专利名称：一种用于增材制造的变胞成形装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械结构技术领域，更具体地，涉及一种用于増材制造的变胞成形装置。
背景技术：
金属零件増材制造技术是通过数控逐点逐层添加材料快速熔化与凝固实现零件自由成形的制造方式，在传统的金属零部件的自由熔积増材成形中，由于材料经历快速熔化和自由凝固的多次热循环过程，存在组织性能不稳定、变形和残余应力大的问题。为了保证零部件的成形质量和精度，将自由熔积制造工艺与挤压工艺复合，根据零件的内部和表面质量需求对熔积层的上表面或两侧表面进行挤压变形。熔积挤压装置需要根据零件的几何特征进行姿态变化，同时能提供足够刚度使熔融材料产生挤压变形。·现有的熔积挤压成形装置采用三个手指，每个手指为包含两个关节的串联结构。然而，现有的装置存在以下问题(1)每个关节需要电机驱动，结构和控制复杂；(2)采用腱传动或小齿轮传动的串联结构，刚度不足。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于増材制造的变胞成形装置，旨在解决现有用于增材制造的成形装置中存在的结构和控制复杂、刚度不足的问题。为实现上述目的，本发明提供了一种用于増材制造的变胞成形装置，包括第一连杆机构、第二连杆机构、中间上下移动机构、中间旋转机构、电机支座、丝杆支撑架、连接板，第一连杆机构设置于丝杆支撑架的左侧，第二连杆机构设置于丝杆支撑架的右侧，中间上下移动机构设置于丝杆支撑架的中下部，中间旋转机构设置于丝杆支撑架的中上部，第一连杆机构包括第一驱动电机、第一滚珠丝杆、第一驱动连杆、第一传递连杆、第一挤压执行部件、导轨、第一连接块、第一滑块，第二连杆机构包括第二驱动电机、第二滚珠丝杆、第二驱动连杆、第二传递连杆、第二挤压执行部件、第二连接块、第二滑块，中间上下移动机构包括第三驱动电机、第三滚珠丝杆、丝杆支座、中间挤压执行部件，中间旋转机构包括中间旋转轴、轴承支座、第四驱动电机，第二连杆机构和第一连杆机构相对于第三驱动电机和第四驱动电机的轴线所在的平面呈左右对称设置，丝杆支撑架的顶部与电机支座固定相连，用于固定第一滚珠丝杆、第二滚珠丝杆、第三驱动电机、导轨、丝杆支座，电机支座固定于丝杆支撑架的上方，用于放置第一驱动电机和第二驱动电机，第三驱动电机和第三滚珠丝杆连接，第三滚珠丝杆两端通过轴承固定在丝杆支座上，丝杆支座与丝杆支撑架固定连接，中间挤压执行部件与第三滚珠丝杆固定连接，并随着第三滚珠丝杆的转动沿其上下移动，第四驱动电机和中间旋转轴连接，中间旋转轴的中部固定在轴承座上，中间旋转轴的下端与丝杆支撑架固定连接，轴承座固定连接在连接板上，第一驱动电机和第一滚珠丝杆连接，用于驱动第一滚珠丝杆转动，第一驱动连杆的上端和第一滚珠丝杆固定连接，其下端与第一传递连杆轴接，第一挤压执行部件的中部与第一传递连杆的下端轴接，其上端与第一连接块轴接，第一连接块与第一滑块固定连接，第一滑块沿导轨滑动，导轨固定在丝杆支撑架下部。丝杆支撑架为倒π形结构。第一连杆机构还包括第一移动锁定销和第一旋转锁定销，第一移动锁定销通过钢丝绳与第一挤压执行部件中部连接，第一旋转锁定销通过钢丝绳与丝杆支撑架下部连接。第二连杆机构还包括第二移动锁定销和第二旋转锁定销，第二移动锁定销通过钢丝绳与第二挤压执行部件中部连接，第二旋转锁定销通过钢丝绳与丝杆支撑架下部连接。通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果I、结构简单、姿态灵活由于本发明采用基于变胞原理的设计方法，第一挤压执行部件可进行旋转和平移运动的转变，姿态变化灵活，同时其运动由一个驱动电机完成，相比 传统结构减少了驱动电机数，第二挤压执行部件也是如此，由此简化了结构和控制；2、刚度较好由于本发明采用连杆结构，相比腱传动和小齿轮传动，具有更好的刚度。
