CN210334704U - 一种全过程控型控性的电弧增材制造系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全过程控型控性的电弧增材制造系统，包括PLC控制箱、激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置、变位机以及与变位机转轴固定连接的工作平台；还包括用于放置电缆的线缆装置；其中，激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置和变位机分别通过电缆与PLC控制箱连接，工具快换装置上连有多个不同的末端执行工具，末端执行工具包括3D激光扫描仪、激光清洗器、双丝焊枪和TIG自熔修复焊枪，末端执行工具分别通过电缆与该工具对应的控制装置连接，机器人系统包括机器人第六轴，机器人第六轴通过工具快换装置与不同的末端执行工具连接。

Description

一种全过程控型控性的电弧增材制造系统

技术领域

本实用新型涉及一种全过程控型控性的电弧增材制造系统，属于焊接系统技术领域。

背景技术

高质量高效率电弧增材系统基于WAAM电弧增材制造技术，利用逐层熔覆原理，主要以数字化熔丝电源产生电弧作为热源，通过添丝材，在增材软件的驱动控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。为用户实现从设计到制造的快速转换，大幅缩短编程开发及工艺设计周期，降低研发成本，使用户可以专注于应用开发和生产，从而获得更快更高的收益。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全过程控型控性的电弧增材制造系统，该电弧增材系统能够实现高质量高效率的打印出所需打印的3D产品，实现电弧金属3D打印全过程的控型控性、实现目标产品的闭环制造。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种全过程控型控性的电弧增材制造系统，包括PLC控制箱、激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置、变位机以及与变位机转轴固定连接的工作平台；还包括用于放置电缆的线缆装置；其中，激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置和变位机分别通过电缆与PLC控制箱连接，工具快换装置上连有多个不同的末端执行工具，末端执行工具包括3D激光扫描仪、激光清洗器、双丝焊枪和TIG自熔修复焊枪，末端执行工具分别通过电缆与该工具对应的控制装置连接，其中，3D激光扫描仪通过电缆与PLC控制器连接，激光清洗器通过电缆与激光清洗系统连接，双丝焊枪和TIG自熔修复焊枪分别通过电缆与数字化熔丝电源系统连接；机器人系统包括机器人第六轴，机器人第六轴通过工具快换装置与不同的末端执行工具连接。

其中，变位机包括伺服电机以及与伺服电机传动连接的变位机转轴，还包括位于工作平台底部的驱动电机，驱动电机的转轴与工作平台固定连接，驱动电机的机壳固定在变位机转轴上；伺服电机与驱动电机分别通过电缆与PLC控制箱连接。

其中，工作平台表面设有多个定位小孔，定位小孔通过螺栓与不同规格尺寸的连接板固定连接，待打印工件在连接板上进行3D打印。

其中，所述工具快换装置包括机架、固定在机架上的工具连接头以及与工具连接头气动连接的机器人末端连接头；工具连接头通过气动装置固定在机架上，机器人末端连接头与机器人第六轴固定连接。

其中，所述机器人末端连接头包括转接部I和快换连接端I；转接部I与机器人第六轴固定连接。

其中，机架上的工具连接头至少为一个，每个工具连接头均包括转接部II、快换连接端II和定位端；转接部II与末端执行工具固定连接，快换连接端II与快换连接端I气动连接；定位端与气动装置固定连接，工具连接头通过气动装置固定在机架上。

其中，所述气动装置包括基板、固定在基板上且与基板相互垂直设置的底板以及固定在底板上的气缸；还包括固定在基板上的定位板II，定位板II与底板呈对侧设置，定位板II上设有限位板、定位孔和传感器；所述限位板和基板上设有供气缸杆穿过的通孔，气缸杆穿过基板上的通孔后嵌入限位板上的通孔中；基板和底板分别通过螺钉固定在机架上。

其中，所述定位端包括定位板I以及位于定位板I底部且与气动装置定位孔相互配合连接的定位销；还包括起定位作用的长销。

其中，所述快换连接端II与快换连接端I上设有多个气孔，气孔通过气泵与外部气源连接；快换连接端I设有凸出部，快换连接端II设有凹槽，快换连接端I凸出部嵌入快换连接端II凹槽中通过气动连接；所述快换连接端II上还设有防尘板。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统能够高质量高效率的打印出所需打印的3D产品，同时系统中的工具快换装置能够根据当下处理工艺的需要，实现机器人执行端在双丝焊枪、TIG自熔修复焊枪、激光清洗器和3D激光扫描仪4种末端执行工具间不停的切换，从而实现根据不同处理工艺快速更换不同的执行工具。

