專利名稱：高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)制造領(lǐng)域中的快速模具型殼的制造裝備，特別涉及一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備。
背景技術(shù)：
金屬電弧噴涂快速制模技術(shù)是一種基于“復(fù)型”的制模技術(shù)，它以一個(gè)實(shí)物模型 (或稱為原型)作為母模，以電弧為熱源，通過高速氣流將熔融狀態(tài)的金屬材料霧化，并使其噴射、沉積在母模表面上，形成一定厚度的致密金屬型殼，即模具型殼。模具型殼精確拷貝了原型的形狀，獲得了所需的模具型腔，在完成補(bǔ)強(qiáng)、脫模、拋光等后處理工藝后，即可完成模具的快速制造。電弧噴涂模具制造完成后一般不再需要另外的機(jī)械加工，就可以直接用于成形制造。根據(jù)實(shí)際情況與需要也可以進(jìn)行少切削量的數(shù)控精加工，因此，電弧噴涂制模技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種“近凈成形制模技術(shù)”。
金屬噴涂模具以母模為標(biāo)準(zhǔn)，模具型腔尺寸、幾何精度完全取決于母模，型腔表面及其精細(xì)花紋一次同時(shí)形成，故制模速度快，制造周期短，成本低，同時(shí)擁有較長的模具壽命，制造周期約為傳統(tǒng)數(shù)控加工的一半，制造費(fèi)用可以節(jié)省至少25%以上，成為新產(chǎn)品開發(fā)及小批量生產(chǎn)的重要途徑。模具表面光潔度好，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，比較適合于注射成型模、壓鑄模、板料沖壓模的快速制造，在表面形狀復(fù)雜及具有精細(xì)花紋的各種聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU發(fā)泡及各類注射成型模具中，花紋復(fù)制的特征細(xì)節(jié)甚至可以達(dá)至Ij 5 μ m0
目前該快速模具制造技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、家電、家具、制鞋、美術(shù)工藝品等行業(yè)。在美國及中國東南沿海，幾乎所有的聚氨酯鞋底制造商在其自動(dòng)成型生產(chǎn)設(shè)備上都采用了電弧噴涂模具進(jìn)行生產(chǎn)。在汽車制造中，可以用來生產(chǎn)駕駛盤、汽車儀表盤、 坐墊、頭部靠墊、阻流板、汽車內(nèi)飾頂蓬等。近年來，電弧噴涂制模技術(shù)已經(jīng)開始用于制造汽車覆蓋件沖壓模具，噴涂材料不同，噴涂模具的強(qiáng)度、硬度、精度和壽命也不盡相同，因而應(yīng)用范圍也存在差異，有的適合用于汽車樣車的試制，有的甚至可以在生產(chǎn)線上替代傳統(tǒng)的鋼模具進(jìn)行生產(chǎn)。
在國內(nèi)，噴涂制模的材料主要是中低熔點(diǎn)金屬，西安交通大學(xué)和煙臺(tái)機(jī)械工藝研究所為國內(nèi)最早的研發(fā)單位，西安交通大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所，自90年代以來，對(duì)表面成型制模技術(shù)、低熔點(diǎn)合金澆鑄成型制模技術(shù)以及模具樹脂制模技術(shù)等快速制模工藝進(jìn)行了長期的研究和實(shí)踐，并在金屬電弧噴涂成型快速制模技術(shù)上擁有發(fā)明專利 (ZL200810232335. 0 ；ZL03134501. 8)。在長安汽車、洛陽一拖、上海中順、柳州微汽等企業(yè)應(yīng)用。經(jīng)試制檢驗(yàn)，合格的快速模具的3D數(shù)據(jù)用于制造大批量生產(chǎn)用鋼模具，可避免在鋼模具的設(shè)計(jì)和制作上的反復(fù)，保證鋼模具一次加工成功。
用于電弧噴涂工藝的金屬絲材根據(jù)熔點(diǎn)的高低可分為低熔點(diǎn)材料、中熔點(diǎn)材料和高熔點(diǎn)材料。在用電弧噴涂技術(shù)制造快速模具時(shí)，型腔金屬殼體的厚度要在3mm以上，中、 高熔點(diǎn)的熔融金屬顆粒沉積到母模上后會(huì)釋放出較多熱量，使母模發(fā)生熱變形，降低了模具型腔的復(fù)制精度，并可能導(dǎo)致金屬涂層在尚未達(dá)到要求厚度時(shí)就發(fā)生翹曲或開裂；低熔點(diǎn)金屬或合金絲材對(duì)母模的熱影響小，可減輕熔融金屬顆粒對(duì)母模的影響，減少母模熱變形，提高模具的精度，因而鋅、巴氏合金等低熔點(diǎn)材料較多地用于快速模具的制作。但這種低熔點(diǎn)材料的模具壽命較低，只能用于小批量試生產(chǎn)，若要提高噴涂模具的壽命，可以先在母模上噴一層低熔點(diǎn)材料以增強(qiáng)母模的耐熱性，然后再噴鋼或其他強(qiáng)度較高的合金，以增強(qiáng)模具的強(qiáng)度，從而提高模具的壽命。
高熔點(diǎn)、高硬度材料的電弧噴涂技術(shù)在金屬母模上比較容易實(shí)現(xiàn)，但在非金屬母模表面制造模具型殼，工藝上存在較大困難。例如，碳素鋼、合金鋼等高熔點(diǎn)金屬在噴涂時(shí)型殼收縮率、熱應(yīng)力、孔隙率都比較大，型殼易開裂、翹曲、剝落，模具型殼制造困難，工藝參數(shù)控制難以掌握，模具型殼變形和內(nèi)應(yīng)力都較大，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。
