本發(fā)明涉及一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，屬于增材制造技術領域。

背景技術：

運載火箭，用于把人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站或空間探測器等有效載荷送入預定軌道。隨著衛(wèi)星，飛船等的蓬勃發(fā)展，對運載火箭的載重量提出更高要求。大型運載火箭成為世界制造業(yè)的研究方向，如中國的長征5號運載火箭，外直徑達到5米。超5米近10米外徑的大型運載火箭是發(fā)展趨勢和戰(zhàn)略需求?；鸺诤窈椭睆匠叽绫容^很小，屬于薄壁件，火箭外壁圓柱多為軋制而成，然而傳統(tǒng)的軋制技術，很難保證大型薄壁環(huán)件的圓度，軋制完成后存在開裂、變形等各種問題，在質量上無法得到大的保證，次品率高，并且成本巨大，耗時長，已不適于動態(tài)的快速響應需求。

增材制造作為新型的制造方式，大大減少工序，縮短周期，加工精度高。針對以上現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，用以實現(xiàn)大型薄壁環(huán)件的精確制造。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利主要針對現(xiàn)有大型薄壁環(huán)件制造技術的不足，利用主座電機啟動通過減速器以一定角速度帶動連接桿臂繞旋轉中心轉動，連接桿臂末端加裝的增材設備也圍繞旋轉中心轉動，待到角速度穩(wěn)定時，增材設備各部件開始工作，伺服電機啟動，在滾珠絲桿套裝的帶動下，一體化專用槍頭移動到距沉積平臺表面一定高度上，在送絲機控制器下，送絲機開始按所需速度送絲，一體化專用槍頭開始工作，一層層的沉積金屬材料，直到完成工件。本發(fā)明具有裝置簡單靈活、操作性強、精度高、能夠快速響應環(huán)件需求等特點，能夠滿足未來大型薄壁環(huán)件制導的要求。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，屬于增材制造技術領域。其部件包括：滾輪支撐件、連接桿臂、減速器、主座電機、z軸滾珠絲桿套裝、一體化專用槍頭、x軸絲桿套裝、伺服電機、絲料存儲桶、送絲機和夾具平臺；它們之間的位置連接關系是：先將主座電機輸出軸與減速器的輸入軸用連軸器連接，然后用地腳螺釘將主座電機與減速器固定于地面，從而確定整個裝置的具體位置，另減速器的輸出軸方向為z軸豎直方向。將連接桿臂一端與減速器輸出軸連接，中間與另一端頭加裝滾輪支撐件，連接方式為螺栓連接。用螺栓連接方式連接夾具平臺下部與連接桿臂上的螺栓孔，然后在夾具平臺上按照需要布置絲料儲存桶、送絲機、x軸絲桿套裝。將z軸滾珠絲杠套裝加裝在x軸絲桿上，兩個絲杠套裝的協(xié)調運動實現(xiàn)兩個自由度上的運動。將一體化專用增材噴頭加裝在z軸絲桿套裝的移動塊上。兩個驅動電機均位于絲桿之后，實現(xiàn)驅動。該設計需要從廠房上部引入氬氣氣流氣管到一體化專用增材噴頭。

所述矩形截面連接桿臂，尺寸為4950mm×200mm×100mm，其結構輪廓可參考圖3，一端為圓柱面，半徑為100mm，有直徑120mm的圓柱連接孔，在中部與另一段均有直徑為32mm的螺栓孔。

所述滾輪支撐件，總體尺寸為422mm×210mm×80mm，其結構輪廓可參考圖4，上端為凹形，兩邊板上直徑為32mm的螺栓孔，下端有直徑180mm，寬為80mm的支撐輪。

所述夾具平臺，總體尺寸為1200mm×400mm×180mm，其結構輪廓可參考圖5，下端有兩塊高100mm的固定板，固定板上有兩列直徑為32mm的螺栓孔，以確定連接桿臂與夾具平臺的相對位置。夾具平臺前部開有140mm×180mm的口，以騰出z軸絲桿套裝的容置空間。

所述一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：通過中心電機和減速器帶動桿臂旋轉，桿臂末端增材結構進行增材制造，兩個滾輪支撐保證其轉動平穩(wěn)性。

所述一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：x軸徑向絲桿套裝固定在夾具平臺上，z軸豎直方向滾珠絲杠套裝固定在x軸絲桿上，實現(xiàn)兩個自由度方向運動。

所述一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其特征在于：增材系統(tǒng)的絲材儲存桶和送絲機固定在夾具平臺上，一體化專用槍頭固定在z軸豎直運動的滾珠絲杠套裝螺母上。

