功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于金属结构件增材制造技术领域，具体涉及功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法和装置。本发明专利技术通过步进电机提供驱动力，进而带动导丝管绕焊枪旋转，最终使焊枪与导丝管在前进和后退过程中始终维持前送丝的状态，避免了电弧堆焊过程的“扎丝”现象、成型效率不足等缺陷，提高了复杂路径构件电弧增材制造的工艺性；同时，每一侧的导丝管组的两根导丝管可装载不同材质的丝材，可以满足零件的不同功能梯度要求。件的不同功能梯度要求。件的不同功能梯度要求。

【技术实现步骤摘要】
功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法和装置


[0001]本专利技术属于金属结构件增材制造
，具体涉及功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法和装置。

技术介绍

[0002]电弧增材制造是一种以高温电弧为热源,熔化作为原材料的金属丝材,再进行一层一层堆叠,最后形成所需的零件的技术。相比于粉末金属增材制造技术，电弧增材制造的材料利用率更高，成型效率更高，设备成本低，更适用于大尺寸成型件的生产，在航空、航天、汽车、船舶等领域具有广阔的应用前景。
[0003]功能梯度材料，是指材料的组分和结构从材料的某一方位(一维、二维、三维)向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料。随着科学技术的进步，功能梯度材料在航空航天，机械工程，生物工程，光、电、磁工程，能源及电气工程等诸多领域都得到了广泛的应用。
[0004]当今常见的电弧堆焊送丝方法有同轴送丝和旁轴送丝两种。两种方法各有利弊，同轴送丝可以稳定将丝材送入温度更高的电弧中，但热输入和送丝速度不能单独调控，而且由于丝材的导电性，导致电弧紊乱和熔覆率低等缺陷。旁轴送丝可以克服同轴送丝的上述多种缺陷，但是当送丝方位不正确时(侧送丝和后送丝)容易将丝材易送入温度相对较低熔池中，降低熔丝效率和成型件的质量，产生“扎丝”现象，甚至损坏设备。所以采用旁轴送丝方案时应当尽可能的采用合适的送丝方位(前送丝)进行增材。针对这一亟待解决的难题，现提出一种金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制装置；同时，为了提高成型效率，在焊枪前进和返回过程中都稳定维持前送丝状态并且提出一种生产功能梯度材料零件的可行性方法。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于解决采用旁轴送丝方式时难以在焊枪前进和返回过程中都稳定维持前送丝状态这一技术难题和提出一种生产功能梯度材料零件的可行性方法，提供一种功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法和装置。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]1.功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制装置，包括：转动装置，弧形夹板装置，角度调整装置和双向对称送丝装置。
[0008]所述转动装置包括步进电机、焊枪、主动齿轮、T型从动齿轮，紧固螺钉、角接触球轴承、套环和紧固螺钉。所述步进电机的输出端主轴的下端面固定连接主动齿轮，步进电机为转动装置提供驱动力；所述主动齿轮与T形从动齿轮相啮合；所述T形从动齿轮的内壁通过紧固螺钉固定在角接触球轴承上，与角接触球轴承同步转动，从而带动弧形夹板装置，角度调整装置和双向对称送丝装置绕焊枪旋转；所述角接触球轴承的内孔与焊枪为过盈固定配合，所述套环通过紧固螺钉固定到焊枪上，套环的上端面对角接触球轴承和T型从动齿轮
起轴向支撑的作用，所述套环的上端面与角接触球轴承的下端面接触处涂抹石墨润滑。
[0009]所述弧形夹板装置包括第一弧形夹板、第二弧形夹板、一对连接螺栓、一对紧固螺母，第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件；所述弧形夹板装置安装在角接触球轴承外圆部分，所述第一弧形夹板和第二弧形夹板的下平面与角接触球轴承的下端面重合；所述第一弧形夹板和第二弧形夹板通过一对连接螺栓和一对紧固螺母固定到角接触球轴承的外圆面，限制弧形夹板相对于角接触球轴承的径向移动；所述第一弧形夹板和第二弧形夹板侧面均设有螺纹孔，第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件通过对应的螺纹孔连接到角接触球轴承的外圆面，限制了弧形夹板相对于角接触球轴承的轴向移动和周向转动。
[0010]所述双向对称送丝装置包括第一导丝管固定件、第二导丝管固定件、第一连接螺栓、第二连接螺栓、左侧导丝管组、右侧导丝管组、第一紧固螺栓组、第二紧固螺栓组。所述第一导丝管固定件和第二导丝管固定件通过第一连接螺栓和第二连接螺栓分别连接到第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件上；所述左侧导丝管组和右侧导丝管组上均开有导向槽，分别通过第一紧固螺栓组和第二紧固螺栓组连接到第一导丝管固定件和第二导丝管固定件上，且对称相向布置。所述双向对称送丝装置能够确保焊枪与导丝管在前进和后退过程中可始终稳定维持前送丝的状态，例如当焊枪从左向右移动时，由右导丝管组供丝；而当焊枪从右向左移动时，由左导丝管组供丝。此外每一侧的导丝管组的两根导丝管可装载不同材质的丝材，以满足零件的不同功能梯度要求。