制造高熔點(diǎn)、高硬度的金屬涂層不可能依靠手工噴涂實(shí)現(xiàn)，噴涂制模工藝中噴嘴的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、電弧噴涂工藝參數(shù)以及涂層和基體的溫度等都需要根據(jù)特定的目標(biāo)進(jìn)行精確控制，智能電弧噴涂系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高熔點(diǎn)、高硬度金屬電弧噴涂快速制模的根本保證。
發(fā)明專利“一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂快速制模方法(專利號(hào)為 ZL200810232335. 0) ”只是介紹了根據(jù)產(chǎn)品的形狀和尺寸確定母模基體的形狀和尺寸，以耐高溫陶瓷原料制作無焙燒陶瓷母模基體，通過電弧噴涂高熔點(diǎn)金屬熔滴3Crl3馬氏體不銹鋼到母模表面，按照設(shè)計(jì)參數(shù)，使噴嘴能沿母模基體輪廓形狀運(yùn)動(dòng)并且噴涂作用，從母模的一端噴涂到另一端，重復(fù)這樣的過程，直到噴涂涂層厚度達(dá)到10 20mm，得到母模的金屬型殼。至于承載母?；w的工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、帶動(dòng)噴嘴運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式以及工作臺(tái)是否對(duì)母模具有加熱性能都未作詳細(xì)的介紹和說明；發(fā)明專利“金屬電弧噴涂快速制造汽車覆蓋件模具專用機(jī)器人(專利號(hào)為ZL03134501.8)”公開了一種用于制造汽車覆蓋件沖壓模具的金屬電弧噴涂快速模具制造專用機(jī)器人，該機(jī)器人將電弧噴涂與電刷鍍兩種工藝集成，機(jī)器人為五自由度直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)采用龍門式結(jié)構(gòu)，具有三個(gè)移動(dòng)自由度用于實(shí)現(xiàn)噴涂/刷鍍工作點(diǎn)的空間定位，手腕具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，用于噴嘴或刷筆的空間姿態(tài)的調(diào)整，手腕部分為雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度與移動(dòng)自由度的解耦。該機(jī)器人的特點(diǎn)是以床身、立柱、橫梁作為支承部件，按照X、Y、Z坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)疊加的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理形成噴嘴的加工表面軌跡，但這種串聯(lián)機(jī)器人噴嘴的運(yùn)動(dòng)精度是各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件簡(jiǎn)單的線性累加，因此運(yùn)動(dòng)精度低，可靠性差，控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，模塊化程度不高，嚴(yán)重制約了大型復(fù)雜模具快速制造工藝的推廣應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂快速制模技術(shù)存在的不足，提供一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，它結(jié)構(gòu)合理，使用方便，模塊化程度高，成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，它設(shè)有水平導(dǎo)軌，豎直導(dǎo)軌下部通過水平滑板活動(dòng)安裝在水平導(dǎo)軌上，在豎直導(dǎo)軌側(cè)面活動(dòng)安裝豎直滑板，豎直滑板與工作平臺(tái)連接架固連，水平滑板與水平導(dǎo)軌、豎直滑板與豎直導(dǎo)軌之間都裝有相應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)；工作平臺(tái)連接架上設(shè)有六自由度工作臺(tái)，所述六自由度工作臺(tái)上設(shè)有二自由度擺頭，所述而二自由度擺頭包括伺服液壓馬達(dá)，伺服液壓馬達(dá)通過連接件與擺頭擺動(dòng)架連接，在擺頭擺動(dòng)架上安裝擺頭擺動(dòng)軸，擺頭擺動(dòng)軸與伺服力矩電機(jī)連接，伺服力矩電機(jī)安裝在擺頭擺動(dòng)架上，噴頭安裝在擺頭擺動(dòng)軸上；伺服力矩電機(jī)、伺服液壓馬達(dá)、各直線電動(dòng)機(jī)均與控制計(jì)算機(jī)連接。
所述伺服液壓馬達(dá)的連接端通過法蘭與六自由度平臺(tái)連接，伺服液壓馬達(dá)的輸出軸端帶有一段螺紋內(nèi)孔，連接件與伺服液壓馬達(dá)的輸出軸連接，連接件另一端通過法蘭和擺頭擺動(dòng)架連接，擺頭擺動(dòng)架為一個(gè)整體固結(jié)結(jié)構(gòu)；擺頭擺動(dòng)軸為空心軸且?guī)в墟I槽，擺頭擺動(dòng)軸通過軸肩與擺頭擺動(dòng)架定位，在軸肩的外側(cè)裝有滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承外側(cè)裝有軸承端蓋，軸承端蓋與擺頭擺動(dòng)架連接；軸承端蓋與擺頭擺動(dòng)架之間裝有調(diào)整墊圈來進(jìn)行密封； 在擺頭擺動(dòng)軸的中部鉆有通孔，噴頭與擺頭擺動(dòng)軸通過螺柱連接；在擺頭擺動(dòng)架的一側(cè)，伺服力矩電機(jī)通過與擺頭擺動(dòng)架連接，伺服力矩電機(jī)的輸出軸通過鍵與擺頭擺動(dòng)軸連接。
