一种搅拌摩擦焊增材设备制造技术

本发明专利技术涉及一种搅拌摩擦焊增材设备，包括底座、横梁组件、溜板组件和机头组件；横梁组件沿X轴方向可滑移地连接在底座上；溜板组件沿Y轴方向可滑移地连接在横梁组件上；机头组件包括机头架和增材主体，机头架沿Z轴方向可滑移地连接在溜板组件上，增材主体包括叉环件和摆转筒体，叉环件围绕C轴轴线可旋转地连接在所述机头架上，C轴轴线和Z轴方向相平行；摆转筒体内部连接有主轴组件，主轴组件的上部连接有送料组件，摆转筒体围绕B轴轴线可旋转地连接在叉环件上，B轴轴线和Y轴方向相平行。本发明专利技术可以实现搅拌摩擦焊增材设备的五轴联动，提升了结构的灵活性，能够有效实现复杂形状构件的增材制造，提高了增材制造的效率和质量。提高了增材制造的效率和质量。提高了增材制造的效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊增材设备


[0001]本专利技术涉及固相增材
，尤其是指一种搅拌摩擦焊增材设备。

技术介绍

[0002]采用高性能铝合金结构件是减轻飞行器结构重量、提高运载能力和飞行速度的重要途径之一。而采用3D打印技术一次成型整体大尺寸构件，如钛合金框架结构、镍基高温合金以及铜合金的火箭燃烧室、高强铝合金重型运载火箭连接环等，具有材料利用率高、适合个性化零件生产等优势。目前以激光、电子束和电弧能量沉积以及搅拌摩擦焊为主的增材技术均可用于3D打印。
[0003]目前以激光、电子束和电弧能量沉积以及搅拌摩擦焊为主的技术已经成为大型整体高性能关键金属零件的增材制造的重要技术手段。激光、电子束和电弧能量沉积增材技术一般以丝料和粉末为原料，增材过程需要气体保护，故零件成形效率低，成型温度高，易形成缺陷；而搅拌摩擦焊增材技术不需要高能热源、也不需要气体保护，可以使用板材、旋转棒料和粉末规格的材料，利用搅拌针与连接件的搅拌摩擦产生热量软化连接处的材料，再通过轴向的压力使得材料连接在一起，由于成形过程中不存在金属的熔化/凝固过程，材料在成形过程中不会产生与熔化相关的热裂纹、气孔等冶金缺陷，故相较于其他的增材制造方式，搅拌摩擦焊增材技术对于大型铝合金增材制造来说具有更大的优势。
[0004]目前搅拌摩擦焊增材设备以棒料这种原材料为主，其机头安装在床身溜板上，在程序的控制下，根据三维数字模型由线
‑
面
‑
体逐渐成形出金属零件。现有的设备搅拌摩擦焊增材设备中的连续送料机构的结构繁琐，机头部分庞大笨重，此种设备在制造具有复杂异性曲面三维大尺寸构件(如火箭贮箱箱底、弧形壁板等)时需要复杂的支撑结构，只能由1D
→
2D
→
3D的过程堆叠成型，效率低下；且若应用于局部修复工作中，灵活可动特征较差，从而限制了搅拌摩擦焊增材技术在大尺寸构件复合制造及修复领域的应用。
[0005]因此，现有的搅拌摩擦焊增材设备结构复杂、灵活性较差，无法高效地实现复杂形状构件的增材制造。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中搅拌摩擦焊增材设备结构复杂、灵活性较差，无法高效地实现复杂形状构件的增材制造。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种搅拌摩擦焊增材设备，包括，
[0008]底座；
[0009]横梁组件，所述横梁组件沿X轴方向可滑移地连接在所述底座上；
[0010]溜板组件，所述溜板组件沿Y轴方向可滑移地连接在所述横梁组件上；
[0011]机头组件，所述机头组件包括机头架和增材主体，所述机头架沿Z轴方向可滑移地连接在所述溜板组件上，所述增材主体包括叉环件和摆转筒体，所述叉环件围绕C轴轴线可旋转地连接在所述机头架上，所述C轴轴线和Z轴方向相平行；所述摆转筒体内部连接有主
轴组件，所述主轴组件的上部连接有送料组件，所述摆转筒体围绕B轴轴线可旋转地连接在所述叉环件上，所述B轴轴线和Y轴方向相平行；
[0012]其中，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述主轴组件包括中空主轴和主轴套筒，所述主轴套筒位于所述摆转筒体内部，所述中空主轴位于所述主轴套筒内部，所述摆转筒体和所述主轴套筒之间通过第一轴承相连接，所述主轴套筒和所述中空主轴之间通过第二轴承相连接，所述中空主轴内部具有容置棒料的中空腔体，所述中空腔体的内部自上至下依次设置有第一夹紧组件和第二夹紧组件，所述第一夹紧组件和第二夹紧组件均可滑移地连接在所述中空腔体中，所述主轴套筒由第一驱动装置驱动旋转，所述中空主轴由第二驱动装置驱动旋转。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述第一驱动装置包括第一电机，所述第一电机通过第一带传动机构和所述主轴套筒相连接，所述第二驱动装置包括第二电机，所述第二电机通过第二带传动机构和所述中空主轴相连接。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述第一带传动机构包括第一主动轮和第一被动轮，所述第一主动轮和第一被动轮之间连接有第一传动带，第一主动轮和第一电机的输出轴相连接，所述第一被动轮和所述主轴套筒相连接，第二带传动机构包括第二主动轮和第二被动轮，所述第二主动轮和第二被动轮之间连接有第二传动带，所述第二主动轮和第二电机的输出轴相连接，所述第二被动轮和所述中空主轴相连接。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述中空主轴的底端连接有与所述中空腔体相连通的内锥筒，所述主轴套筒的底端连接有外锥筒，所述内锥筒位于所述外锥筒的内部。