[0011]所述角度调整装置包括第一弧形夹板紧固件、第二弧形夹板紧固件、第一导丝管固定件和第二导丝管固定件组成。所述第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件通过第一弧形夹板和第二弧形夹板侧面中部的螺纹孔与弧形夹板装置配合连接。所述角度调整装置主要用于调节焊枪与导丝管组之间的夹角，以确保焊丝在电弧作用范围内熔化。
[0012]2.一种功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法，其工作步骤包括：
[0013]1)将旁轴前送丝控制装置置于安装位移传感器的工作台上；
[0014]2)执行系统根据规划的路径数据控制焊枪的三坐标移动和转动装置的角度调控，所述转动装置的角度调控方法通过步进电机带动T形从动齿轮转动,T型从动齿轮内圈与角接触球轴承外圈焊接紧固，从而带动外围紧固的弧形夹板的转动，最后将转动传导到导丝管上；
[0015]3)工作台位移传感器实时监测焊枪和导丝管相对位置，并反馈到执行系统，进行误差补偿和微调，以确保维持前送丝状态；
[0016]4)成型完成后先停止送丝，再切断电源。
[0017]3.作为优选地，左侧导丝管组和右侧导丝管组相对于第一导丝管固定件和第二导丝管固定件的角度在80
°‑
90
°
范围内可调。
[0018]4.作为优选地，第一弧形夹板紧固件主轴方向与第一导丝管固定件长边方向夹角可调范围为120
°‑
150
°
；以满足不同零件成型的需求；同样的，所述第二弧形夹板紧固件主轴方向与第二导丝管固定件长边方向夹角可调范围也为120
°‑
150
°
。
[0019]5.作为优选地，步进电机和主动齿轮之间的固定连接为过盈配合；主动齿轮与T形从动齿轮之间的的传动比为1：36。
[0020]6.作为优选地，焊枪和角接触球轴承内壁之间为过盈配合。
[0021]本专利技术的有益效果为：本专利技术设计的一种功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制方法装置，通过步进电机提供驱动力，进而带动导丝管绕焊枪旋转，最终使焊枪与导丝管在前进和后退过程中始终维持前送丝的状态，避免了电弧堆焊过程的“扎丝”现象、成型效率不足等缺陷，提高了复杂路径构件电弧增材制造的工艺性；同时，每一侧的导丝管组的两根导丝管可装载不同材质的丝材，可以满足零件的不同功能梯度要求。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0023]图1为本专利技术的整体结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功能梯度金属电弧增材制造的旁轴前送丝控制装置，其特征在于，所述旁轴前送丝控制装置包括转动装置，弧形夹板装置，角度调整装置和双向对称送丝装置；所述转动装置包括步进电机、焊枪、主动齿轮、T型从动齿轮，紧固螺钉、角接触球轴承、套环和紧固螺钉；所述步进电机的输出端主轴的下端面固定连接主动齿轮，步进电机为转动装置提供驱动力；所述主动齿轮与T形从动齿轮相啮合；所述T形从动齿轮的内壁通过紧固螺钉固定在角接触球轴承上，与角接触球轴承同步转动，从而带动弧形夹板装置，角度调整装置和双向对称送丝装置绕焊枪旋转；所述套环通过紧固螺钉固定到焊枪上，套环的上端面对角接触球轴承和T型从动齿轮起轴向支撑的作用；所述弧形夹板装置包括第一弧形夹板、第二弧形夹板、一对连接螺栓、一对紧固螺母，第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件；所述弧形夹板装置安装在角接触球轴承外圆部分，所述第一弧形夹板和第二弧形夹板的下平面与角接触球轴承的下端面重合；所述第一弧形夹板和第二弧形夹板通过一对连接螺栓和一对紧固螺母固定到角接触球轴承的外圆面，限制弧形夹板相对于角接触球轴承的径向移动；所述第一弧形夹板和第二弧形夹板侧面均设有螺纹孔，第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件通过对应的螺纹孔连接到角接触球轴承的外圆面，限制了弧形夹板相对于角接触球轴承的轴向移动和周向转动；所述双向对称送丝装置包括第一导丝管固定件、第二导丝管固定件、第一连接螺栓、第二连接螺栓、左侧导丝管组、右侧导丝管组、第一紧固螺栓组、第二紧固螺栓组；所述第一导丝管固定件和第二导丝管固定件通过第一连接螺栓和第二连接螺栓分别连接到第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件上；所述左侧导丝管组和右侧导丝管组上均开有导向槽，分别通过第一紧固螺栓组和第二紧固螺栓组连接到第一导丝管固定件和第二导丝管固定件上，且对称相向布置；所述双向对称送丝装置能够确保焊枪与导丝管在前进和后退过程中可始终稳定维持前送丝的状态；所述角度调整装置包括第一弧形夹板紧固件、第二弧形夹板紧固件、第一导丝管固定件和第二导丝管固定件组成；所述第一弧形夹板紧固件和第二弧形夹板紧固件通过第一弧形夹板和第二弧形夹板侧面中部的螺纹孔与弧形夹板装置配合连接；所述角度调整装置主要用于调...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁金忠，吕继铭，卢海飞，罗开玉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：