本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及熔絲增材裝置及工藝，尤其是一種金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置及其熔絲制造工藝。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)又名3d打印或者快速成型。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料或者熔絲，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造三維實(shí)體的技術(shù)。目前常用的增材制造方法有：激光粉床熔融、電子束粉床熔融、激光同軸送粉、電弧熔絲成型技術(shù)等。

激光粉床熔融、電子束粉床熔融由于受成型腔尺寸限制、粉末高昂成本等因素的影響，僅用于精細(xì)結(jié)構(gòu)件的加工制造領(lǐng)域。而激光同軸送粉、電弧熔絲成型技術(shù)采用激光或電弧為熱源，以金屬絲材為原材料，熱源熔融金屬絲材持續(xù)形成熔池，熔池凝固形成沉積面，如此反復(fù)最終通過逐層熔融凝固，完成三維實(shí)體過程。這種制造工藝具有原材料成本較粉末低廉、開放式的加工環(huán)境以及快速的沉積效率，更適合大型結(jié)構(gòu)件的加工制造。

這種成型方式可能存在精細(xì)結(jié)構(gòu)制造精度不足、零件表面光潔度不足、尺寸存在誤差等弊端，難以制造出精度較高的零件，僅能用于毛坯的制造。

鑒于上述指出的金屬熔絲增材制造技術(shù)難以制造出精度較高的零件?，F(xiàn)有技術(shù)解決方案如下：

采用金屬熔絲增材制造技術(shù)制備出毛坯件，后將毛坯件再放入機(jī)床進(jìn)行二次加工以達(dá)到要求精度。

但這種常規(guī)工藝存在的弊端表現(xiàn)在：

一方面，零件參考點(diǎn)由于坐標(biāo)變化無法精確定位、完全成型后部分面無法加工以及薄壁結(jié)構(gòu)件加工時(shí)無支撐面造成變形等缺點(diǎn)，且存在局部細(xì)小結(jié)構(gòu)二次加工困難或難以加工的問題。

另一方面，熔絲增材制造技術(shù)中，沉積寬度由熔池尺寸確定，熔池尺寸越大，其凝固后形成的沉積寬度一般也越大。而熔池尺寸大小直接由絲材直徑確定，通常，絲材直徑越大，形成的熔池尺寸也越大。對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件而言，通常為不同厚度單壁結(jié)構(gòu)組成。常規(guī)的熔絲增材技術(shù)采用單一規(guī)格直徑絲材送進(jìn)方式，沉積成型的單壁結(jié)構(gòu)厚度相同。雖然在二次機(jī)械加工過程可去除多余尺寸厚度，但這樣勢(shì)必會(huì)增加銑削量，另外部分細(xì)小結(jié)構(gòu)可能無法實(shí)現(xiàn)銑削加工。因此需要克服常規(guī)技術(shù)制造大型復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)短板。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置及其熔絲制造工藝。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明首先提出一種金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置，包括送絲系統(tǒng)、多個(gè)機(jī)器人、工作平臺(tái)、焊槍、成型件、數(shù)控銑削系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和焊機(jī)主機(jī)；所述工作平臺(tái)用于承載成型件，以加工平臺(tái)平面為水平面，能夠沿水平方向旋轉(zhuǎn)及沿豎直方向翻轉(zhuǎn)；所述機(jī)器人對(duì)稱分布在工作平臺(tái)兩側(cè)且每個(gè)機(jī)器人單獨(dú)固定在工字鋼桁架上；所述焊槍和送絲系統(tǒng)分別固定在機(jī)器人軸上，其中送絲系統(tǒng)能夠?yàn)閱谓z或多絲送進(jìn)；所述焊接主機(jī)電連接焊槍，控制金屬熔絲增材過程中電壓、電流和送絲速度；所述控制系統(tǒng)電連接機(jī)器人、焊接主機(jī)、數(shù)控銑削系統(tǒng)和送絲系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)控制機(jī)器人、焊接主機(jī)、數(shù)控銑削系統(tǒng)和送絲系統(tǒng)的開關(guān)及過程控制；所述工作平臺(tái)上承載有成型件；所述數(shù)控銑削系統(tǒng)置于成型件的正上方。

進(jìn)一步，上述機(jī)器人為六軸機(jī)器人，其中機(jī)器人的六個(gè)自由軸包括沿x軸方向直線軸以及其他五個(gè)關(guān)節(jié)軸。

