專利名稱：一種用于增材制造的變胞成形裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械結構技術領域，更具體地，涉及一種用于増材制造的變胞成形裝置。
背景技術：
金屬零件増材制造技術是通過數控逐點逐層添加材料快速熔化與凝固實現零件自由成形的制造方式，在傳統的金屬零部件的自由熔積増材成形中，由于材料經歷快速熔化和自由凝固的多次熱循環過程，存在組織性能不穩定、變形和殘余應力大的問題。為了保證零部件的成形質量和精度，將自由熔積制造工藝與擠壓工藝復合，根據零件的內部和表面質量需求對熔積層的上表面或兩側表面進行擠壓變形。熔積擠壓裝置需要根據零件的幾何特征進行姿態變化，同時能提供足夠剛度使熔融材料產生擠壓變形。·現有的熔積擠壓成形裝置采用三個手指，每個手指為包含兩個關節的串聯結構。然而，現有的裝置存在以下問題(1)每個關節需要電機驅動，結構和控制復雜；(2)采用腱傳動或小齒輪傳動的串聯結構，剛度不足。
發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于増材制造的變胞成形裝置，旨在解決現有用于增材制造的成形裝置中存在的結構和控制復雜、剛度不足的問題。為實現上述目的，本發明提供了一種用于増材制造的變胞成形裝置，包括第一連桿機構、第二連桿機構、中間上下移動機構、中間旋轉機構、電機支座、絲桿支撐架、連接板，第一連桿機構設置于絲桿支撐架的左側，第二連桿機構設置于絲桿支撐架的右側，中間上下移動機構設置于絲桿支撐架的中下部，中間旋轉機構設置于絲桿支撐架的中上部，第一連桿機構包括第一驅動電機、第一滾珠絲桿、第一驅動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執行部件、導軌、第一連接塊、第一滑塊，第二連桿機構包括第二驅動電機、第二滾珠絲桿、第二驅動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執行部件、第二連接塊、第二滑塊，中間上下移動機構包括第三驅動電機、第三滾珠絲桿、絲桿支座、中間擠壓執行部件，中間旋轉機構包括中間旋轉軸、軸承支座、第四驅動電機，第二連桿機構和第一連桿機構相對于第三驅動電機和第四驅動電機的軸線所在的平面呈左右對稱設置，絲桿支撐架的頂部與電機支座固定相連，用于固定第一滾珠絲桿、第二滾珠絲桿、第三驅動電機、導軌、絲桿支座，電機支座固定于絲桿支撐架的上方，用于放置第一驅動電機和第二驅動電機，第三驅動電機和第三滾珠絲桿連接，第三滾珠絲桿兩端通過軸承固定在絲桿支座上，絲桿支座與絲桿支撐架固定連接，中間擠壓執行部件與第三滾珠絲桿固定連接，并隨著第三滾珠絲桿的轉動沿其上下移動，第四驅動電機和中間旋轉軸連接，中間旋轉軸的中部固定在軸承座上，中間旋轉軸的下端與絲桿支撐架固定連接，軸承座固定連接在連接板上，第一驅動電機和第一滾珠絲桿連接，用于驅動第一滾珠絲桿轉動，第一驅動連桿的上端和第一滾珠絲桿固定連接，其下端與第一傳遞連桿軸接，第一擠壓執行部件的中部與第一傳遞連桿的下端軸接，其上端與第一連接塊軸接，第一連接塊與第一滑塊固定連接，第一滑塊沿導軌滑動，導軌固定在絲桿支撐架下部。絲桿支撐架為倒π形結構。第一連桿機構還包括第一移動鎖定銷和第一旋轉鎖定銷，第一移動鎖定銷通過鋼絲繩與第一擠壓執行部件中部連接，第一旋轉鎖定銷通過鋼絲繩與絲桿支撐架下部連接。