本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

運(yùn)載火箭，用于把人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站或空間探測(cè)器等有效載荷送入預(yù)定軌道。隨著衛(wèi)星，飛船等的蓬勃發(fā)展，對(duì)運(yùn)載火箭的載重量提出更高要求。大型運(yùn)載火箭成為世界制造業(yè)的研究方向，如中國(guó)的長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭，外直徑達(dá)到5米。超5米近10米外徑的大型運(yùn)載火箭是發(fā)展趨勢(shì)和戰(zhàn)略需求?；鸺诤窈椭睆匠叽绫容^很小，屬于薄壁件，火箭外壁圓柱多為軋制而成，然而傳統(tǒng)的軋制技術(shù)，很難保證大型薄壁環(huán)件的圓度，軋制完成后存在開(kāi)裂、變形等各種問(wèn)題，在質(zhì)量上無(wú)法得到大的保證，次品率高，并且成本巨大，耗時(shí)長(zhǎng)，已不適于動(dòng)態(tài)的快速響應(yīng)需求。

增材制造作為新型的制造方式，大大減少工序，縮短周期，加工精度高。針對(duì)以上現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，用以實(shí)現(xiàn)大型薄壁環(huán)件的精確制造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專(zhuān)利主要針對(duì)現(xiàn)有大型薄壁環(huán)件制造技術(shù)的不足，利用主座電機(jī)啟動(dòng)通過(guò)減速器以一定角速度帶動(dòng)連接桿臂繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，連接桿臂末端加裝的增材設(shè)備也圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，待到角速度穩(wěn)定時(shí)，增材設(shè)備各部件開(kāi)始工作，伺服電機(jī)啟動(dòng)，在滾珠絲桿套裝的帶動(dòng)下，一體化專(zhuān)用槍頭移動(dòng)到距沉積平臺(tái)表面一定高度上，在送絲機(jī)控制器下，送絲機(jī)開(kāi)始按所需速度送絲，一體化專(zhuān)用槍頭開(kāi)始工作，一層層的沉積金屬材料，直到完成工件。本發(fā)明具有裝置簡(jiǎn)單靈活、操作性強(qiáng)、精度高、能夠快速響應(yīng)環(huán)件需求等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足未來(lái)大型薄壁環(huán)件制導(dǎo)的要求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。其部件包括：滾輪支撐件、連接桿臂、減速器、主座電機(jī)、z軸滾珠絲桿套裝、一體化專(zhuān)用槍頭、x軸絲桿套裝、伺服電機(jī)、絲料存儲(chǔ)桶、送絲機(jī)和夾具平臺(tái)；它們之間的位置連接關(guān)系是：先將主座電機(jī)輸出軸與減速器的輸入軸用連軸器連接，然后用地腳螺釘將主座電機(jī)與減速器固定于地面，從而確定整個(gè)裝置的具體位置，另減速器的輸出軸方向?yàn)閦軸豎直方向。將連接桿臂一端與減速器輸出軸連接，中間與另一端頭加裝滾輪支撐件，連接方式為螺栓連接。用螺栓連接方式連接夾具平臺(tái)下部與連接桿臂上的螺栓孔，然后在夾具平臺(tái)上按照需要布置絲料儲(chǔ)存桶、送絲機(jī)、x軸絲桿套裝。將z軸滾珠絲杠套裝加裝在x軸絲桿上，兩個(gè)絲杠套裝的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)。將一體化專(zhuān)用增材噴頭加裝在z軸絲桿套裝的移動(dòng)塊上。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均位于絲桿之后，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。該設(shè)計(jì)需要從廠(chǎng)房上部引入氬氣氣流氣管到一體化專(zhuān)用增材噴頭。

所述矩形截面連接桿臂，尺寸為4950mm×200mm×100mm，其結(jié)構(gòu)輪廓可參考圖3，一端為圓柱面，半徑為100mm，有直徑120mm的圓柱連接孔，在中部與另一段均有直徑為32mm的螺栓孔。

所述滾輪支撐件，總體尺寸為422mm×210mm×80mm，其結(jié)構(gòu)輪廓可參考圖4，上端為凹形，兩邊板上直徑為32mm的螺栓孔，下端有直徑180mm，寬為80mm的支撐輪。

所述夾具平臺(tái)，總體尺寸為1200mm×400mm×180mm，其結(jié)構(gòu)輪廓可參考圖5，下端有兩塊高100mm的固定板，固定板上有兩列直徑為32mm的螺栓孔，以確定連接桿臂與夾具平臺(tái)的相對(duì)位置。夾具平臺(tái)前部開(kāi)有140mm×180mm的口，以騰出z軸絲桿套裝的容置空間。

所述一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：通過(guò)中心電機(jī)和減速器帶動(dòng)桿臂旋轉(zhuǎn)，桿臂末端增材結(jié)構(gòu)進(jìn)行增材制造，兩個(gè)滾輪支撐保證其轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性。

所述一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：x軸徑向絲桿套裝固定在夾具平臺(tái)上，z軸豎直方向滾珠絲杠套裝固定在x軸絲桿上，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度方向運(yùn)動(dòng)。

所述一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：增材系統(tǒng)的絲材儲(chǔ)存桶和送絲機(jī)固定在夾具平臺(tái)上，一體化專(zhuān)用槍頭固定在z軸豎直運(yùn)動(dòng)的滾珠絲杠套裝螺母上。