進(jìn)一步，上述送絲系統(tǒng)送出的金屬絲材與熱源能夠同軸送進(jìn)或非同軸送進(jìn)。

本發(fā)明還提出一種上述金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置的熔絲制造工藝，包括以下步驟：

步驟1：將三維實(shí)體零件模型圖經(jīng)分層切片處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制系統(tǒng)中；

步驟2：通過控制系統(tǒng)在工作平臺(tái)表面建立直角坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)軸x、y和坐標(biāo)原點(diǎn)；

步驟3：焊接主機(jī)中分別設(shè)置所對(duì)應(yīng)熔絲增材所需電壓、電流參數(shù)；

步驟4：控制系統(tǒng)中設(shè)置不同規(guī)格粗細(xì)金屬絲材的送絲速度、作為粗細(xì)絲的運(yùn)動(dòng)載體的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度、數(shù)控銑削系統(tǒng)的銑削速度；

步驟5：

薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)件增材制造時(shí)，控制系統(tǒng)開啟細(xì)絲送絲系統(tǒng)，細(xì)絲焊接主機(jī)，承載細(xì)絲焊槍和送絲系統(tǒng)的機(jī)器人；按照規(guī)劃路徑對(duì)薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)件增材制造；

厚壁結(jié)構(gòu)件增材制造時(shí)，控制系統(tǒng)開啟粗絲送絲系統(tǒng)，粗絲焊接主機(jī)，承載粗絲焊槍和送絲系統(tǒng)的機(jī)器人；按照規(guī)劃路徑對(duì)厚壁結(jié)構(gòu)件增材制造；

步驟6：數(shù)控銑削系統(tǒng)按照三維模型尺寸對(duì)單層或多層沉積件進(jìn)行銑削加工，達(dá)到精確的尺寸要求；

步驟7：重復(fù)步驟5-6直至零件精度尺寸達(dá)到規(guī)定尺寸要求，金屬熔絲增材制造、銑削加工過程結(jié)束。

進(jìn)一步，在以上步驟3中焊機(jī)主機(jī)中設(shè)置的電流、電壓參數(shù)根據(jù)材料類型、絲材規(guī)格和零件尺寸要求修改。

進(jìn)一步，上述步驟4中的金屬絲材為粗細(xì)絲、粗絲或細(xì)絲，能夠根據(jù)零件加工要求自由組合。

進(jìn)一步，上述步驟5中薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)和厚壁結(jié)構(gòu)按順序分步熔絲增材。

進(jìn)一步，上述步驟5和步驟6中薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)和厚壁結(jié)構(gòu)為兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人同步進(jìn)行制造。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置可實(shí)現(xiàn)增減材在一體機(jī)上一次性完成；并且兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人可配置單一規(guī)格或多種規(guī)格金屬絲材，實(shí)現(xiàn)了大型金屬結(jié)構(gòu)件精細(xì)化部位可成型，減少了不必要的切削量，同時(shí)兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人可同時(shí)工作，提高工作效率。

本發(fā)明的熔絲制造工藝在實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)大尺寸形貌可制備的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)制備；并且本發(fā)明兼顧了表面質(zhì)量和沉積效率，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)小結(jié)構(gòu)可增材制造、成型件尺寸精度可控、表面光潔度高的要求。其滿足了大型結(jié)構(gòu)件中不同壁厚的一體化加工。

綜上所述，本發(fā)明保證了大型結(jié)構(gòu)件快速熔融沉積優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)小結(jié)構(gòu)可增材制造、成型件尺寸精度可控、表面光潔度高的要求。本發(fā)明將增材制造技術(shù)與減材制造結(jié)合，在一個(gè)加工平臺(tái)上完成從零件打印成型到后續(xù)機(jī)械加工的整個(gè)過程，簡化了工藝過程解決了傳統(tǒng)技術(shù)上的難點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明所用六軸機(jī)器人示意圖；

圖3為本發(fā)明的加工的一種大型復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件示意圖；

圖4為大型復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材制造方法流程圖。

其中：1為送絲系統(tǒng)；2為機(jī)器人；3為工作平臺(tái)；4為焊槍；5為成型件；6為數(shù)控銑削系統(tǒng)；7為控制系統(tǒng)；8為焊機(jī)主機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1：本發(fā)明的金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置包括送絲系統(tǒng)1、多個(gè)機(jī)器人2、工作平臺(tái)3、焊槍4、成型件5、數(shù)控銑削系統(tǒng)6、控制系統(tǒng)7和焊機(jī)主機(jī)8。

