一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法与流程

本发明涉及增减材复合制造领域，尤其涉及一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法。

背景技术：

针对航天领域里大型构件，利用传统的制造方法进行很难制造，甚至制造不出比较复杂的零件。经常是需要修改零件的结构达到能够制造的目的，但这样会大大降低零件的性能。另外传统的制造业制造复杂零件成本较高，制作周期非常长，不利于航天航空前期的研发。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，包括密封成型室5、集成控制系统12；所述密封成型室5的底部设置有两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10；

所述两轴变位机15上设有用于对放置在其上的熔池进行加热的加热垫14，所述多轴机器人13以及熔池在线监控系统10分别位于两轴变位机15的两侧；

所述密封成型室5的外部设置有送粉装置2和送丝装置3；所述送粉装置2的送粉熔覆头7以及送丝装置3的送丝增材头4均位于密封成型室5的内部；

所述两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10、送粉装置2和送丝装置3分别信号连接集成控制系统12。

所述密封成型室5的外部还设置有加热保温模块11和保护气瓶8；保护气瓶8为密封成型室5提供保护气体；所述加热保温模块11通过电缆与加热垫14连接，保护气瓶8通过气管与密封成型室5连接。在密封成型室5顶部还设有有冷却水循环装置1；所述冷却水循环装置1通过管路分别与送丝增材头4和送粉熔覆头7连接。

所述熔池在线监控系统10包括其前端安装的摄像机，该摄像机像素为4k。

所述两轴变位机15包括打印平台16、x轴旋转电机17、z轴旋转电机18、支撑架结构19、底座20；

所述打印平台16设置于由x轴旋转电机17和z轴旋转电机18驱动的x轴和z轴旋转机构上；该x轴和z轴旋转机构由支撑架结构19承载；支撑架结构19安装在底座20上。

所述x轴旋转机构可旋转270°，z轴旋转机构可旋转360°。

所述送丝装置3通过丝材管道与送丝增材头4连接，送粉装置2通过送粉管道与送粉熔覆头7连接。

所述多轴机器人13为五轴工业机器人，其负载为200kg；

多轴机器人13用于增材制造作业中更换或者装夹送丝增材头4、送粉熔覆头7或者旋转铣削头9。

本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备的运行方法，如下步骤：

将待加工的零件三维模型放在magics软件中，处理零件数据，得到切片文件；

启动制造设备，将零件切片文件导入集成控制系统12，并设置加工参数；

多轴机器人13得到数据后，密封成型室5内通入保护气体，多轴机器人13带动机械手夹持送丝增材头4或者送粉熔覆头7，开始增材制造作业；

当零件成型层数达到预定层数时，多轴机器人13的机械手将送丝增材头4或者送粉熔覆头7放回固定工位，再夹持旋转铣削头9对零件进行表面精整加工；

直到零件全部加工完成，并达到所需要求的加工精度和表面质量，关闭保护气体，取出零件，关闭制造设备电源。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明通过引入送丝增材头、送粉熔覆头7和(高速)旋转铣削头9，将它们有机整合在一起，实现了复杂零件加工的同时，也能保持零件具有较高的尺寸精度。

本发明通过引入多轴机器人13、两轴变位机15可尽可能增加零件成型的自由度，避免多余的支撑的添加，实现“零”支撑。

本发明通过引入熔池在线监控系统10可以随时监控成型的效果，随时反馈到集成控制系统，并实时地调整成型的工艺参数。

本发明作业过程在通入保护气体的密封成型室5内完成，可以防止成型过程中过热的零件氧化，保证成型零件的质量。

附图说明

图1为本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备结构示意图。

图2为两轴变位机结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-2所示。本发明公开了一种协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备，包括密封成型室5、集成控制系统12；所述密封成型室5的底部设置有两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10；

所述两轴变位机15上设有用于对放置在其上的熔池进行加热的加热垫14，所述多轴机器人13以及熔池在线监控系统10分别位于两轴变位机15的两侧；

所述密封成型室5的外部设置有送粉装置2和送丝装置3；所述送粉装置2的送粉熔覆头7以及送丝装置3的送丝增材头4均位于密封成型室5的内部；

所述两轴变位机15、多轴机器人13、熔池在线监控系统10、送粉装置2和送丝装置3分别信号连接集成控制系统12。

所述密封成型室5的外部还设置有加热保温模块11和保护气瓶8；保护气瓶8为密封成型室5提供保护气体；所述加热保温模块11通过电缆与加热垫14连接，保护气瓶8通过气管与密封成型室5连接。在密封成型室5顶部还设有有冷却水循环装置1；所述冷却水循环装置1通过管路分别与送丝增材头4和送粉熔覆头7连接。

所述熔池在线监控系统10包括其前端安装的摄像机，该摄像机像素为4k。

所述两轴变位机15包括打印平台16、x轴旋转电机17、z轴旋转电机18、支撑架结构19、底座20；

所述打印平台16设置于由x轴旋转电机17和z轴旋转电机18驱动的x轴和z轴旋转机构上；该x轴和z轴旋转机构由支撑架结构19承载；支撑架结构19安装在底座20上。

所述x轴旋转机构可旋转270°，z轴旋转机构可旋转360°。

所述送丝装置3通过丝材管道与送丝增材头4连接，送粉装置2通过送粉管道与送粉熔覆头7连接。

所述多轴机器人13为五轴工业机器人，其负载为200kg；

多轴机器人13用于增材制造作业中更换或者装夹送丝增材头4、送粉熔覆头7或者旋转铣削头9。

本发明协同控制等离子体机器人增减材复合制造设备的运行方法，如下步骤：

将待加工的零件三维模型放在magics软件中，处理零件数据，得到切片文件；

启动制造设备，将零件切片文件导入集成控制系统12，并设置加工参数；

多轴机器人13得到数据后，密封成型室5内通入保护气体(ar)，多轴机器人13带动机械手夹持送丝增材头4或者送粉熔覆头7，开始增材制造作业；

当零件成型层数达到预定层数时，多轴机器人13的机械手(末端安装有换手装置6)将送丝增材头4或者送粉熔覆头7放回固定工位，再夹持旋转铣削头9对零件进行表面精整加工；

直到零件全部加工完成，并达到所需要求的加工精度和表面质量，关闭保护气体，取出零件，关闭制造设备电源。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。