其中，主電機和地面固接件的數(shù)量是8個，減速器和地面固接件數(shù)量是16個，裝滾輪支撐件和連接桿臂固接件的數(shù)量是4個，夾具平臺和連接桿臂固接件的數(shù)量是4個，標準件用提供的螺紋孔緊固。

其中，矩形截面連接桿臂為非標零件，其材料為45鋼，按需要尺寸定做；

其中，滾輪支撐件為非標零件，其材料為45鋼，按需要尺寸定做；

其中，選用fronius的增材系統(tǒng)，絲機型號選用vr1503，送絲機控制器的型號為kd7000，末端一體化碰頭由兩個部分組成，槍頭型號為robactattw4500，選用robactaplasmakddrive推絲機，對于保護氣的氣體流量控制，工作時選擇15l/min的氣體流量，電源的型號可選北航702所自助研發(fā)的超高頻脈沖弧焊電源；

其中，x軸與z軸均選用市面上的滾珠絲杠套裝，x軸行程為10cm，z軸行程為40cm，型號sfu8020-4；

其中，驅動x軸與y軸絲杠的電機為松下伺服電機400w套裝a5系列，額定轉速為3000r/min，最高轉速5000r/min；

其中，主電機選用y225m三相異步電動機，額定功率為45kw，滿載轉速為1480r/min。選用凸緣剛性連軸器實現(xiàn)電機到減速器的扭矩專矩。減速器的減速比根據(jù)所需加工速度進行設計。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明采用長臂旋轉的方式進行制造，具有結構簡單、機動靈活等特點；

2.本發(fā)明在增材部分采用滾珠絲桿機構，具有尺寸精度高的優(yōu)點；

3.本發(fā)明采用中段和末端兩個滾輪支撐長臂結構，減少了長臂變形帶來的誤差，增加機構的平穩(wěn)性；

4.本發(fā)明采用長臂式結構設計，可通過改變長臂尺寸，滿足不同環(huán)件直徑要求，具有裝置簡單靈活，互換性強。

附圖說明

圖1是長臂式大型薄壁環(huán)件增材制造裝置整體示意圖；

圖2是本設計裝置增材部分示意圖；

圖3是本設計裝置連接桿臂示意圖；

圖4是本設計裝置滾輪支撐件示意圖；

圖5是本設計裝置夾具平臺示意圖；

圖6是本設計裝置槍頭與z軸滾珠絲桿套裝示意圖；

圖中：

1.滾輪支撐件2.連接桿臂3.減速器4.主座電機5.z軸滾珠絲桿套裝6.一體化專用槍頭7.x軸絲杠套裝8.伺服電機9.絲料存儲桶10.送絲機11.夾具平臺

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。

如圖1和2所示，本發(fā)明為一種長臂式大型薄壁環(huán)件的增材制造裝置，其部件包括：滾輪支撐件1、連接桿臂2、減速器3、主座電機4、z軸滾珠絲桿套裝5、一體化專用槍頭6、x軸絲桿套裝7、伺服電機8、絲料存儲桶9、送絲機10和夾具平臺11；它們之間的位置連接關系是：先將主座電機4輸出軸與減速器3的輸入軸用連軸器連接，然后用地腳螺釘將主座電機4與減速器3固定于地面，從而確定整個裝置的具體位置，另減速器3的輸出軸方向為z軸豎直方向。將連接桿臂2一端與減速器3輸出軸連接，中間與另一端頭加裝滾輪支撐件1，連接方式為螺栓連接。用螺栓連接方式連接夾具平臺11下部與連接桿臂2上的螺栓孔，然后在夾具平臺11上按照需要布置絲料儲存桶9、送絲機10、x軸絲桿套裝7。將z軸滾珠絲杠套裝5加裝在x軸絲桿7上，兩個絲杠套裝的協(xié)調運動實現(xiàn)兩個自由度上的運動。將一體化專用增材噴頭6加裝在z軸絲桿套裝5的移動塊上。兩個驅動電機8均位于絲桿之后，實現(xiàn)驅動。該設計需要從廠房上部引入氬氣氣流氣管到一體化專用增材噴頭。

利用主座電機4啟動通過減速器3以0.01rad/s的角速度帶動連接桿臂2繞旋轉中心轉動，連接桿臂2末端加裝的增材設備也圍繞旋轉中心轉動，待到角速度穩(wěn)定在0.01rad/s時，增材設備各部件開始工作，伺服電機8啟動，在滾珠絲桿套裝5和7的帶動下，一體化專用槍頭6移動到距沉積平臺表面一定高度上，在送絲機10控制器下，送絲機10開始按所需速度送絲，一體化專用槍頭6開始工作，一層層的沉積金屬材料，直到完成環(huán)件的制造。