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述送料组件包括送料架，所述送料架连接在所述摆转筒体的上部，所述送料架上连设置送料筒体和水平推移装置，所述送料筒体上设置有进料槽，所述送料筒体和所述中空主轴的中空腔体相连通，所述送料筒体的内部设置有下推组件，所述下推组件由升降驱动装置驱动进行升降，所述下推组件包括下推座，所述下推座上可转动地连接有旋转芯轴，所述旋转芯轴上设有用于和棒料相卡接的开口槽，所述水平推移装置用于将棒料从所述进料槽推移至所述开口槽内。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述送料架上连接有环形板，所述环形板位于所述送料筒体的外部，所述环形板和送料筒体之间形成用于容置棒料的环形容置槽，所述环形板的外围设置有多个立杆，多个所述立杆呈周向布置，每个所述立杆上均可旋转的设置有第一送料齿轮，所述第一送料齿轮和第二送料齿轮相啮合，所述第一送料齿轮位于所述第二送料齿轮的内部，所述第二送料齿轮上设置有拨片。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述水平推移装置包括送料气缸，所述送料气缸包括缸体和可沿所述缸体伸缩的推移杆，所述推移杆的外端设置有吸盘。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述摆转筒体通过第一蜗轮蜗杆传动机构和所述叉环件相连接，所述叉环件通过第二蜗轮蜗杆传动机构连接在所述机头架上。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，第一蜗轮蜗杆传动机构包括相啮合的第一蜗轮和第一蜗杆，所述第一蜗轮和所述摆转筒体相连接，所述第一蜗杆由第三电机驱动旋转，所述第三电机和所述叉环件相连接，所述第二蜗轮蜗杆传动机构包括相啮合的第二蜗轮和第二蜗杆，所述第二蜗轮和所述叉环件相连接，所述第二蜗杆由第四电机驱动旋转，所述第四电机
和所述机头架相连接。
[0022]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0023]本专利技术所述的搅拌摩擦焊增材设备，使得增材主体可以整体进行X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的直线移动，同时使得主轴组件还可以实现绕B轴轴线和C轴轴线的摆转，从而实现搅拌摩擦焊增材设备的五轴联动，大大提升了结构的灵活性，能够有效实现复杂形状构件的增材制造，提高了增材制造的效率和质量。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]图1是本专利技术的搅拌摩擦焊增材设备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊增材设备，其特征在于：包括，底座；横梁组件，所述横梁组件沿X轴方向可滑移地连接在所述底座上；溜板组件，所述溜板组件沿Y轴方向可滑移地连接在所述横梁组件上；机头组件，所述机头组件包括机头架和增材主体，所述机头架沿Z轴方向可滑移地连接在所述溜板组件上，所述增材主体包括叉环件和摆转筒体，所述叉环件围绕C轴轴线可旋转地连接在所述机头架上，所述C轴轴线和Z轴方向相平行；所述摆转筒体内部连接有主轴组件，所述主轴组件的上部连接有送料组件，所述摆转筒体围绕B轴轴线可旋转地连接在所述叉环件上，所述B轴轴线和Y轴方向相平行；其中，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直。2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊增材设备，其特征在于：所述主轴组件包括中空主轴和主轴套筒，所述主轴套筒位于所述摆转筒体内部，所述中空主轴位于所述主轴套筒内部，所述摆转筒体和所述主轴套筒之间通过第一轴承相连接，所述主轴套筒和所述中空主轴之间通过第二轴承相连接，所述中空主轴内部具有容置棒料的中空腔体，所述中空腔体的内部自上至下依次设置有第一夹紧组件和第二夹紧组件，所述第一夹紧组件和第二夹紧组件均可滑移地连接在所述中空腔体中，所述主轴套筒由第一驱动装置驱动旋转，所述中空主轴由第二驱动装置驱动旋转。3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊增材设备，其特征在于：所述第一驱动装置包括第一电机，所述第一电机通过第一带传动机构和所述主轴套筒相连接，所述第二驱动装置包括第二电机，所述第二电机通过第二带传动机构和所述中空主轴相连接。4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊增材设备，其特征在于：所述第一带传动机构包括第一主动轮和第一被动轮，所述第一主动轮和第一被动轮之间连接有第一传动带，第一主动轮和第一电机的输出轴相连接，所述第一被动轮和所述主轴套筒相连接，第二带传动机构包括第二主动轮和第二被动轮，所述第二主动轮和第二被动轮之间连接有第二传动带，所述第二主动轮和第二电机的输出轴相连接，所述第二被动轮和所述中空主轴相连接。5.根据权利要求2所述的搅拌摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐婉婷，宫秀梅，林永勇，朱志雄，郭达伟，蒲炯，李文晓，谭立武，
申请(专利权)人：澳门发展及质量研究所，
类型：发明
国别省市：