用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法，该发明专利技术包括可用于进行金属增材制造的工作舱，工作舱内的底部安置有料架，料架上设置有多个储丝单元，料架的侧部设置有换丝单元，换丝单元与料架之间设置有可运送储丝单元的搬运单元，工作舱内部还设置有可为加工头提供金属丝的送丝单元；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。本发明专利技术将多个储丝单元置于工作舱中，通过自动上丝，可以连续更换用尽的丝卷，无需破坏保护气氛，提高了补丝效率，缩短了换丝时间。

【技术实现步骤摘要】
用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法
本专利技术属于金属增材制造领域，尤其涉及一种金属增材制造中自动补丝过程。
技术介绍
金属直接沉积增材制造技术是指在惰性气氛或真空环境中，利用热源(如激光、电子束、电弧等)熔化送进的金属材料，按照预先规划的路径层层堆积以制备金属零件的技术。在金属直接沉积增材制造技术中，激光或电弧增材设备为了维持惰性气体环境，需要密闭的惰性气体保护舱，电子束增材设备则需要真空室。目前，在金属直接沉积增材制造技术中，送进的原材料形式主要有粉末与丝材。当使用丝材作为原材料时，丝材通常需要缠绕在卷轴上，在进行零件加工前，储丝卷轴会预先放入工作舱中装配好。丝卷重量一般较小，专用的卷轴可以大些，如美国Sicaky公司电子束熔丝成形丝卷储丝重量可以达到几十公斤。但是，加工大型零件时，所需要的原材料往往很多，需要不断补充丝材。现有技术中，熔丝增材制造设备大多采用打开密闭舱门补充丝材的办法。而该方法中，真空电子束熔丝设备开舱门补料的时间约为6小时以上，其中包含了零件冷却、放气、补丝、抽真空的时间；电弧或激光熔丝成形需要释放密闭舱中的惰性气体、补丝、重新洗气以达到工作环境和压力，时间约为20个小时。在进行大型零件的加工时，零件重量达到数个至数十个丝盘重量，采用开舱门补充材料将导致效率低下；同时由于换丝时气氛舱室调整的时间较长，在制造零件时温度将降低，容易出现前后换丝衔接处的零件质量问题，由此将增加后续零件的处理难度，大大增加工作时间及成本。另外也有将储丝装置放在工作舱外部以方便补充丝材的办法，这种方法需要将丝材穿过工作舱壁，不利于维持工作舱环境的纯净。专利
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法，本专利技术将多个储丝单元置于工作舱中，通过自动上丝，可以连续更换用尽的丝卷，无需破坏保护气氛，提高了补丝效率，缩短了换丝时间。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于金属增材制造的自动补丝装置，包括可用于进行金属增材制造的工作舱，工作舱内的底部安置有料架，料架上设置有多个存储有丝盘的储丝单元，料架的侧部设置有可更换储丝单元的换丝单元，换丝单元与料架之间设置有可运送储丝单元的搬运单元，工作舱内部还设置有可为加工头提供金属丝的送丝单元；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。作为本专利技术的进一步优化，储丝单元包括内设丝盘的机箱罩，丝盘的一侧设置有可夹持丝盘自由端金属丝的第一进丝导嘴，第一进丝导嘴固定设置于机箱罩内壁；第一进丝导嘴的金属丝伸出侧设置有可夹持金属丝的夹头组件，机箱罩外侧对应于夹头组件位置处设置有可导出夹头组件中伸出金属丝的第一出丝导嘴，第一出丝导嘴外连送丝单元的进丝端。作为本专利技术的进一步优化，夹头组件包括电磁铁和与电磁铁间隔设置的弹性部，电磁铁具有电磁铁固定端和电磁铁活动端，电磁铁固定端固定于机箱罩内侧壁上，电磁铁活动端在不通电状态下伸出电磁铁固定端与弹性部接触以夹持金属丝；弹性部包括固定于机箱罩内侧壁上的固定端，固定端上安装有第一弹簧，第一弹簧的自由端安装有活动端，活动端的一侧设置有可调节第一弹簧伸缩长度的手柄；电磁铁通电状态下，电磁铁活动端与弹性部的活动端之间形成可通过金属丝的丝材间隙。