大型建筑增材制造设备框架及其自适应机构的制作方法

本实用新型涉及建筑增材制造领域，具体为大型建筑增材制造设备框架自适应机构。

背景技术：

近年来，随着建筑材料和机械设备的发展，建筑增材制造技术已经在国内外屡见不鲜，使得大规模生产个性化定制建筑成为可能，给建筑业的发展注入了新的动力，建筑增材设备也得到了较大的发展，在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的几何形状都能可以被打印出来。基于建筑结构尺寸大小的不同，可选用不同结构尺寸的设备完成建筑打印。对于建筑模型或小型建筑，由于尺寸结构小，且可在现有通用机械设备上增加喷头，即可实现建筑增材所需要的运行轨迹，设备的运行精度和效率完全能够满足要求。可选用设备相对较多，如工业轴关节机器人，小型悬臂机械臂或门式框架结构；对于现有的大型建筑就需要大型建筑增材专用设备，要求建筑增材设备具有大跨距，长行程，高度大等特点。大型框架结构为当前普遍首选项，其结构特点能够满足要求，且可行性高，设计、制造和装配相对简单，方便现场施工时组装和调试。但设备越大越难制造和装配，运行精度就会比较差，打印精度和打印速度就会越差，影响建筑增材设备在大型建筑打印的应用。要在建筑行业将增材制造建筑推广应用，发展大型建筑增材制造设备成为关键。

现有大型建筑增材制造设备，大都采用框架式结构，如图1所示，主要组成机构有地轨1、立柱2、横梁5和喷头6，由数控系统控制其运行轨迹，其中地轨1可以根据建筑长度进行拼接。两个立柱2间距即横梁5的跨度决定建筑的宽度，可以进行有限的拼接。立柱2的高度，决定了建筑的高度。

地轨1和立柱2通过滚轮轨道实现连接，立柱2和横梁5滚轮轨道或导轨滑块机构，横梁5和喷头6同样采用滚轮轨道或导轨滑块机构，各连接处均为刚性连接结构。其驱动力均有电机提供。

当前各种框架式结构，立柱2和横梁5均采用桁架拼接式结构，主要特点为，加工制造简单，易拼接安装，成本低，结构刚性相对较好，且能够满足建筑打印精度要求。但随着横梁5的跨度和立柱2高度的增加，框架式结构刚性变得越差，横梁5出现弯曲，两边立柱2容易变形，故框架出现扭曲现象，会引起横梁5的上下运动阻力加大，容易导致横梁5在运动过程中出现爬行或卡死现象，甚至较频繁的引起电机过载，影响设备工作效率和使用寿命，且现场装配调试难度大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种大型建筑增材制造设备框架及其自适应机构，结构简单，设计合理，能够自适应的消除框架中的扭曲应力。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

大型建筑增材制造设备框架的自适应机构，包括液压平衡缸和转接滑板；

所述的转接滑板底面沿框架的地轨方向与框架的地轨滑动连接，顶面沿框架的横梁方向与框架的立柱滑动连接；

所述的液压平衡缸沿横梁方向设置，一端与转接滑板连接，另一端与立柱连接。

优选的，所述转接滑板的顶面固定设置有沿横梁方向布置的直线导轨；直线导轨与立柱滑动连接。

进一步，所述转接滑板的顶面对称设置有两个直线导轨，液压平衡缸设置在两个直线导轨之间。

优选的，所述转接滑板的顶面设置有弧形凹槽，液压平衡缸贴合固定在弧形凹槽内。

优选的，所述液压平衡缸的缸体固定在转接滑板上，液压平衡缸的活塞杆与立柱底面连接。

优选的，所述液压平衡缸分别与转接滑板和立柱连接后，活塞杆处于拉开状态。

优选的，所述液压平衡缸的无杆侧朝向框架外侧设置。

优选的，所述转接滑板的底面通过滚轮轨道与地轨滑动连接。

大型建筑增材制造设备框架，包括地轨、横梁、以及固定立柱和浮动立柱；

所述的固定立柱沿对应侧地轨方向与其滑动设置；

所述的浮动立柱与对应侧地轨之间设置有上述任意一项所述的自适应机构；

所述的横梁两端分别连接固定立柱和浮动立柱。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型所述的自适应机构，设置在立柱和地轨之间，从而能够将框架的该连接部位设计为在可自由移动，并且在立柱的竖直方向上有恒定的力使框架在工作时，能够保持足够的支撑力，以满足打印时所需要的精度和刚性。通过液压平衡缸的设置，随着活塞杆和缸体之间在预应力作用下的相对移动，能够在横梁方向上将框架扭曲引起的框架应力进行释放，使得各运动部件连接副运动阻力保持微量波动，能够消除横梁的爬行或卡死现象。