所述水平滑板與水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌連接，水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌與水平導(dǎo)軌連接，水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌通過水平直線電機(jī)滾子在水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌上滑動(dòng)；水平直線電機(jī)初級(jí)與水平滑板連接，水平直線電機(jī)次級(jí)通過水平墊板與水平導(dǎo)軌連接，在水平滑板上裝有水平位移測(cè)量裝置，水平位移測(cè)量裝置與控制計(jì)算機(jī)連接。
所述工作平臺(tái)連接架與豎直滑板連接，豎直滑板與豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌連接， 豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌與豎直導(dǎo)軌連接，豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌通過豎直直線電機(jī)滾子在豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌上滑動(dòng)；豎直直線電機(jī)初級(jí)與豎直滑板連接，豎直直線電機(jī)次級(jí)通過豎直墊板與豎直導(dǎo)軌連接，在豎直滑板上裝有豎直位移測(cè)量裝置，豎直位移測(cè)量裝置與控制計(jì)算機(jī)連接。
所述六自由度工作臺(tái)是包括動(dòng)平臺(tái)，定平臺(tái)和連接于兩者之間的六個(gè)伸縮桿組成，定平臺(tái)固定在工作平臺(tái)連接架上面；所述伸縮桿主要由液壓缸和活塞桿構(gòu)成，液壓缸采用雙作用帶閥液壓缸，其兩端采用電液伺服閥與設(shè)備的液壓驅(qū)動(dòng)裝置相連，在控制計(jì)算機(jī)控制下向液壓缸內(nèi)輸入液壓油以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán)；在液壓缸上還設(shè)有位置檢測(cè)傳感器，通過外接計(jì)數(shù)器與控制計(jì)算機(jī)相聯(lián)系；液壓缸下端與定平臺(tái)通過虎克鉸相連接，活塞桿上端和動(dòng)平臺(tái)通過球形萬向節(jié)相連接，通過改變六個(gè)伸縮桿中活塞桿的伸縮長度，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)做平移、升降、繞三維坐標(biāo)軸擺轉(zhuǎn)以及各種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴頭實(shí)現(xiàn)六自由度復(fù)雜曲面的位姿定位。
六自由度工作平臺(tái)的定平臺(tái)與工作平臺(tái)連接架連接，工作平臺(tái)連接架與豎直滑板固連，豎直滑板與豎直導(dǎo)軌之間裝有豎直直線電機(jī)，豎直滑板與豎直直線電機(jī)初級(jí)連接，豎直直線電機(jī)次級(jí)通過豎直墊板與豎直導(dǎo)軌連接，通過控制豎直直線電機(jī)初級(jí)的上下運(yùn)動(dòng)， 進(jìn)而帶動(dòng)豎直滑板、工作平臺(tái)連接架、六自由度工作平臺(tái)整體在豎直導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿 Z方向?qū)к壍囊苿?dòng)。水平導(dǎo)軌裝有水平直線電機(jī)，水平直線電機(jī)的初級(jí)與水平滑板連接， 水平直線電機(jī)的次級(jí)通過水平墊板與水平導(dǎo)軌連接，通過控制水平直線電機(jī)初級(jí)的水平運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)水平滑板、豎直導(dǎo)軌、六自由度工作平臺(tái)整體在水平導(dǎo)軌上的水平運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿X方向?qū)к壍囊苿?dòng)。六自由度工作平臺(tái)的定平臺(tái)固定在工作平臺(tái)連接架上面。動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間有六個(gè)伸縮桿，通過改變六個(gè)伸縮桿中活塞桿的伸縮長度，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)做平移、 升降、繞三維坐標(biāo)軸擺轉(zhuǎn)以及各種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴頭實(shí)現(xiàn)六自由度復(fù)雜曲面的位姿定位。在六自由度工作平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)上連接有二自由度擺頭，可實(shí)現(xiàn)噴頭繞Y軸的旋轉(zhuǎn)和繞Y軸的擺動(dòng)；高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備的X、Z方向?qū)к壍囊苿?dòng)由直線電機(jī)6驅(qū)動(dòng)控制，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)由伺服液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制、繞Y軸的擺動(dòng)由伺服力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，六自由度工作平臺(tái)伸縮桿的運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng)控制。