附图说明

图1为本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统的结构示意图I；

图2为本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统的结构示意图II；

图3为本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统除去防护罩后的结构示意图；

图4为工具快换装置中机器人末端连接头的结构示意图；

图5为工具快换装置中工具连接头的结构示意图；

图6为工具快换装置中气动装置的结构示意图；

图7为工具快换装置中气动装置与工具连接头的连接示意图；

图8为工具快换装置的局部结构示意图；

图9为工具快换装置的结构示意图；

图10为工具快换装置上装有末端执行工具的结构示意图I；

图11为工具快换装置上装有末端执行工具的结构示意图II；

图12为机器人第六轴的结构示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

如图1～12所示，本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统，包括电控箱(PLC控制箱)58、激光清洗系统59、数字化熔丝电源系统60(包括两个MIG热源和一个TIG热源)、机器人系统、工具快换装置57、变位机61以及与变位机61转轴62固定连接的工作平台56；本实用新型电弧增材系统还包括用于放置电缆的线缆装置53；其中，激光清洗系统59、数字化熔丝电源系统60、机器人系统、工具快换装置57和变位机61(各系统的控制箱)分别通过电缆与电控箱58连接，工具快换装置57上连有多个不同的末端执行工具，末端执行工具包括3D激光扫描仪74、激光清洗器75、双丝焊枪71和TIG自熔修复焊枪73，3D激光扫描仪74通过电缆与电控箱58连接，激光清洗器75通过电缆与激光清洗系统59连接，双丝焊枪71和TIG自熔修复焊枪73分别通过电缆与数字化熔丝电源系统60连接；数字化熔丝电源系统60还包括送丝机、焊丝盘和焊接气瓶，焊丝盘通过送丝机与双丝焊枪连接，焊接气瓶通过气管与焊枪连接；机器人系统包括底座52以及固定在底座52上的机器人78，机器人系统还包括机器人控制箱51，机器人78包括机器人第六轴64，机器人第六轴64通过工具快换装置57与不同的末端执行工具连接，从而实现根据不同处理工艺快速更换不同的执行工具；变位机61包括底座以及固定在底座上的伺服电机54，变位机61的伺服电机54转动，从而带动与其转轴62连接的工作平台56沿电机转轴62为轴线转动，变位机61还包括位于工作平台56底部的驱动电机，驱动电机的转轴与工作平台56固定连接，驱动电机的机壳固定在变位机转轴62上，伺服电机54和驱动电机分别通过电缆与电控箱58连接，驱动电机转动，使工作平台56以驱动电机转轴为轴线在水平面内进行360°转动。

其中，工作平台56表面设有多个定位小孔，定位小孔通过螺栓与不同规格尺寸的连接板固定连接，待打印工件在连接板63上进行3D打印。

本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统还包括防护罩70，防护罩70能够将工作区间隔离开来，实现有效的防护，同时也能避免弧光对操作人员的辐射；本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统还包括人机交互系统80，人机交互系统80包括人机交互界面72和主机79(装载有3D打印软件)，主机79通过电缆与PLC控制箱58连接，当操作人员把打印指令通过人机交互界面72输入给人机交互系统80后，本实用新型电弧增材制造系统根据该指令，协调系统中的各个部件开始打印工作。本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统还包括用于挂线缆的线缆支架76，线缆支架76固定在系统旁，线缆支架76上安装有多个弹簧平衡器77。

本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统中工具快换装置57，包括机架1、固定在机架1上的工具连接头4以及与工具连接头4气动连接的机器人末端连接头3；工具连接头4通过气动装置2固定在机架1上，机器人末端连接头3与机器人第六轴64通过螺栓固定连接；机架1上的工具连接头4至少为一个，每个工具连接头4均包括转接部II6、快换连接端II5和定位端7；转接部II6与末端执行工具通过螺栓固定连接，快换连接端II5与快换连接端I32气动连接；定位端7与气动装置2固定连接，工具连接头4通过气动装置2固定在机架1上；机器人末端连接头3包括转接部I31和快换连接端I32；转接部I31与机器人第六轴64固定连接；快换连接端II5与快换连接端I32(快换连接端II5与快换连接端I32为API气动连接头)上设有多个气孔(8，34)，气孔(8，34)与外部气泵连接；快换连接端I32设有凸出部33，快换连接端II5设有凹槽，快换连接端I32凸出部33嵌入快换连接端II5的凹槽中采用气动方式实现可拆分连接；快换连接端II5上还设有防尘板9，防尘板9上设有定位槽24，定位槽24与快换连接端I32上的定位销III23相互配合连接，定位销III23和定位槽24用于实现快换连接端I32和快换连接端II5的连接定位。

气动装置2包括基板14、固定在基板14上且与基板14相互垂直设置的底板15以及固定在底板15上的气缸16；气动装置2还包括固定在基板14上的定位板II17，定位板II17与底板15呈对侧设置，定位板II17上设有限位板18、定位孔19和传感器21；限位板18和基板14上还设有供气缸杆25穿过的通孔20，气缸杆25穿过基板14上的通孔后嵌入限位板18上的通孔20中；基板14和底板15分别通过螺栓固定在机架1上；定位端7包括定位板I13、位于定位板I13底部且与气动装置2定位孔19相互配合连接的定位销10以及通过螺栓固定在定位板I13上的长销12；限位板18上的限位销22起到粗定位或基准作用，长销12起到挡板作用，当工具连接头4放置在气动装置2上时，两个限位销22和长销12起粗定位作用，定位销10嵌入定位孔19中实现精定位，同时传感器21感应到长销12，通过控制箱26给气缸16一个信号，气缸杆25伸出，气缸杆25穿过基板14上的通孔伸入限位板18的通孔20中，将工具连接头4固定。当需要切换时，控制箱26给API气动连接头(快换连接端II5与快换连接端I32)发出打开信号，机器人末端连接头3与在先连接的工具连接头4分开，机器人第六轴64带着机器人末端连接头3到达所需连接的工具连接头4上，控制箱26给API气动连接头(快换连接端II5与快换连接端I32)发出锁紧信号，实现机器人第六轴64与末端执行工具的连接切换。