作为本专利技术的进一步优化，电磁铁活动端的底部间隔突出有多个凸起，弹性部的活动端顶部对应于凸起设置有多个辊轮，凸起与辊轮接触时夹持金属丝。作为本专利技术的进一步优化，机箱罩的一侧侧壁为刚性板状的机架，机箱罩内的丝盘安装于芯轴上，芯轴的一端安装有可固定丝盘的螺母，芯轴的另一端伸出机架外部，该侧的芯轴端部安装有第一齿轮，机架的外侧面上设置有可与第一齿轮啮合与分离的离合器。作为本专利技术的进一步优化，离合器包括固定设置于机架外侧面上的第一导向块和第二导向块，第一导向块和第二导向块上下间隔设置，第一导向块与第二导向块的一侧设置有固定于机架外侧面上的弹簧保持座，弹簧保持座上安装有第二弹簧，第二弹簧的自由端安装有可在第一导向块和第二导向块上滑行的滑块，滑块的端部为可与第一齿轮相啮合的轮齿。作为本专利技术的进一步优化，换丝单元包括安装于工作舱内部侧壁上的安装座，安装座上设置有底板，底板上安装有可在底板上往复运动的滑台，滑台上可安装储丝单元，滑台的一端安装有可驱动滑台往复运动的电动缸，底板上设置有可供滑台往复运动的导轨。作为本专利技术的进一步优化，滑台的两端端部设置可对储丝单元进行限位和固定的限位块，滑台上设置有可在需更换丝材时抽出深入加工头内部金属丝的回绕单元；回绕单元包括安装于滑台上的底座，底座上设置有导向块，导向块上配合设置有活动安装座，活动安装座的一端设置有可驱动活动安装座在导向块上运动的气缸；活动安装座上设置有可与第一齿轮相啮合的第二齿轮，第二齿轮的中心轴连接有可驱动第二齿轮转动的第二电机。作为本专利技术的进一步优化，送丝单元包括第二进丝导嘴和第二出丝导嘴，第二进丝导嘴和第二出丝导嘴之间设置有第一辊轮对和第二辊轮对，第一辊轮对和第二辊轮对的侧部设置有可驱动辊轮对运动的第一电机；第二辊轮对的上端设置有可感知金属丝的位移传感器。一种用于金属增材制造的自动补丝方法，使用上述自动补丝装置，包括以下步骤：取下待用尽的储丝单元：送丝单元反向运动，加工头中的剩丝通过送丝单元返回储丝单元；同时，回绕单元带动丝盘旋转，将剩丝回缠到丝盘上；当剩丝经过第二辊轮时，位移传感器发出信号；送丝单元停止转动，同时夹头组件电磁铁上电，将金属丝夹紧；接着，回绕单元的气缸杆部回抽，使第二齿轮与第一齿轮脱离，同步地，离合器对第一齿轮制动；换丝单元带动储丝单元向远离送丝单元的方向运动预定距离，使剩丝从送丝单元中完全脱离；搬运单元抓取换丝单元上的储丝单元，将其放置在料架上预定的位置上；更换新的储丝单元：搬运单元抓取料架上的储丝单元，将其放置在换丝单元的滑台上并固定；启动回绕单元中的气缸，使第二齿轮与第一齿轮啮合，同步地，离合器对第一齿轮解除制动；换丝单元中的电缸带动储丝单元向送丝单元的方向运动预定距离，使丝端伸出部分进入送丝单元；当丝端伸出部份通过第二辊轮时，位移传感器发出信号；同时夹头组件电磁铁断电，解除金属丝夹紧状态；送丝单元正向运动，将金属丝送入加工头，直至从加工头穿出。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、本专利技术的自动补丝装置，将多个储丝单元置于工作舱中，通过自动上丝，可以连续更换用尽的丝卷，无需破坏保护气氛，提高了补丝效率，缩短了换丝时间；2、本专利技术的自动补丝装置，因其换丝过程均在工作舱内进行，工作舱上无需开孔，因此工作舱中气氛更容易维持纯净状态，提高了加工质量；3、本专利技术适用范围广，可适用于熔化丝材沉积成形的金属直接增材制造技术，包括电子束、激光、电弧、等离子弧熔丝沉积技术等。附图说明图1为本专利技术自动补丝装置的示意图；图2为图1中储丝单元的主视图；图3为图1中储丝单元的俯视图；图4为图1中储丝单元的后视图；图5为夹头组件的结构示意图；图6为送丝单元与换丝单元的原理示意主视图；图7为送丝单元与换丝单元的原理示意俯视图；图8为离合器与回绕单元的第一原理示意图；图9为离合器与回绕单元的第二原理示意图。