本發(fā)明的工作平臺(tái)3用于承載成型件，以工作平臺(tái)3平面為水平面，可沿水平方向旋轉(zhuǎn)及沿豎直方向翻轉(zhuǎn)。

機(jī)器人2對(duì)稱分布在工作平臺(tái)3兩側(cè)且每個(gè)機(jī)器人2單獨(dú)固定在工字鋼桁架上。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，機(jī)器人2是六軸機(jī)器人，機(jī)器人2對(duì)稱分布在工作平臺(tái)3兩側(cè)且每個(gè)機(jī)器人2單獨(dú)固定在工字鋼桁架上，其中機(jī)器人2的六個(gè)自由軸包括沿x軸方向直線軸以及其他五個(gè)關(guān)節(jié)軸。

焊槍4、送絲系統(tǒng)1固定在機(jī)器人2軸上。其中送絲系統(tǒng)1可為單絲或多絲送進(jìn)，為生產(chǎn)梯度材料/多組分材料提供可能。

送絲系統(tǒng)1送出的金屬絲材與熱源可以同軸送進(jìn)或非同軸送進(jìn)。

焊接主機(jī)8電連接焊槍4，控制金屬熔絲增材過程中電壓、電流、送絲速度。

控制系統(tǒng)7電連接機(jī)器人2、焊機(jī)主機(jī)8、數(shù)控銑削系統(tǒng)6、送絲系統(tǒng)1由其控制機(jī)器人2、焊機(jī)主機(jī)8、數(shù)控銑削系統(tǒng)6、送絲系統(tǒng)1的開關(guān)及過程控制。

工作平臺(tái)3用于承載成型件5。數(shù)控銑削系統(tǒng)6置于成型件5的正上方。

參見圖1-4，基于以上金屬結(jié)構(gòu)件熔絲增材裝置，本發(fā)明的熔絲制造工藝包括以下步驟：

步驟1：將三維實(shí)體零件模型圖經(jīng)分層切片處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制系統(tǒng)7中。

步驟2：通過設(shè)備控制系統(tǒng)7在零件承載的工作平臺(tái)3表面建立直角坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)軸x、y和坐標(biāo)原點(diǎn)。

步驟3：焊機(jī)主機(jī)8中分別設(shè)置所對(duì)應(yīng)熔絲增材所需電壓、電流參數(shù)；

步驟4：控制系統(tǒng)7中設(shè)置不同規(guī)格粗細(xì)絲送絲速度、作為粗細(xì)絲運(yùn)動(dòng)載體的機(jī)器人2運(yùn)動(dòng)速度、數(shù)控銑削系統(tǒng)6的銑削速度。

步驟5：

在薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)件增材制造時(shí)，控制系統(tǒng)7開啟細(xì)絲送絲系統(tǒng)，細(xì)絲焊機(jī)主機(jī)8，承載細(xì)絲焊槍4、送絲系統(tǒng)1的機(jī)器人2。按照規(guī)劃路徑對(duì)薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)件增材制造。

在厚壁結(jié)構(gòu)件增材制造時(shí)，控制系統(tǒng)7開啟粗絲送絲系統(tǒng)1，粗絲焊機(jī)主機(jī)8，承載粗絲焊槍4、送絲系統(tǒng)1的機(jī)器人2。按照規(guī)劃路徑對(duì)厚壁結(jié)構(gòu)件增材制造。

步驟6：數(shù)控銑削系統(tǒng)6按照三維模型尺寸對(duì)單層或多層沉積件進(jìn)行銑削加工，達(dá)到精確的尺寸要求。

步驟7：重復(fù)步驟5-6直至零件精度尺寸達(dá)到規(guī)定尺寸要求，金屬熔絲增材制造、銑削加工過程結(jié)束。

在本發(fā)明熔絲制造工藝的最佳實(shí)施例中：步驟3中焊機(jī)主機(jī)8中設(shè)置的電流、電壓參數(shù)根據(jù)材料類型、絲材規(guī)格、零件尺寸要求修改。步驟4中提及的金屬絲材可以為粗細(xì)絲或粗絲或細(xì)絲，根據(jù)零件加工要求可自由組合。步驟5中薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)和厚壁結(jié)構(gòu)可以按順序分步熔絲增材，也可以為兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人同步進(jìn)行。其中所述細(xì)絲目的在于得到沉積寬度較窄的薄壁精細(xì)結(jié)構(gòu)件，所述粗絲目的在于對(duì)于細(xì)節(jié)要求不高的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高的沉積效率。