本發(fā)明的有益效果為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備可實(shí)現(xiàn)十個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，因此大大提高了設(shè)備的適用范圍，特別是適合大型汽車覆蓋件快速模具的需要，此外本發(fā)明集成化程度高，運(yùn)動(dòng)精度高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，解決了目前沒有大型十自由度高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備的難題，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)意義重大，特別是對(duì)汽車工業(yè)具有明顯的推動(dòng)作用。


圖1為高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備主視圖2為高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備俯視圖3為六自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)主視圖4為伸縮桿結(jié)構(gòu)圖5為二自由度擺動(dòng)頭結(jié)構(gòu)圖6為水平直線電機(jī)安裝截面圖6a為圖6的局部放大圖7為豎直直線電機(jī)安裝截面圖8為豎直直線電機(jī)安裝位置圖9為伸縮桿控制框圖10為伺服液壓馬達(dá)控制框圖11為直線電機(jī)控制框圖12為伺服力矩電機(jī)控制框圖。
其中，1-豎直導(dǎo)軌，2-豎直滑板，3-工作平臺(tái)連接架，4-水平滑板，5-水平導(dǎo)軌， 6-伺服液壓馬達(dá)，7-連接件，8-擺頭擺動(dòng)軸，9-噴頭，10-擺頭擺動(dòng)架，11-伺服力矩電機(jī)， 12-動(dòng)平臺(tái)，13-球形萬向節(jié)，14-活塞桿，15-液壓缸，16-虎克鉸，17-定平臺(tái)，18-鍵，19-軸承端蓋，20-滾動(dòng)軸承，21-調(diào)整墊圈，22-水平直線電機(jī)滾子，23-水平墊板，24-水平直線電機(jī)次級(jí)，25-水平直線電機(jī)初級(jí)，26-水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌，27-水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌， 28-水平位移測(cè)量裝置，29-豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌，30-豎直墊板，31-豎直直線電機(jī)次級(jí)， 32-豎直直線電機(jī)初級(jí)，33-豎直直線電機(jī)滾子，34-豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌，35-豎直位移測(cè)量裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
結(jié)合圖1、圖2、圖6、圖6a、圖7、圖8可見，該結(jié)構(gòu)整體共有兩條豎直導(dǎo)軌1和兩條水平導(dǎo)軌5.兩個(gè)豎直直線電機(jī)對(duì)稱安裝在豎直滑板2與豎直導(dǎo)軌1之間。六自由度工作平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)12通過法蘭與伺服液壓馬達(dá)6連接，伺服液壓馬達(dá)6輸出軸通過連接件7與擺頭擺動(dòng)架10連接，擺頭擺動(dòng)架10上連接著擺頭擺動(dòng)軸8和伺服力矩電機(jī)11。通過控制伺服液壓馬達(dá)6的旋轉(zhuǎn)和伺服力矩電機(jī)11的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)二自由度擺頭的運(yùn)動(dòng)。六自由度工作平臺(tái)通過控制活塞桿14的伸長與收縮來控制動(dòng)平臺(tái)12做平移、升降、繞三維坐標(biāo)軸擺轉(zhuǎn)以及各種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)平臺(tái)的六自由的運(yùn)動(dòng)。六自由度工作平臺(tái)的定平臺(tái)17與工作平臺(tái)連接架3螺栓連接，工作平臺(tái)連接架3與豎直滑板2固連，豎直滑板2與豎直導(dǎo)軌1之間裝有豎直直線電機(jī)，豎直滑板2與豎直直線電機(jī)初級(jí)32螺栓連接，豎直直線電機(jī)次級(jí)31通過豎直墊板30與豎直導(dǎo)軌1螺栓連接，通過控制豎直直線電機(jī)初級(jí)32的上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)豎直滑板2、工作平臺(tái)連接架3、六自由度工作平臺(tái)整體在豎直導(dǎo)軌1上做上下運(yùn)動(dòng)。