第二連桿機構還包括第二移動鎖定銷和第二旋轉鎖定銷，第二移動鎖定銷通過鋼絲繩與第二擠壓執行部件中部連接，第二旋轉鎖定銷通過鋼絲繩與絲桿支撐架下部連接。通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，本發明具有以下的有益效果I、結構簡單、姿態靈活由于本發明采用基于變胞原理的設計方法，第一擠壓執行部件可進行旋轉和平移運動的轉變，姿態變化靈活，同時其運動由一個驅動電機完成，相比 傳統結構減少了驅動電機數，第二擠壓執行部件也是如此，由此簡化了結構和控制；2、剛度較好由于本發明采用連桿結構，相比腱傳動和小齒輪傳動，具有更好的剛度。
圖I是本發明用于増材制造的變胞成形裝置的整體結構圖。圖2是本發明裝置的中間上下移動機構的視圖。圖3是本發明裝置的第一連桿機構收起狀態時的視圖。圖4是本發明裝置的第一連桿機構旋轉放下狀態時的視圖。圖5是本發明裝置的第一連桿機構水平運動時的視圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖1、2所示，本發明用于増材制造的變胞成形裝置包括第一連桿機構、第二連桿機構、中間上下移動機構、中間旋轉機構、電機支座2、絲桿支撐架7、連接板22。第一連桿機構設置于絲桿支撐架7的左側，第二連桿機構設置于絲桿支撐架7的右側，中間上下移動機構設置于絲桿支撐架7的中下部，中間旋轉機構設置于絲桿支撐架7的中上部。第一連桿機構包括第一驅動電機I、第一滾珠絲桿6、第一驅動連桿3、第一傳遞連桿8、第一擠壓執行部件11、導軌9、第一連接塊12、第一滑塊14、第一移動鎖定銷10、第一旋轉鎖定銷13。第二連桿機構包括第二驅動電機26、第二滾珠絲桿24、第二驅動連桿25、第二傳遞連桿23、第二擠壓執行部件20、第二連接塊17、第二滑塊18、第二移動鎖定銷21、第二旋轉鎖定銷19。中間上下移動機構包括第三驅動電機28、第三滾珠絲桿29、絲桿支座16、中間擠壓執行部件15。中間旋轉機構包括中間旋轉軸4、軸承支座5、第四驅動電機27。
絲桿支撐架7為倒JI形結構，其頂部與電機支座2固定相連。用于固定第一滾珠絲桿6、第二滾珠絲桿24、第三驅動電機28、導軌9、絲桿支座16。電機支座2固定于絲桿支撐架7的上方，用于放置第一驅動電機I和第二驅動電機26。第三驅動電機28通過聯軸器(未示出)和第三滾珠絲桿29連接，第三滾珠絲桿29兩端通過軸承固定在絲桿支座16上，絲桿支座16與絲桿支撐架7固定連接，中間擠壓執行部件15與第三滾珠絲桿29固定連接，隨著第三滾珠絲桿29的轉動沿其上下移動。第四驅動電機27通過聯軸器(未示出) 和中間旋轉軸4連接，中間旋轉軸4的中部通過雙列角接觸軸承(未示出)固定在軸承座5上，中間旋轉軸4的下端與絲桿支撐架7固定連接，軸承座5固定連接在連接板22上。第一驅動電機I和第一滾珠絲桿6通過聯軸器(未示出)連接，用于驅動第一滾珠絲桿6轉動。第一驅動連桿3的上端和第一滾珠絲桿6固定連接，其下端與第一傳遞連桿8軸接。第一擠壓執行部件11的中部與第一傳遞連桿8的下端軸接，其上端與第一連接塊12軸接。第一連接塊12與第一滑塊14固定連接，第一滑塊14沿導軌9滑動，導軌9固定在絲桿支撐架7下部。第一移動鎖定銷10和第一旋轉鎖定銷13固定在第一連接塊12上。第一移動鎖定銷10通過鋼絲繩(未示出)與第一擠壓執行部件11中部連接，第一旋轉鎖定銷13通過鋼絲繩(未示出)與絲桿支撐架7下部連接。