进一步的，通过设置的直线导轨一方面能够使得立柱在地轨方向与转接滑板的相对固定，另一方面面能够实现立柱在横梁方向与转接滑板的相对滑动；从而为框架的应力释放提供必要的变形空间。

进一步的，液压平衡缸通过弧形凹槽设置不仅减小了执行导轨在立柱方向的尺寸，而且能够保证液压平衡缸只提供沿横梁方向的预应力，而不承载立柱方向的支撑力。

进一步的，在液压平衡缸使用时，保持其活塞杆运动的特性，活塞杆拉开后能够提供对应的预应力，并且通过无杆侧向外设置，使得应力释放时只向内运动，保证了其外部尺寸的确定不变。

本实用新型所述的框架分别通过固定立柱和浮动立柱的设置，利用自适应机构在安装和使用时能够避免扭曲应力的累积，能够将扭曲量引起的框架应力自动释放，在设备工作过程中，实时的根据框架内部应力大小，框架内部能够进行适量的自适应调整。

附图说明

图1为现有技术中的框架结构示意图。

图2为本实用新型所述框架的结构示意图。

图3为本实用新型所述自适应机构的结构连接示意图。

图中：地轨1、立柱2、液压平衡缸3、转接滑板41、直线导轨42、横梁5、喷头6。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

大型框架梁，横梁5跨距大，且其上安装有喷头系统，由这两者自身重力引起横梁5的弯曲变形，进而使两侧与其刚性连接立柱2在受力方向变形，这个方向的变形量比较大，对框架的平稳运行最为敏感。所以通过本实用新型所述的自适应机构，在立柱2和地轨1之间沿横梁5方向，增加一个转接滑板41，其与液压平衡缸3组成一个能够使得立柱2相对于地轨1能够在横梁5方向移动的自适应机构，释放框架变形应力。

本实用新型所述的自适应机构，在满足建筑增材制造要求精度的情况下，允许框架结构可以有扭曲量，此扭曲量是由框架自身重力和安装误差引起的综合扭曲量。

具体的，如图2和图3所示，在框架一侧立柱2与地轨1之间增加转接滑板41；转接滑板41底面与地轨1的滚轮轨道连接，并能沿地轨1方向运动。

转接滑板41上面沿横梁5的方向设置直线导轨42，直线导轨42与立柱2的底面在横梁5方向上滑动连接，从而立柱2能够沿横梁5的方向做消除扭曲应力的微量移动。所述的直线导轨42至少设置一个，当设置多个时呈均匀布置，本优选实例中以两个为例进行说明。

液压平衡缸3安装于转接滑板41两个直线导轨42的内侧，且无杆侧朝向框架外侧。缸体固定在转接滑板41上，液压平衡缸3的活塞杆与立柱2底面连接。转接滑板41的顶面设置有弧形凹槽，液压平衡缸3的缸体贴合固定在弧形凹槽内，其不进行竖向的支撑作用，只在横梁5方向提供预应力。

整个框架装配完成后，由于活塞杆处于拉开状态，液压平衡缸3提供恒定压力或拉力，用以平衡框架变形的应力，自动调节。当框架结构有扭曲变形时，其扭曲应力加大，额外增加的扭曲力通过拉力或压力推动立柱2沿直线导轨42的安装方向，向内或向外移动，其中预先设置好压力的液压平衡杠3提供平衡力，使扭曲变形增加的扭曲力得以稳步释放，确保各框架运动副间摩擦力波动比较小，整个框架能够平稳顺畅运行。消除了大型建筑增材设备框架梁扭曲变形引起的运动轴的爬行或卡死现象。

在安装时，由于此设备结构尺寸大，工况较差，均为室外环境，故在现场安装调试难度大，安装横梁5和立柱2时，对立柱2间距精度要求高，现场很难保证安装条件。本实用新型所述框架安装时，由于安装浮动的自适应机构后，单侧的浮动立柱可沿横梁5方向滑动，故在安装横梁5时，先连接固定立柱与横梁5，然后可通过推动浮动立柱，使横梁5与浮动立柱连接。拼接大行程的地轨1时，由于地轨1跨度较大，不易精确测量和安装，采用此结构对两条地轨1安装时的平行度要求降低。综上所述，本实用新型所述的框架结构使大型建筑增材制造设备框架安装调试，难度降低，效率提高。