在水平導(dǎo)軌5的正中裝有水平直線電機(jī)，水平直線電機(jī)的初級(jí)25與水平滑板4螺栓連接，水平直線電機(jī)的次級(jí)M通過水平墊板23與水平導(dǎo)軌5螺栓連接，通過控制水平直線電機(jī)初級(jí)25的水平運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)水平滑板4、豎直導(dǎo)軌1、六自由度工作平臺(tái)整體在水平導(dǎo)軌5上做水平運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖1和圖6、圖6a可見，水平滑板4與水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌27螺栓連接，水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌26與水平導(dǎo)軌5螺栓連接，水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌27通過水平直線電機(jī)滾子22在水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌沈上滑動(dòng)。水平直線電機(jī)次級(jí)M與水平墊板23固連，水平墊板23與水平導(dǎo)軌5螺栓連接。水平直線電機(jī)初級(jí)25與水平滑板4螺栓連接，在豎直導(dǎo)軌1上裝有水平位移測(cè)量裝置28。水平直線電機(jī)初級(jí)25通過螺栓與水平滑板4連接。
結(jié)合圖1、圖7和圖8可見，豎直滑板2與豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌四螺栓連接，豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌34與豎直導(dǎo)軌1螺栓連接，豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌四通過豎直直線電機(jī)滾子33在豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌34上滑動(dòng)。豎直直線電機(jī)次級(jí)31與豎直墊板30固連，豎直墊板30與豎直導(dǎo)軌1螺栓連接。豎直直線電機(jī)初級(jí)32與豎直滑板2螺栓連接，在豎直滑板2上裝有豎直位移測(cè)量裝置35。豎直直線電機(jī)初級(jí)32通過螺栓與豎直滑板2連接。
直線電機(jī)工作時(shí)，在水平方向上，控制計(jì)算機(jī)通過控制水平直線電機(jī)初級(jí)25的精確移動(dòng)來帶動(dòng)水平滑板4在水平方向的移動(dòng)，水平滑板4與豎直導(dǎo)軌1固連，進(jìn)而水平滑板 4的移動(dòng)帶動(dòng)豎直導(dǎo)軌1在水平方向上移動(dòng)；在豎直方向上，控制系統(tǒng)通過控制兩個(gè)豎直直線電機(jī)初級(jí)32的精確移動(dòng)來帶動(dòng)豎直滑板2的豎直方向移動(dòng)，工作平臺(tái)連接架3與豎直滑板2固連，進(jìn)而豎直滑板2帶動(dòng)并聯(lián)平臺(tái)連接架在豎直方向的移動(dòng)。
結(jié)合圖2和圖3可見，六自由度工作平臺(tái)是由動(dòng)平臺(tái)12，定平臺(tái)17和六個(gè)伸縮桿組成，六自由度工作平臺(tái)的定平臺(tái)17固定在工作平臺(tái)連接架上面。動(dòng)平臺(tái)12和定平臺(tái)17 之間有六個(gè)伸縮桿。結(jié)合圖4可見，這種伸縮桿主要由液壓缸15和活塞桿14構(gòu)成，液壓缸 15采用雙作用帶閥液壓缸，其兩端采用電液伺服閥與設(shè)備的液壓驅(qū)動(dòng)裝置相連，可在控制計(jì)算機(jī)控制下向液壓缸15內(nèi)輸入液壓油以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán)。在液壓缸15上還設(shè)有位置檢測(cè)傳感器，通過外接計(jì)數(shù)器與控制計(jì)算機(jī)相聯(lián)系。液壓缸15下端與定平臺(tái)17通過虎克鉸16 相連接，活塞桿14上端和動(dòng)平臺(tái)12通過球形萬向節(jié)13相連接，通過改變六個(gè)伸縮桿中活塞桿14的伸縮長度，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)12做平移、升降、繞三維坐標(biāo)軸擺轉(zhuǎn)以及各種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴頭實(shí)現(xiàn)六自由度復(fù)雜曲面的位姿定位。
結(jié)合圖2可見，六自由度工作平臺(tái)的定平臺(tái)17通過法蘭連接的方式與工作平臺(tái)連接架3連接。