其中，主電機(jī)和地面固接件的數(shù)量是8個(gè)，減速器和地面固接件數(shù)量是16個(gè)，裝滾輪支撐件和連接桿臂固接件的數(shù)量是4個(gè)，夾具平臺(tái)和連接桿臂固接件的數(shù)量是4個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)件用提供的螺紋孔緊固。

其中，矩形截面連接桿臂為非標(biāo)零件，其材料為45鋼，按需要尺寸定做；

其中，滾輪支撐件為非標(biāo)零件，其材料為45鋼，按需要尺寸定做；

其中，選用fronius的增材系統(tǒng)，絲機(jī)型號(hào)選用vr1503，送絲機(jī)控制器的型號(hào)為kd7000，末端一體化碰頭由兩個(gè)部分組成，槍頭型號(hào)為robactattw4500，選用robactaplasmakddrive推絲機(jī)，對(duì)于保護(hù)氣的氣體流量控制，工作時(shí)選擇15l/min的氣體流量，電源的型號(hào)可選北航702所自助研發(fā)的超高頻脈沖弧焊電源；

其中，x軸與z軸均選用市面上的滾珠絲杠套裝，x軸行程為10cm，z軸行程為40cm，型號(hào)sfu8020-4；

其中，驅(qū)動(dòng)x軸與y軸絲杠的電機(jī)為松下伺服電機(jī)400w套裝a5系列，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，最高轉(zhuǎn)速5000r/min；

其中，主電機(jī)選用y225m三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為45kw，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為1480r/min。選用凸緣剛性連軸器實(shí)現(xiàn)電機(jī)到減速器的扭矩專(zhuān)矩。減速器的減速比根據(jù)所需加工速度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明采用長(zhǎng)臂旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行制造，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)；

2.本發(fā)明在增材部分采用滾珠絲桿機(jī)構(gòu)，具有尺寸精度高的優(yōu)點(diǎn)；

3.本發(fā)明采用中段和末端兩個(gè)滾輪支撐長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)，減少了長(zhǎng)臂變形帶來(lái)的誤差，增加機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性；

4.本發(fā)明采用長(zhǎng)臂式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可通過(guò)改變長(zhǎng)臂尺寸，滿(mǎn)足不同環(huán)件直徑要求，具有裝置簡(jiǎn)單靈活，互換性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件增材制造裝置整體示意圖；

圖2是本設(shè)計(jì)裝置增材部分示意圖；

圖3是本設(shè)計(jì)裝置連接桿臂示意圖；

圖4是本設(shè)計(jì)裝置滾輪支撐件示意圖；

圖5是本設(shè)計(jì)裝置夾具平臺(tái)示意圖；

圖6是本設(shè)計(jì)裝置槍頭與z軸滾珠絲桿套裝示意圖；

圖中：

1.滾輪支撐件2.連接桿臂3.減速器4.主座電機(jī)5.z軸滾珠絲桿套裝6.一體化專(zhuān)用槍頭7.x軸絲杠套裝8.伺服電機(jī)9.絲料存儲(chǔ)桶10.送絲機(jī)11.夾具平臺(tái)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1和2所示，本發(fā)明為一種長(zhǎng)臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其部件包括：滾輪支撐件1、連接桿臂2、減速器3、主座電機(jī)4、z軸滾珠絲桿套裝5、一體化專(zhuān)用槍頭6、x軸絲桿套裝7、伺服電機(jī)8、絲料存儲(chǔ)桶9、送絲機(jī)10和夾具平臺(tái)11；它們之間的位置連接關(guān)系是：先將主座電機(jī)4輸出軸與減速器3的輸入軸用連軸器連接，然后用地腳螺釘將主座電機(jī)4與減速器3固定于地面，從而確定整個(gè)裝置的具體位置，另減速器3的輸出軸方向?yàn)閦軸豎直方向。將連接桿臂2一端與減速器3輸出軸連接，中間與另一端頭加裝滾輪支撐件1，連接方式為螺栓連接。用螺栓連接方式連接夾具平臺(tái)11下部與連接桿臂2上的螺栓孔，然后在夾具平臺(tái)11上按照需要布置絲料儲(chǔ)存桶9、送絲機(jī)10、x軸絲桿套裝7。將z軸滾珠絲杠套裝5加裝在x軸絲桿7上，兩個(gè)絲杠套裝的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)。將一體化專(zhuān)用增材噴頭6加裝在z軸絲桿套裝5的移動(dòng)塊上。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)8均位于絲桿之后，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。該設(shè)計(jì)需要從廠(chǎng)房上部引入氬氣氣流氣管到一體化專(zhuān)用增材噴頭。

利用主座電機(jī)4啟動(dòng)通過(guò)減速器3以0.01rad/s的角速度帶動(dòng)連接桿臂2繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，連接桿臂2末端加裝的增材設(shè)備也圍繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，待到角速度穩(wěn)定在0.01rad/s時(shí)，增材設(shè)備各部件開(kāi)始工作，伺服電機(jī)8啟動(dòng)，在滾珠絲桿套裝5和7的帶動(dòng)下，一體化專(zhuān)用槍頭6移動(dòng)到距沉積平臺(tái)表面一定高度上，在送絲機(jī)10控制器下，送絲機(jī)10開(kāi)始按所需速度送絲，一體化專(zhuān)用槍頭6開(kāi)始工作，一層層的沉積金屬材料，直到完成環(huán)件的制造。