图I是本发明用于増材制造的变胞成形装置的整体结构图。图2是本发明装置的中间上下移动机构的视图。图3是本发明装置的第一连杆机构收起状态时的视图。图4是本发明装置的第一连杆机构旋转放下状态时的视图。图5是本发明装置的第一连杆机构水平运动时的视图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1、2所示，本发明用于増材制造的变胞成形装置包括第一连杆机构、第二连杆机构、中间上下移动机构、中间旋转机构、电机支座2、丝杆支撑架7、连接板22。第一连杆机构设置于丝杆支撑架7的左侧，第二连杆机构设置于丝杆支撑架7的右侧，中间上下移动机构设置于丝杆支撑架7的中下部，中间旋转机构设置于丝杆支撑架7的中上部。第一连杆机构包括第一驱动电机I、第一滚珠丝杆6、第一驱动连杆3、第一传递连杆8、第一挤压执行部件11、导轨9、第一连接块12、第一滑块14、第一移动锁定销10、第一旋转锁定销13。第二连杆机构包括第二驱动电机26、第二滚珠丝杆24、第二驱动连杆25、第二传递连杆23、第二挤压执行部件20、第二连接块17、第二滑块18、第二移动锁定销21、第二旋转锁定销19。中间上下移动机构包括第三驱动电机28、第三滚珠丝杆29、丝杆支座16、中间挤压执行部件15。中间旋转机构包括中间旋转轴4、轴承支座5、第四驱动电机27。
丝杆支撑架7为倒JI形结构，其顶部与电机支座2固定相连。用于固定第一滚珠丝杆6、第二滚珠丝杆24、第三驱动电机28、导轨9、丝杆支座16。电机支座2固定于丝杆支撑架7的上方，用于放置第一驱动电机I和第二驱动电机26。第三驱动电机28通过联轴器(未示出)和第三滚珠丝杆29连接，第三滚珠丝杆29两端通过轴承固定在丝杆支座16上，丝杆支座16与丝杆支撑架7固定连接，中间挤压执行部件15与第三滚珠丝杆29固定连接，随着第三滚珠丝杆29的转动沿其上下移动。第四驱动电机27通过联轴器(未示出) 和中间旋转轴4连接，中间旋转轴4的中部通过双列角接触轴承(未示出)固定在轴承座5上，中间旋转轴4的下端与丝杆支撑架7固定连接，轴承座5固定连接在连接板22上。第一驱动电机I和第一滚珠丝杆6通过联轴器(未示出)连接，用于驱动第一滚珠丝杆6转动。第一驱动连杆3的上端和第一滚珠丝杆6固定连接，其下端与第一传递连杆8轴接。第一挤压执行部件11的中部与第一传递连杆8的下端轴接，其上端与第一连接块12轴接。第一连接块12与第一滑块14固定连接，第一滑块14沿导轨9滑动，导轨9固定在丝杆支撑架7下部。第一移动锁定销10和第一旋转锁定销13固定在第一连接块12上。第一移动锁定销10通过钢丝绳(未示出)与第一挤压执行部件11中部连接，第一旋转锁定销13通过钢丝绳(未示出)与丝杆支撑架7下部连接。第二连杆机构和第一连杆机构相对于第三驱动电机28和第四驱动电机27的轴线所在的平面呈左右对称设置。第二连杆机构所包括的元件的排列方式与第一连杆机构相同，在此不再赘述。第一连杆机构和第二连杆机构用于对熔积层的外侧面实施挤压变形加工，下面介绍第一连杆机构的工作过程如图3所示，初始位置时，第一挤压执行部件11的滚轮轴线处于水平位置，第一滑块14被第一移动锁定销10锁定在导轨9上。如图4所示，当第一挤压执行部件11旋转放下时，第一驱动电机I正向旋转驱动第一滚珠丝杆6转动，推动第一驱动连杆3沿第一滚珠丝杆6向下运动，第一驱动连杆3通过第一传递连杆8推动第一挤压执行部件11围绕其与第一连接块12的连接轴转动，当第一挤压执行部件11的滚轮轴线由水平位置运动到竖直位置时，第一挤压执行部件11通过钢丝绳带动第一移动锁定销10的销钉退回，第一滑块14和导轨9的移动运动解锁。第一旋转锁定销13的压缩弹簧(未示出)推动销钉将第一挤压执行部件11锁定在第一连接块12上，两者相对旋转运动被锁定，完成第一挤压执行部件11由旋转运动结构向平移运动结构的转变，第一连杆机构的拓扑结构发生变化。如图5所示，当第一挤压执行部件11水平运动时，第一驱动电机I正向旋转驱动第一滚珠丝杆6继续转动，推动第一驱动连杆3沿第一滚珠丝杆6向下运动，第一驱动连杆3通过第一传递连杆8推动第一挤压执行部件11沿导轨9水平运动设定距离，实现第一挤压执行部件11末端的滚轮对熔积层外侧面的挤压，第一连杆机构由2个自由度转变为I个自由度，同时其水平运动可实现第一挤压执行部件11和第二挤压执行部件20末端的滚轮之间距离的调整，满足对不同熔积宽度熔积层的侧面的挤压需求。当第一驱动电机I反向旋转，第一挤压执行部件11经历沿导轨9水平移动和绕其与第一连接块12的连接轴转动回到初始位置，从而远离待挤压的熔积层。第二连杆机构与第一连杆机构的工作过程完全相同，在此不再赘述。中间上下移动机构用于对熔积熔积层的上表面进行挤压加工，其工作过程如下当第三驱动电机28正向旋转驱动第三滚珠丝杆29转动，推动中间挤压执行部件15向下运动，对熔积层的上表面进行挤压变形。