結(jié)合圖2和圖5可見，伺服液壓馬達(dá)6的連接端通過法蘭與六自由度平臺(tái)連接，伺服液壓馬達(dá)6的輸出軸端是帶有一段螺紋內(nèi)孔的，連接件7通過螺栓和伺服液壓馬達(dá)6的輸出軸連接，連接件7另一端端通過法蘭和擺頭擺動(dòng)架10連接。擺頭擺動(dòng)架10為一個(gè)整體固結(jié)結(jié)構(gòu)。擺頭擺動(dòng)軸8為空心軸且?guī)в墟I槽，擺頭擺動(dòng)軸8通過軸肩與擺頭擺動(dòng)架10 定位，在軸肩的外側(cè)裝有滾動(dòng)軸承20，滾動(dòng)軸承20外側(cè)裝有軸承端蓋19，軸承端蓋19通過螺栓與擺頭擺動(dòng)架10連接。軸承端蓋19與擺頭擺動(dòng)架10之間裝有調(diào)整墊圈21來進(jìn)行密封。在擺頭擺動(dòng)軸8的中部鉆有通孔，噴頭9與擺頭擺動(dòng)軸8通過螺柱連接。在擺頭擺動(dòng)架10的一側(cè)，伺服力矩電機(jī)11通過螺栓與擺頭擺動(dòng)架10連接，伺服力矩電機(jī)11的輸出軸通過鍵18與擺頭擺動(dòng)軸8連接。
二自由度擺頭工作時(shí)，控制系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)通過控制伺服液壓馬達(dá)6的轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)二自由度擺動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)定位，接下來控制計(jì)算機(jī)通過控制伺服力矩電機(jī)11的擺動(dòng)角度來實(shí)現(xiàn)擺頭擺動(dòng)軸8的擺動(dòng)，擺頭擺動(dòng)軸8與噴頭9固結(jié)，故而帶動(dòng)噴頭9的擺動(dòng)，進(jìn)而二自由度擺頭實(shí)現(xiàn)整體二自由度的運(yùn)動(dòng)。
由于六自由度工作平臺(tái)的工作范圍有限，當(dāng)伸縮桿處于最大極限位置時(shí)，防止無法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀模具的噴涂處理，故增加了沿X、z方向?qū)к壍囊苿?dòng)，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)和繞Y 軸的擺動(dòng)。因此該高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備共有十個(gè)自由度。
高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備的X、Z方向?qū)к壍囊苿?dòng)由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，繞Y軸的旋轉(zhuǎn)由伺服液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制、繞Y軸的擺動(dòng)由伺服力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，六自由度工作平臺(tái)伸縮桿的運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng)控制。
工作過程如下將所要噴涂的母模的三維模型導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的分析生成加工控制的程序，然后分配給各個(gè)驅(qū)動(dòng)源的控制器，實(shí)現(xiàn)每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，然后經(jīng)過運(yùn)動(dòng)合成，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)12的六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)以及沿豎直導(dǎo)軌1、水平導(dǎo)軌5移動(dòng)的兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，伺服液壓馬達(dá)6旋轉(zhuǎn)的一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，擺頭擺動(dòng)軸8擺動(dòng)的一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖9可見，伸縮桿的運(yùn)動(dòng)控制過程如下控制計(jì)算機(jī)分配的單個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)送給該動(dòng)力源的控制器，控制器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，送入電液伺服閥，控制伸縮桿的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過液壓缸15上的位置檢測(cè)傳感器的監(jiān)測(cè)將脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器，之后計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值送入控制計(jì)算機(jī)分析，對(duì)下次運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)伸縮桿的位置精確運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖10可見，伺服液壓馬達(dá)6的運(yùn)動(