第二連桿機構和第一連桿機構相對于第三驅動電機28和第四驅動電機27的軸線所在的平面呈左右對稱設置。第二連桿機構所包括的元件的排列方式與第一連桿機構相同，在此不再贅述。第一連桿機構和第二連桿機構用于對熔積層的外側面實施擠壓變形加工，下面介紹第一連桿機構的工作過程如圖3所示，初始位置時，第一擠壓執行部件11的滾輪軸線處于水平位置，第一滑塊14被第一移動鎖定銷10鎖定在導軌9上。如圖4所示，當第一擠壓執行部件11旋轉放下時，第一驅動電機I正向旋轉驅動第一滾珠絲桿6轉動，推動第一驅動連桿3沿第一滾珠絲桿6向下運動，第一驅動連桿3通過第一傳遞連桿8推動第一擠壓執行部件11圍繞其與第一連接塊12的連接軸轉動，當第一擠壓執行部件11的滾輪軸線由水平位置運動到豎直位置時，第一擠壓執行部件11通過鋼絲繩帶動第一移動鎖定銷10的銷釘退回，第一滑塊14和導軌9的移動運動解鎖。第一旋轉鎖定銷13的壓縮彈簧(未示出)推動銷釘將第一擠壓執行部件11鎖定在第一連接塊12上，兩者相對旋轉運動被鎖定，完成第一擠壓執行部件11由旋轉運動結構向平移運動結構的轉變，第一連桿機構的拓撲結構發生變化。如圖5所示，當第一擠壓執行部件11水平運動時，第一驅動電機I正向旋轉驅動第一滾珠絲桿6繼續轉動，推動第一驅動連桿3沿第一滾珠絲桿6向下運動，第一驅動連桿3通過第一傳遞連桿8推動第一擠壓執行部件11沿導軌9水平運動設定距離，實現第一擠壓執行部件11末端的滾輪對熔積層外側面的擠壓，第一連桿機構由2個自由度轉變為I個自由度，同時其水平運動可實現第一擠壓執行部件11和第二擠壓執行部件20末端的滾輪之間距離的調整，滿足對不同熔積寬度熔積層的側面的擠壓需求。當第一驅動電機I反向旋轉，第一擠壓執行部件11經歷沿導軌9水平移動和繞其與第一連接塊12的連接軸轉動回到初始位置，從而遠離待擠壓的熔積層。第二連桿機構與第一連桿機構的工作過程完全相同，在此不再贅述。中間上下移動機構用于對熔積熔積層的上表面進行擠壓加工，其工作過程如下當第三驅動電機28正向旋轉驅動第三滾珠絲桿29轉動，推動中間擠壓執行部件15向下運動，對熔積層的上表面進行擠壓變形。當第三驅動電機28反向旋轉驅動第三滾珠絲桿29轉動，推動中間擠壓執行部件15向上運動，遠離待擠壓熔積層。中間旋轉機構用于調整第一擠壓執行部件11和第二擠壓執行部件20的末端滾輪連線方向與熔積層軌跡的法線方向一致，其工作過程如下當第四驅動電機27旋轉驅動中間旋轉軸4轉動，中間旋轉軸4下端與絲桿支撐架7固定連接，從而帶動第一連桿機構、第二連桿機構和中間上下移動機構繞中間旋轉軸4轉 動。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于増材制造的變胞成形裝置，包括第一連桿機構、第二連桿機構、中間上下移動機構、中間旋轉機構、電機支座、絲桿支撐架、連接板，所述第一連桿機構設置于所述絲桿支撐架的左側，所述第二連桿機構設置于所述絲桿支撐架的右側，所述中間上下移動機構設置于所述絲桿支撐架的中下部，所述中間旋轉機構設置于所述絲桿支撐架的中上部，其特征在于， 所述第一連桿機構包括第一驅動電機、第一滾珠絲桿、第一驅動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執行部件、導軌、第一連接塊、第一滑塊； 