工具快换装置57还包括控制箱26，快换连接端II5(API气动连接头)、快换连接端I32(API气动连接头)、气缸16和传感器21分别通过电缆与控制箱26连接。传感器21为光电传感器或电感式传感器。工具快换装置57通过机器人末端连接头3与工具连接头4的配合与分离实现工具的切换；此过程控制为气动控制，控制部分安装在控制箱26中，控制箱26通过电缆与PLC控制箱58连接。

工具快换装置57的机架1采用钢制结构，起承载作用；工具快换装置机器人末端连接头3为一个，用于连接机器人第六轴64，工具连接头4一般有4个，每个工具连接头4连接不同的末端执行工具(末端执行工具包括3D激光扫描仪74、激光清洗器75、双丝焊枪71和TIG自熔修复焊枪73)，可根据工艺需求不同，将机器人第六轴64在不同末端执行工具之间进行切换，从而实现根据不同处理工艺快速更换不同的工具。机器人第六轴64通过工具快换装置57自动更换不同的末端执行工具，使机器人的应用更具柔性。

本实用新型全过程控型控性的电弧增材制造系统能够实现双丝3D打印、产品TIG自熔修复、激光清洗、激光逆向重构、高度补偿等工艺，从而实现高质量高效率的3D打印产品，实现电弧金属3D打印全过程控型控性、实现目标产品的闭环制造。

Claims (9)

1.一种全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：包括PLC控制箱、激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置、变位机以及与变位机转轴固定连接的工作平台；还包括用于放置电缆的线缆装置；其中，激光清洗系统、数字化熔丝电源系统、机器人系统、工具快换装置和变位机分别通过电缆与PLC控制箱连接，工具快换装置上连有多个不同的末端执行工具，末端执行工具包括3D激光扫描仪、激光清洗器、双丝焊枪和TIG自熔修复焊枪，末端执行工具分别通过电缆与该工具对应的控制装置连接，其中，3D激光扫描仪通过电缆与PLC控制器连接，激光清洗器通过电缆与激光清洗系统连接，双丝焊枪和TIG自熔修复焊枪分别通过电缆与数字化熔丝电源系统连接；机器人系统包括机器人第六轴，机器人第六轴通过工具快换装置与不同的末端执行工具连接。

2.根据权利要求1所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：变位机包括伺服电机以及与伺服电机传动连接的变位机转轴，还包括位于工作平台底部的驱动电机，驱动电机的转轴与工作平台固定连接，驱动电机的机壳固定在变位机转轴上；伺服电机与驱动电机分别通过电缆与PLC控制箱连接。

3.根据权利要求1所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：工作平台表面设有多个定位小孔，定位小孔通过螺栓与不同规格尺寸的连接板固定连接，待打印工件在连接板上进行3D打印。

4.根据权利要求1所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：所述工具快换装置包括机架、固定在机架上的工具连接头以及与工具连接头气动连接的机器人末端连接头；工具连接头通过气动装置固定在机架上，机器人末端连接头与机器人第六轴固定连接。

5.根据权利要求4所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：所述机器人末端连接头包括转接部I和快换连接端I；转接部I与机器人第六轴固定连接。

6.根据权利要求4所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：机架上的工具连接头至少为一个，每个工具连接头均包括转接部II、快换连接端II和定位端；转接部II与末端执行工具固定连接，快换连接端II与快换连接端I气动连接；定位端与气动装置固定连接。

7.根据权利要求6所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：所述气动装置包括基板、固定在基板上且与基板相互垂直设置的底板以及固定在底板上的气缸；还包括固定在基板上的定位板II，定位板II与底板呈对侧设置，定位板II上设有限位板、定位孔和传感器；所述限位板和基板上设有供气缸杆穿过的通孔，气缸杆穿过基板上的通孔后嵌入限位板上的通孔中；基板和底板分别通过螺钉固定在机架上。

8.根据权利要求6所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：所述定位端包括定位板I以及位于定位板I底部且与气动装置定位孔相互配合连接的定位销；还包括起定位作用的长销。

9.根据权利要求6所述的全过程控型控性的电弧增材制造系统，其特征在于：所述快换连接端II与快换连接端I上设有多个气孔，气孔通过气泵与外部气源连接；快换连接端I设有凸出部，快换连接端II设有凹槽，快换连接端I凸出部嵌入快换连接端II凹槽中通过气动连接；所述快换连接端II上还设有防尘板。

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