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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
金屬零件増材制造技術(shù)是通過數(shù)控逐點逐層添加材料快速熔化與凝固實現(xiàn)零件自由成形的制造方式，在傳統(tǒng)的金屬零部件的自由熔積増材成形中，由于材料經(jīng)歷快速熔化和自由凝固的多次熱循環(huán)過程，存在組織性能不穩(wěn)定、變形和殘余應(yīng)力大的問題。為了保證零部件的成形質(zhì)量和精度，將自由熔積制造工藝與擠壓工藝復(fù)合，根據(jù)零件的內(nèi)部和表面質(zhì)量需求對熔積層的上表面或兩側(cè)表面進行擠壓變形。熔積擠壓裝置需要根據(jù)零件的幾何特征進行姿態(tài)變化，同時能提供足夠剛度使熔融材料產(chǎn)生擠壓變形。·現(xiàn)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(guān)節(jié)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)有的裝置存在以下問題(1)每個關(guān)節(jié)需要電機驅(qū)動，結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜；(2)采用腱傳動或小齒輪傳動的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，剛度不足。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)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(xiàn)有用于增材制造的成形裝置中存在的結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜、剛度不足的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(gòu)、第二連桿機構(gòu)、中間上下移動機構(gòu)、中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電機支座、絲桿支撐架、連接板，第一連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的左側(cè)，第二連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的右側(cè)，中間上下移動機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的中下部，中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的中上部，第一連桿機構(gòu)包括第一驅(qū)動電機、第一滾珠絲桿、第一驅(qū)動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執(zhí)行部件、導(dǎo)軌、第一連接塊、第一滑塊，第二連桿機構(gòu)包括第二驅(qū)動電機、第二滾珠絲桿、第二驅(qū)動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執(zhí)行部件、第二連接塊、第二滑塊，中間上下移動機構(gòu)包括第三驅(qū)動電機、第三滾珠絲桿、絲桿支座、中間擠壓執(zhí)行部件，中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括中間旋轉(zhuǎn)軸、軸承支座、第四驅(qū)動電機，第二連桿機構(gòu)和第一連桿機構(gòu)相對于第三驅(qū)動電機和第四驅(qū)動電機的軸線所在的平面呈左右對稱設(shè)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(qū)動電機、導(dǎo)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(qū)動電機和第二驅(qū)動電機，第三驅(qū)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(zhí)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(zhuǎn)動沿其上下移動，第四驅(qū)動電機和中間旋轉(zhuǎn)軸連接，中間旋轉(zhuǎn)軸的中部固定在軸承座上，中間旋轉(zhuǎn)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(qū)動電機和第一滾珠絲桿連接，用于驅(qū)動第一滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，第一驅(qū)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(zhí)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(dǎo)軌滑動，導(dǎo)軌固定在絲桿支撐架下部。絲桿支撐架為倒π形結(jié)構(gòu)。第一連桿機構(gòu)還包括第一移動鎖定銷和第一旋轉(zhuǎn)鎖定銷，第一移動鎖定銷通過鋼絲繩與第一擠壓執(zhí)行部件中部連接，第一旋轉(zhuǎn)鎖定銷通過鋼絲繩與絲桿支撐架下部連接。第二連桿機構(gòu)還包括第二移動鎖定銷和第二旋轉(zhuǎn)鎖定銷，第二移動鎖定銷通過鋼絲繩與第二擠壓執(zhí)行部件中部連接，第二旋轉(zhuǎn)鎖定銷通過鋼絲繩與絲桿支撐架下部連接。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果I、結(jié)構(gòu)簡單、姿態(tài)靈活由于本發(fā)明采用基于變胞原理的設(shè)計方法，第一擠壓執(zhí)行部件可進行旋轉(zhuǎn)和平移運動的轉(zhuǎn)變，姿態(tài)變化靈活，同時其運動由一個驅(qū)動電機完成，相比 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了驅(qū)動電機數(shù)，第二擠壓執(zhí)行部件也是如此，由此簡化了結(jié)構(gòu)和控制；2、剛度較好由于本發(fā)明采用連桿結(jié)構(gòu)，相比腱傳動和小齒輪傳動，具有更好的剛度。


圖I是本發(fā)明用于増材制造的變胞成形裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明裝置的中間上下移動機構(gòu)的視圖。圖3是本發(fā)明裝置的第一連桿機構(gòu)收起狀態(tài)時的視圖。圖4是本發(fā)明裝置的第一連桿機構(gòu)旋轉(zhuǎn)放下狀態(tài)時的視圖。圖5是本發(fā)明裝置的第一連桿機構(gòu)水平運動時的視圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1、2所示，本發(fā)明用于増材制造的變胞成形裝置包括第一連桿機構(gòu)、第二連桿機構(gòu)、中間上下移動機構(gòu)、中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電機支座2、絲桿支撐架7、連接板22。第一連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架7的左側(cè)，第二連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架7的右側(cè)，中間上下移動機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架7的中下部，中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架7的中上部。第一連桿機構(gòu)包括第一驅(qū)動電機I、第一滾珠絲桿6、第一驅(qū)動連桿3、第一傳遞連桿8、第一擠壓執(zhí)行部件11、導(dǎo)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(zhuǎn)鎖定銷13。第二連桿機構(gòu)包括第二驅(qū)動電機26、第二滾珠絲桿24、第二驅(qū)動連桿25、第二傳遞連桿23、第二擠壓執(zhí)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(zhuǎn)鎖定銷19。中間上下移動機構(gòu)包括第三驅(qū)動電機28、第三滾珠絲桿29、絲桿支座16、中間擠壓執(zhí)行部件15。中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括中間旋轉(zhuǎn)軸4、軸承支座5、第四驅(qū)動電機27。