dòng)控制過程如下控制計(jì)算機(jī)分配的單個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)送給該動(dòng)力源的控制器，控制器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，送入電液伺服閥，控制伺服液壓馬達(dá)6的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過伺服液壓馬達(dá)6上的角度檢測(cè)傳感器的監(jiān)測(cè)將脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器，之后計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值送入控制計(jì)算機(jī)分析，對(duì)下次運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)角精確運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖11可見，三個(gè)直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制過程如下控制計(jì)算機(jī)分配的單個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)送給PCI驅(qū)動(dòng)控制卡，控制卡發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換送入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制各直線電機(jī)精確的位移運(yùn)動(dòng)。水平直線電機(jī)初級(jí)25與水平滑板4連接，水平滑板 4與豎直導(dǎo)軌1連接，故而水平直線電機(jī)初級(jí)25的運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)水平滑板4、豎直導(dǎo)軌1在水平方向上的精確位移運(yùn)動(dòng)；兩豎直直線電機(jī)初級(jí)32與豎直滑板2連接，豎直滑板2與工作平臺(tái)連接架3連接，故而豎直直線電機(jī)初級(jí)32的運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)豎直滑板、工作平臺(tái)連接架3整體在豎直方向上的精確位移運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖12可見，控制計(jì)算機(jī)分配的單個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)送給控制器，控制器把信號(hào)轉(zhuǎn)換后送給驅(qū)動(dòng)單元，然后由驅(qū)動(dòng)單元控制伺服力矩電機(jī)11的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過伺服力矩電機(jī)11的速度傳感器的監(jiān)測(cè)，將所測(cè)得速度信息反饋給控制器，由控制器分析下一脈沖的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量， 對(duì)下次運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正。
權(quán)利要求
1.一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，它設(shè)有水平導(dǎo)軌(5)，豎直導(dǎo)軌(1)下部通過水平滑板(4)活動(dòng)安裝在水平導(dǎo)軌( 上，在豎直導(dǎo)軌(1)側(cè)面活動(dòng)安裝豎直滑板 O)，豎直滑板⑵與工作平臺(tái)連接架⑶固連，水平滑板⑷與水平導(dǎo)軌(5)、豎直滑板(2) 與豎直導(dǎo)軌(1)之間都裝有相應(yīng)的直線電動(dòng)機(jī)；工作平臺(tái)連接架(3)上設(shè)有六自由度工作臺(tái)，其特征是，所述六自由度工作臺(tái)上設(shè)有二自由度擺頭，所述而二自由度擺頭包括伺服液壓馬達(dá)(6)，伺服液壓馬達(dá)(6)通過連接件(7)與擺頭擺動(dòng)架(10)連接，在擺頭擺動(dòng)架(10) 上安裝擺頭擺動(dòng)軸(8)，擺頭擺動(dòng)軸(8)與伺服力矩電機(jī)(11)連接，伺服力矩電機(jī)(11)安裝在擺頭擺動(dòng)架(10)上，噴頭(9)安裝在擺頭擺動(dòng)軸(8)上；伺服力矩電機(jī)(11)、伺服液壓馬達(dá)(6)、各直線電動(dòng)機(jī)均與控制計(jì)算機(jī)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，其特征是，所述伺服液壓馬達(dá)(6)的連接端通過法蘭與六自由度平臺(tái)連接，伺服液壓馬達(dá)(6)的輸出軸端帶有一段螺紋內(nèi)孔，連接件(7)與伺服液壓馬達(dá)(6)的輸出軸連接，連接件(7)另一端通過法蘭和擺頭擺動(dòng)架(10)連接，擺頭擺動(dòng)架(10)為一個(gè)整體固結(jié)結(jié)構(gòu)；擺頭擺動(dòng)軸(8)為空心軸且?guī)в墟I槽，擺頭擺動(dòng)軸(8)通過軸肩與擺頭擺動(dòng)架(10)定位，在軸肩的外側(cè)裝有滾動(dòng)軸承(20)，滾動(dòng)軸承00)外側(cè)裝有軸承端蓋(19)，軸承端蓋(19)與擺頭擺動(dòng)架(10)連接； 