当第三驱动电机28反向旋转驱动第三滚珠丝杆29转动，推动中间挤压执行部件15向上运动，远离待挤压熔积层。中间旋转机构用于调整第一挤压执行部件11和第二挤压执行部件20的末端滚轮连线方向与熔积层轨迹的法线方向一致，其工作过程如下当第四驱动电机27旋转驱动中间旋转轴4转动，中间旋转轴4下端与丝杆支撑架7固定连接，从而带动第一连杆机构、第二连杆机构和中间上下移动机构绕中间旋转轴4转 动。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于増材制造的变胞成形装置，包括第一连杆机构、第二连杆机构、中间上下移动机构、中间旋转机构、电机支座、丝杆支撑架、连接板，所述第一连杆机构设置于所述丝杆支撑架的左侧，所述第二连杆机构设置于所述丝杆支撑架的右侧，所述中间上下移动机构设置于所述丝杆支撑架的中下部，所述中间旋转机构设置于所述丝杆支撑架的中上部，其特征在于， 所述第一连杆机构包括第一驱动电机、第一滚珠丝杆、第一驱动连杆、第一传递连杆、第一挤压执行部件、导轨、第一连接块、第一滑块； 所述第二连杆机构包括第二驱动电机、第二滚珠丝杆、第二驱动连杆、第二传递连杆、第二挤压执行部件、第二连接块、第二滑块； 所述中间上下移动机构包括第三驱动电机、第三滚珠丝杆、丝杆支座、中间挤压执行部件; 所述中间旋转机构包括中间旋转轴、轴承支座、第四驱动电机； 所述第二连杆机构和所述第一连杆机构相对于所述第三驱动电机和所述第四驱动电机的轴线所在的平面呈左右对称设置； 所述丝杆支撑架的顶部与所述电机支座固定相连，用于固定所述第一滚珠丝杆、所述第二滚珠丝杆、所述第三驱动电机、所述导轨、所述丝杆支座； 所述电机支座固定于所述丝杆支撑架的上方，用于放置所述第一驱动电机和所述第二驱动电机； 所述第三驱动电机和所述第三滚珠丝杆连接； 所述第三滚珠丝杆两端通过轴承固定在所述丝杆支座上； 所述丝杆支座与所述丝杆支撑架固定连接； 所述中间挤压执行部件与所述第三滚珠丝杆固定连接，并随着所述第三滚珠丝杆的转动沿其上下移动； 所述第四驱动电机和所述中间旋转轴连接； 所述中间旋转轴的中部固定在所述轴承座上，所述中间旋转轴的下端与所述丝杆支撑架固定连接； 所述轴承座固定连接在所述连接板上； 所述第一驱动电机和所述第一滚珠丝杆连接，用于驱动所述第一滚珠丝杆转动；所述第一驱动连杆的上端和所述第一滚珠丝杆固定连接，其下端与所述第一传递连杆轴接； 所述第一挤压执行部件的中部与所述第一传递连杆的下端轴接，其上端与所述第一连接块轴接； 所述第一连接块与所述第一滑块固定连接； 所述第一滑块沿所述导轨滑动； 所述导轨固定在所述丝杆支撑架下部。
2.根据权利要求I所述的变胞成形装置，其特征在于，所述丝杆支撑架为倒η形结构。
3.根据权利要求I所述的变胞成形装置，其特征在于，所述第一连杆机构还包括第一移动锁定销和第一旋转锁定销，所述第一移动锁定销通过钢丝绳与所述第一挤压执行部件中部连接，所述第一旋转锁定销通过钢丝绳与所述丝杆支撑架下部连接。
4.根据权利要求I所述的变胞成形装置，其特征在于，所述第二连杆机构还包括第二移动锁定销和第二旋转锁定销，所述第二移动锁定销通过钢丝绳与所述第二挤压执行部件中部连接，所述第二旋转锁定销通过钢丝绳与所述丝杆支撑架下部连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于増材制造的变胞成形装置，包括第一连杆机构、第二连杆机构、中间上下移动机构、中间旋转机构、电机支座、丝杆支撑架、连接板，第一连杆机构设置于丝杆支撑架的左侧，第二连杆机构设置于丝杆支撑架的右侧，中间上下移动机构设置于丝杆支撑架的中下部，中间旋转机构设置于丝杆支撑架的中上部，第一连杆机构包括第一驱动电机、第一滚珠丝杆、第一驱动连杆、第一传递连杆、第一挤压执行部件、导轨、第一连接块、第一滑块，第二连杆机构包括第二驱动电机、第二滚珠丝杆、第二驱动连杆、第二传递连杆、第二挤压执行部件、第二连接块、第二滑块。本发明能够解决现有用于熔积-挤压复合増材制造装置中存在的结构和控制复杂、刚度不足的问题。
文档编号B21C23/21GK102896173SQ20121034404
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者张海鸥, 芮道满, 王桂兰, 谢仰, 王湘平 申请人:华中科技大学