一种增材推送系统及增材制造设备的制作方法

1.本发明涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种增材推送系统及增材制造设备。


背景技术：

2.工业发展促进机加行业的高速推进，但传统的车铣刨磨等技术不足以满足工业需求，增材制造这种增材方式开始产生。搅拌摩擦增材制造作为其中的一种固相增材技术，通过搅拌头摩擦产生热量使增材材料达到塑化状态，可快速实现复杂零件的制造，具有很大的工程意义。
3.棒材是一种常规的搅拌摩擦增材材料，在搅拌摩擦增材制造工艺中，棒材放置在增材通道中，并随着搅拌头一起旋转进行增材制造。为了能够持续进行增材制造，需要输送机构对棒材进行持续输送，现有技术中暂无搅拌摩擦增材过程中棒材输送的相关结构，以实现棒材的精确稳定输送。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中搅拌摩擦增材制造过程中棒材稳定输送的问题，从而提供一种增材推送系统及增材制造设备。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供一种增材推送系统，包括，推杆和第一直线驱动结构，所述推杆的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的增材通道内以推送增材材料；推杆帮扶结构，其活动套接在所述推杆上，所述推杆帮扶结构适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动。
7.上述的增材推送系统中，所述推杆帮扶结构包括，轴承，所述轴承套接在所述推杆上；第二直线驱动结构，所述轴承通过轴承座固定在所述第二直线驱动结构的活动端。
8.上述的增材推送系统中，还包括立板，所述第一直线驱动结构和第二直线驱动结构均固定在所述立板上。
9.上述的增材推送系统中，所述第一直线驱动结构为电缸，所述推杆的始端与所述电缸的活动端连接；所述第二直线驱动结构包括，帮扶电机、丝杆和滑座，所述丝杆与帮扶电机的驱动端连接，所述滑座与所述丝杆滑动配合。
10.上述的增材推送系统中，随着所述推杆的推进，所述轴承在第二直线驱动结构的带动下始终位于增材通道外侧的推杆的中部。
11.上述的增材推送系统中，在增材推进过程中，所述轴承和所述推杆在相同的时间内完成各自的行程。上述的增材推送系统中，所述电缸的活动端依次设有压力传感器、端面轴承和端盖轴承，所述端面轴承固设在所述压力传感器的底部，所述端盖轴承可旋转地装配在所述端面轴承的底部；其中，所述端盖轴承为带座端盖轴承，所述推杆的始端插入所述端盖轴承的轴座内。
12.上述的增材推送系统中，还包括，水平移动基座和机架，所述水平移动基座通过导轨滑动连接在所述机架上；受所述机架上的水平电机驱动，所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动。
13.上述的增材推送系统中，所述推杆为圆柱状推杆。
14.本发明还提供一种增材制造设备，其包括，工作台、搅拌摩擦焊具和主轴系统，以及上述的增材推进系统，所述搅拌摩擦焊具和主轴系统内具有增材通道，所述增材通道为四棱柱通道；所述增材推送系统的推杆的末端适于在第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的增材通道内以推送增材材料。
15.本发明技术方案，具有如下优点：
16.1、本发明提供的增材推送系统，包括推杆和第一直线驱动结构，所述推杆的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的增材通道内以推送增材材料，实现增材的输送；还包括活动套接在所述推杆上的推杆帮扶结构，所述推杆帮扶结构适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动，以避免所述推杆在推进增材过程中的抖动和弯曲，并防止推杆折断，以保证棒材的精确稳定输送。
17.2、本发明提供的增材推送系统，随着所述推杆的推进，所述轴承在第二直线驱动结构的带动下始终位于增材通道外侧推杆的中部，进一步避免了推杆的弯曲。