軸承端蓋(19)與擺頭擺動(dòng)架(10)之間裝有調(diào)整墊圈來進(jìn)行密封；在擺頭擺動(dòng)軸(8) 的中部鉆有通孔，噴頭(9)與擺頭擺動(dòng)軸(8)通過螺柱連接；在擺頭擺動(dòng)架(10)的一側(cè)，伺服力矩電機(jī)(11)通過與擺頭擺動(dòng)架(10)連接，伺服力矩電機(jī)(11)的輸出軸通過鍵(18) 與擺頭擺動(dòng)軸(8)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，其特征是，所述水平滑板(4)與水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌(XT)連接，水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌06)與水平導(dǎo)軌(5) 連接，水平直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌(XT)通過水平直線電機(jī)滾子02)在水平直線電機(jī)固定導(dǎo)軌 (26)上滑動(dòng)；水平直線電機(jī)初級(jí)0 與水平滑板(4)連接，水平直線電機(jī)次級(jí)04)通過水平墊板與水平導(dǎo)軌( 連接，在水平滑板(4)上裝有水平位移測(cè)量裝置( )，水平位移測(cè)量裝置08)與控制計(jì)算機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，其特征是，所述工作平臺(tái)連接架C3)與豎直滑板( 連接，豎直滑板( 與豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌09)連接， 豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌(34)與豎直導(dǎo)軌(1)連接，豎直直線電機(jī)移動(dòng)導(dǎo)軌09)通過豎直直線電機(jī)滾子(33)在豎直直線電機(jī)固定導(dǎo)軌(34)上滑動(dòng)；豎直直線電機(jī)初級(jí)(32)與豎直滑板( 連接，豎直直線電機(jī)次級(jí)(31)通過豎直墊板(30)與豎直導(dǎo)軌(1)連接，在豎直滑板( 上裝有豎直位移測(cè)量裝置(35)，豎直位移測(cè)量裝置(3 與控制計(jì)算機(jī)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，其特征是，所述六自由度工作臺(tái)是包括動(dòng)平臺(tái)(12)，定平臺(tái)(17)和連接于兩者之間的六個(gè)伸縮桿組成，定平臺(tái) (17)固定在工作平臺(tái)連接架(3)上面；所述伸縮桿主要由液壓缸(15)和活塞桿(14)構(gòu)成， 液壓缸(1 采用雙作用帶閥液壓缸，其兩端采用電液伺服閥與設(shè)備的液壓驅(qū)動(dòng)裝置相連， 在控制計(jì)算機(jī)控制下向液壓缸(1 內(nèi)輸入液壓油以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán)；在液壓缸(1 上還設(shè)有位置檢測(cè)傳感器，通過外接計(jì)數(shù)器與控制計(jì)算機(jī)相聯(lián)系；液壓缸(1 下端與定平臺(tái)(17) 通過虎克鉸(16)相連接，活塞桿(14)上端和動(dòng)平臺(tái)(1 通過球形萬向節(jié)(1 相連接，通過改變六個(gè)伸縮桿中活塞桿(14)的伸縮長度，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)(1 做平移、升降、繞三維坐標(biāo)軸擺轉(zhuǎn)以及各種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴頭實(shí)現(xiàn)六自由度復(fù)雜曲面的位姿定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高熔點(diǎn)金屬電弧噴涂模具快速制造裝備，它結(jié)構(gòu)合理，使用方便，模塊化程度高，成本低。它設(shè)有水平導(dǎo)軌，豎直導(dǎo)軌活動(dòng)安裝在水平導(dǎo)軌上，在豎直導(dǎo)軌上活動(dòng)安裝工作平臺(tái)連接架，豎直導(dǎo)軌與水平導(dǎo)軌、工作平臺(tái)連接架與豎直導(dǎo)軌之間都裝有直線電動(dòng)機(jī)；工作平臺(tái)連接架上設(shè)有六自由度工作臺(tái)，所述六自由度工作臺(tái)上設(shè)有二自由度擺頭，所述而二自由度擺頭包括伺服液壓馬達(dá)，伺服液壓馬達(dá)通過連接件與擺頭擺動(dòng)架連接，在擺頭擺動(dòng)架上安裝擺頭擺動(dòng)軸，擺頭擺動(dòng)軸與伺服力矩電機(jī)連接，伺服力矩電機(jī)安裝在擺頭擺動(dòng)架上，噴頭安裝在擺頭擺動(dòng)軸上；伺服力矩電機(jī)、伺服液壓馬達(dá)、直線電動(dòng)機(jī)均與控制計(jì)算機(jī)連接。
文檔編號(hào)C23C4/12GK102534462SQ201210086159
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者丁玉成, 李長河, 林新峰 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)