述一种电弧熔丝增材装置，其特征在于，所述主体固定在底座上，其中主体两端还设有加固的侧支撑体。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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