以上各图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属增材制造的自动补丝装置，包括可用于进行金属增材制造的工作舱(1)，其特征在于，工作舱(1)内的底部安置有料架(2)，料架(2)上设置有多个存储有丝盘(15)的储丝单元(4)，料架(2)的侧部设置有可更换储丝单元(4)的换丝单元(7)，换丝单元(7)与料架(2)之间设置有可运送储丝单元(4)的搬运单元(3)，工作舱(1)内部还设置有可为加工头(5)提供金属丝的送丝单元(6)；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属增材制造的自动补丝装置，包括可用于进行金属增材制造的工作舱(1)，其特征在于，工作舱(1)内的底部安置有料架(2)，料架(2)上设置有多个存储有丝盘(15)的储丝单元(4)，料架(2)的侧部设置有可更换储丝单元(4)的换丝单元(7)，换丝单元(7)与料架(2)之间设置有可运送储丝单元(4)的搬运单元(3)，工作舱(1)内部还设置有可为加工头(5)提供金属丝的送丝单元(6)；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。2.根据权利要求1所述用于金属增材制造的自动补丝装置，其特征在于，储丝单元(4)包括内设丝盘(15)的机箱罩(8)，丝盘(15)的一侧设置有可夹持丝盘自由端金属丝的第一进丝导嘴(24)，第一进丝导嘴(24)固定设置于机箱罩(8)内壁；第一进丝导嘴(24)的金属丝伸出侧设置有可夹持金属丝的夹头组件(10)，机箱罩(8)外侧对应于夹头组件位置处设置有可导出夹头组件中伸出金属丝的第一出丝导嘴(11)，第一出丝导嘴(11)外连送丝单元的进丝端。3.根据权利要求2所述用于金属增材制造的自动补丝装置，其特征在于，夹头组件(10)包括电磁铁和与电磁铁间隔设置的弹性部，电磁铁具有电磁铁固定端(26)和电磁铁活动端(25)，电磁铁固定端(26)固定于机箱罩内侧壁上，电磁铁活动端(25)在不通电状态下伸出电磁铁固定端(26)与弹性部接触以夹持金属丝；弹性部包括固定于机箱罩内侧壁上的固定端(29)，固定端(29)上安装有第一弹簧(22)，第一弹簧(22)的自由端安装有活动端(28)，活动端(28)的一侧设置有可调节第一弹簧伸缩长度的手柄(23)；电磁铁通电状态下，电磁铁活动端(25)与弹性部的活动端(28)之间形成可通过金属丝的丝材间隙。4.根据权利要求3所述用于金属增材制造的自动补丝装置，其特征在于，电磁铁活动端(25)的底部间隔突出有多个凸起，弹性部的活动端(28)顶部对应于凸起设置有多个辊轮(27)，凸起与辊轮接触时夹持金属丝。5.根据权利要求2-4中任一项所述用于金属增材制造的自动补丝装置，其特征在于，机箱罩(8)的一侧侧壁为刚性板状的机架(17)，机箱罩(8)内的丝盘(15)安装于芯轴(19)上，芯轴(19)的一端安装有可固定丝盘的螺母(14)，芯轴(19)的另一端伸出机架(17)外部，该侧的芯轴端部安装有第一齿轮(20)，机架(17)的外侧面上设置有可与第一齿轮(20)啮合与分离的离合器(21)。6.根据权利要求5所述用于金属增材制造的自动补丝装置，其特征在于，离合器(21)包括固定设置于机架外侧面上的第一导向块(44)和第二导向块(47)，第一导向块(44)和第二导向块(47)上下间隔设置，第一导向块与第二导向块的一侧设置有固定于机架外侧面上的弹簧保持座(45)，弹簧保持座(45)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：锁红波，邢明，朱木兵，
申请(专利权)人：青岛卓思三维智造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37