所述第二連桿機構包括第二驅動電機、第二滾珠絲桿、第二驅動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執行部件、第二連接塊、第二滑塊； 所述中間上下移動機構包括第三驅動電機、第三滾珠絲桿、絲桿支座、中間擠壓執行部件; 所述中間旋轉機構包括中間旋轉軸、軸承支座、第四驅動電機； 所述第二連桿機構和所述第一連桿機構相對于所述第三驅動電機和所述第四驅動電機的軸線所在的平面呈左右對稱設置； 所述絲桿支撐架的頂部與所述電機支座固定相連，用于固定所述第一滾珠絲桿、所述第二滾珠絲桿、所述第三驅動電機、所述導軌、所述絲桿支座； 所述電機支座固定于所述絲桿支撐架的上方，用于放置所述第一驅動電機和所述第二驅動電機； 所述第三驅動電機和所述第三滾珠絲桿連接； 所述第三滾珠絲桿兩端通過軸承固定在所述絲桿支座上； 所述絲桿支座與所述絲桿支撐架固定連接； 所述中間擠壓執行部件與所述第三滾珠絲桿固定連接，并隨著所述第三滾珠絲桿的轉動沿其上下移動； 所述第四驅動電機和所述中間旋轉軸連接； 所述中間旋轉軸的中部固定在所述軸承座上，所述中間旋轉軸的下端與所述絲桿支撐架固定連接； 所述軸承座固定連接在所述連接板上； 所述第一驅動電機和所述第一滾珠絲桿連接，用于驅動所述第一滾珠絲桿轉動；所述第一驅動連桿的上端和所述第一滾珠絲桿固定連接，其下端與所述第一傳遞連桿軸接； 所述第一擠壓執行部件的中部與所述第一傳遞連桿的下端軸接，其上端與所述第一連接塊軸接； 所述第一連接塊與所述第一滑塊固定連接； 所述第一滑塊沿所述導軌滑動； 所述導軌固定在所述絲桿支撐架下部。
2.根據權利要求I所述的變胞成形裝置，其特征在于，所述絲桿支撐架為倒η形結構。
3.根據權利要求I所述的變胞成形裝置，其特征在于，所述第一連桿機構還包括第一移動鎖定銷和第一旋轉鎖定銷，所述第一移動鎖定銷通過鋼絲繩與所述第一擠壓執行部件中部連接，所述第一旋轉鎖定銷通過鋼絲繩與所述絲桿支撐架下部連接。
4.根據權利要求I所述的變胞成形裝置，其特征在于，所述第二連桿機構還包括第二移動鎖定銷和第二旋轉鎖定銷，所述第二移動鎖定銷通過鋼絲繩與所述第二擠壓執行部件中部連接，所述第二旋轉鎖定銷通過鋼絲繩與所述絲桿支撐架下部連接。
全文摘要
本發明公開了一種用于増材制造的變胞成形裝置，包括第一連桿機構、第二連桿機構、中間上下移動機構、中間旋轉機構、電機支座、絲桿支撐架、連接板，第一連桿機構設置于絲桿支撐架的左側，第二連桿機構設置于絲桿支撐架的右側，中間上下移動機構設置于絲桿支撐架的中下部，中間旋轉機構設置于絲桿支撐架的中上部，第一連桿機構包括第一驅動電機、第一滾珠絲桿、第一驅動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執行部件、導軌、第一連接塊、第一滑塊，第二連桿機構包括第二驅動電機、第二滾珠絲桿、第二驅動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執行部件、第二連接塊、第二滑塊。本發明能夠解決現有用于熔積-擠壓復合増材制造裝置中存在的結構和控制復雜、剛度不足的問題。
文檔編號B21C23/21GK102896173SQ20121034404
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者張海鷗, 芮道滿, 王桂蘭, 謝仰, 王湘平 申請人:華中科技大學