18.3、本发明提供的增材推送系统，所述电缸的活动端依次设有压力传感器、端面轴承和端盖轴承，其中，端盖轴承为带座端盖轴承，其用于容纳并跟随所述推杆旋转，所述端面轴承起装配并支撑端盖轴承的作用，以保证对所述推杆有足够的推力，并防止电缸的活动端随转，从而保证电缸的稳定性。
19.4、本发明提供的增材推送系统，还包括水平移动基座，所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动，可以在增材材料装配在增材通道时，使推杆避开增材通道的入口，并且在增材材料装配完成后，驱动推杆复位至增材通道的入口，以便于整个增材材料装配工序的顺利操作。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的增材制造设备结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的增材推送系统结构示意图；
23.图3为本发明实施例提供的水平移动系统结构示意图；
24.图4为本发明实施例提供的压力传感器系统结构示意图；
25.图5为本发明实施例提供的帮扶结构的示意图一；
26.图6为本发明实施例提供的帮扶结构的示意图二；
27.图7为本发明实施例提供的主轴系统结构示意图。
28.附图标记说明：
29.10-增材推送系统；11-伺服电机；12-电缸杆；20-压力传感器系统； 21-压力传感器；22-端面轴承；23-端盖轴承；30-帮扶结构；31-帮扶电机； 32-轴承座；33-轴承；34-立板；40-主轴系统；41-增材通道入口；42-主轴；43-刀柄；44-皮带；45-驱动轴；50-搅拌头；60-工作台；70-水平移动基座；71-机架；72-水平电机；80-推杆；90-数控系统；100-空调系统。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例提供一种增材制造设备，包括主轴系统40、搅拌头50和工作台60，工作时，主轴系统40带动搅拌头50旋转，从而在工作台60上实现增材制造；如图7所示，该主轴系统40包括主轴42及安装在主轴上的刀柄43，所述主轴通过皮带44或齿轮受主轴电机(未图示)的驱动轴45驱动而旋转；在所述刀柄43的工作端安装有搅拌头50，其中，所述主轴42、刀柄43和搅拌头50可采用已知的方式进行安装，并且，所述主轴42、刀柄43和搅拌头50内具有互相连通的增材通道，所述增材通道具有增材通道入口41。
35.本实施例提供的增材制造设备，在需要进行增材制造时，将待增材的棒材，例如铝棒从所述增材通道入口41插入至增材通道，在下述的增材推进系统作用下向下推进进行增材制造，并且可以避免该增材推进系统随棒材一起旋转。
36.本实施例提供的增材制造设备，主轴系统、为皮带或齿轮传动结构，通过电机带动主轴旋转，为避免主轴轴承等结构在高速需旋转和下方高温的作用下烧蚀，主轴需配置有冷却系统，该冷却系统可为水冷结构，通过水冷机冷却液体对主轴冷却。也可为油冷，将水冷机更换为液压系统对主轴进行冷却。另外，本实施例提供的增材制造设备，还可包括数按系统90 和空调系统100。
37.如图2-6所示，本实施例提供的增材制造设备还包括增材推进系统10，该增材推进系统10还包括推杆80和第一直线驱动结构，所述推杆80的始端与所述第一直线驱动结构连接，所述推杆80的末端适于在所述第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的增材通道内以推送增材材料；其中，所述推杆的始端是指如图5所示推杆80的顶端，所述推杆的末端是指如图5所示推杆80的底端。具体地，所述第一直线驱动结构可设置为电缸，如图2所示，所述电缸包括伺服电机11和电缸杆12，所述电缸杆12作为电缸的活动端与所述推杆80的始端连接。
38.其中，所述推杆80优选为圆柱状推杆，其采用顶针材料制成，因为推杆80在增材通道内会随着主轴的旋转而转动，采用圆柱状的推杆可一定程度上避免推杆在转动过程中的产生离心力，但工业上使用的圆柱状材料会带有一定的误差，因此，在转动过程中不可避免地会出现抖动现象，而且推杆的推进又需要承载较大的压力，在产生抖动时加压，推杆会出现弯曲或断裂。如图5和6所示，本实施例提供的增材制造设备还包括，推杆帮扶结构30，其活动套接在所述推杆80上，所述推杆帮扶结构30适于在所述推杆轴向上与所述推杆相对运动，以避免所述推杆在推进增材过程中的抖动和弯曲，并防止推杆折断，以保证棒材的精确稳定输送。
39.如图5和6所示，上述的增材推送系统中，所述推杆帮扶结构30包括，轴承33和第二直线驱动结构，所述轴承33套接在所述推杆80上，所述轴承33通过轴承座32固定在所述第二直线驱动结构的活动端。具体地，所述第二直线驱动结构包括帮扶电机31、丝杆和滑座，所述丝杆与帮扶电机 31的驱动端连接，所述滑座与所述丝杆滑动配合；其中所述轴承座32通过滑座连接至所述丝杆上。推送系统负责将原材料棒材推送入主轴内，同时要避免该系统与棒材一起旋转。该部分由伺服电机和电缸杆组成，伺服电机旋转，通过螺杆机构将旋转力转换为电缸杆向下运动的推力。
40.因第一直线驱动结构会对推杆80提供较大的朝向下方的压力，推杆不可避免地会产生弯曲，并且，由于推杆80的始端与所述第一直线驱动结构连接固定，推杆80的末端插入至增材通道内，因此，也可相当于推杆的末端在轴向上固定，该推杆两端固定，因此，推杆受力弯曲的位置一般会产生在增材通道外侧至其始端这一段距离的中间位置处。因此，优选地，在上述的增材推送系统中，随着所述推杆80的推进，所述轴承33在第二直线驱动结构的带动下始终位于增材通道外侧的推杆的中部，进一步避免了推杆的弯曲。为了满足轴承33在增材制造过程中可始终处于增材通道外侧的中部，所述轴承向下运动的速度可选择为所述推杆推进速度的一半。另外，作为可替换的实施方式，为所述轴承提供动力的帮扶电机31可以和为所述推杆提供动力的伺服电机11通信连接；根据所述伺服电机11的信号，所述帮扶电机31可以实时调整转速，在增材推进过程中，所述轴承和所述推杆在相同的时间内完成各自的行程，以保证轴承始终处于增材通道外侧的推杆的中部。
41.可选择地，上述的增材推送系统中，还包括立板34，上述的第一直线驱动结构和第二直线驱动结构均固定在所述立板34上。
42.可选择地，上述的增材推送系统中，所述电缸的活动端设有压力传感器系统20，该压力传感器系统20包括依次设置的压力传感器21、端面轴承22和端盖轴承23，所述端面轴承22固设在所述压力传感器21的底部，所述端盖轴承23可旋转地装配在所述端面轴承22的底部；其中，所述端盖轴承23为带座端盖轴承，所述推杆80的始端插入所述端盖轴承的轴座内，所述端面轴承起装配并支撑端盖轴承的作用，以保证对所述推杆有足够的推力，并防止电缸的活动端随转，从而保证电缸的稳定性。压力传感器感受推杆对原材料施加的压力通过plc的pid调节实现压力的闭环控制。压力系统通过压力传感器增加反馈机制，通过伺服电机扭矩判定与压力传感器双反馈机制，保证增材压力，采用压力传感器建立压力反馈机制，确保压力的准确度。
43.如图3所示，上述的增材推送系统中，还包括，水平移动基座70和机架71，所述水平移动基座70通过导轨滑动连接在所述机架71上；所述增材推进系统10固定在所述水平移动
基座70上，受所述机架71上的水平电机72的驱动，所述水平移动基座70带动所述推杆80和第一直线驱动结构水平运动。所述水平移动基座带动所述推杆和第一直线驱动结构水平运动，可以在增材材料装配在增材通道时，使推杆避开增材通道的入口，并且在增材材料装配完成后，驱动推杆复位至增材通道的入口，以便于整个增材材料装配工序的顺利操作。
44.本实施例提供的增材制造设备在使用时，在推杆下方的增材通道入口放入增材原材料，主轴旋转并沿着z轴方向移动，在搅拌头距离基板0.1-5mm 处停止运动；特别地，可先到达位置再旋转。
45.推杆推动材料向下运动并施加压力，主轴按照原设路径进行移动，此时材料沉积在基板上。随着主轴的一定，原材料不断消耗变短，推杆也不断向下移动，此时帮扶机构也随着推杆向下运动而运动，让帮扶机构的一直处于推杆中心位置。特别地，本设备可不使用压力传感器，改为位移控制，即推杆每分钟向下运动0.1-100mm。
46.本实施例提供的增材增材制造设备，所述搅拌摩擦焊具和主轴系统内具有的增材通道可选择为四棱柱通道；所述增材推送系统的推杆的末端适于在第一直线驱动结构的带动下，插入搅拌摩擦焊具的增材通道内以推送增材材料。
47.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。