絲桿支撐架7為倒JI形結(jié)構(gòu)，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(qū)動電機28、導(dǎo)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(qū)動電機I和第二驅(qū)動電機26。第三驅(qū)動電機28通過聯(lián)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(zhí)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(zhuǎn)動沿其上下移動。第四驅(qū)動電機27通過聯(lián)軸器(未示出) 和中間旋轉(zhuǎn)軸4連接，中間旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動電機I和第一滾珠絲桿6通過聯(lián)軸器(未示出)連接，用于驅(qū)動第一滾珠絲桿6轉(zhuǎn)動。第一驅(qū)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(zhí)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(dǎo)軌9滑動，導(dǎo)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(zhuǎn)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(zhí)行部件11中部連接，第一旋轉(zhuǎn)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(gòu)和第一連桿機構(gòu)相對于第三驅(qū)動電機28和第四驅(qū)動電機27的軸線所在的平面呈左右對稱設(shè)置。第二連桿機構(gòu)所包括的元件的排列方式與第一連桿機構(gòu)相同，在此不再贅述。第一連桿機構(gòu)和第二連桿機構(gòu)用于對熔積層的外側(cè)面實施擠壓變形加工，下面介紹第一連桿機構(gòu)的工作過程如圖3所示，初始位置時，第一擠壓執(zhí)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(dǎo)軌9上。如圖4所示，當?shù)谝粩D壓執(zhí)行部件11旋轉(zhuǎn)放下時，第一驅(qū)動電機I正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第一滾珠絲桿6轉(zhuǎn)動，推動第一驅(qū)動連桿3沿第一滾珠絲桿6向下運動，第一驅(qū)動連桿3通過第一傳遞連桿8推動第一擠壓執(zhí)行部件11圍繞其與第一連接塊12的連接軸轉(zhuǎn)動，當?shù)谝粩D壓執(zhí)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(zhí)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(dǎo)軌9的移動運動解鎖。第一旋轉(zhuǎn)鎖定銷13的壓縮彈簧(未示出)推動銷釘將第一擠壓執(zhí)行部件11鎖定在第一連接塊12上，兩者相對旋轉(zhuǎn)運動被鎖定，完成第一擠壓執(zhí)行部件11由旋轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)向平移運動結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，第一連桿機構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如圖5所示，當?shù)谝粩D壓執(zhí)行部件11水平運動時，第一驅(qū)動電機I正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第一滾珠絲桿6繼續(xù)轉(zhuǎn)動，推動第一驅(qū)動連桿3沿第一滾珠絲桿6向下運動，第一驅(qū)動連桿3通過第一傳遞連桿8推動第一擠壓執(zhí)行部件11沿導(dǎo)軌9水平運動設(shè)定距離，實現(xiàn)第一擠壓執(zhí)行部件11末端的滾輪對熔積層外側(cè)面的擠壓，第一連桿機構(gòu)由2個自由度轉(zhuǎn)變?yōu)镮個自由度，同時其水平運動可實現(xiàn)第一擠壓執(zhí)行部件11和第二擠壓執(zhí)行部件20末端的滾輪之間距離的調(diào)整，滿足對不同熔積寬度熔積層的側(cè)面的擠壓需求。當?shù)谝或?qū)動電機I反向旋轉(zhuǎn)，第一擠壓執(zhí)行部件11經(jīng)歷沿導(dǎo)軌9水平移動和繞其與第一連接塊12的連接軸轉(zhuǎn)動回到初始位置，從而遠離待擠壓的熔積層。第二連桿機構(gòu)與第一連桿機構(gòu)的工作過程完全相同，在此不再贅述。中間上下移動機構(gòu)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?shù)谌?qū)動電機28正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第三滾珠絲桿29轉(zhuǎn)動，推動中間擠壓執(zhí)行部件15向下運動，對熔積層的上表面進行擠壓變形。當?shù)谌?qū)動電機28反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第三滾珠絲桿29轉(zhuǎn)動，推動中間擠壓執(zhí)行部件15向上運動，遠離待擠壓熔積層。中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)用于調(diào)整第一擠壓執(zhí)行部件11和第二擠壓執(zhí)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?shù)谒尿?qū)動電機27旋轉(zhuǎn)驅(qū)動中間旋轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動，中間旋轉(zhuǎn)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(gòu)、第二連桿機構(gòu)和中間上下移動機構(gòu)繞中間旋轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn) 動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)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(gòu)、第二連桿機構(gòu)、中間上下移動機構(gòu)、中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電機支座、絲桿支撐架、連接板，所述第一連桿機構(gòu)設(shè)置于所述絲桿支撐架的左側(cè)，所述第二連桿機構(gòu)設(shè)置于所述絲桿支撐架的右側(cè)，所述中間上下移動機構(gòu)設(shè)置于所述絲桿支撐架的中下部，所述中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)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(gòu)包括第一驅(qū)動電機、第一滾珠絲桿、第一驅(qū)動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執(zhí)行部件、導(dǎo)軌、第一連接塊、第一滑塊； 所述第二連桿機構(gòu)包括第二驅(qū)動電機、第二滾珠絲桿、第二驅(qū)動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執(zhí)行部件、第二連接塊、第二滑塊； 所述中間上下移動機構(gòu)包括第三驅(qū)動電機、第三滾珠絲桿、絲桿支座、中間擠壓執(zhí)行部件; 所述中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括中間旋轉(zhuǎn)軸、軸承支座、第四驅(qū)動電機； 所述第二連桿機構(gòu)和所述第一連桿機構(gòu)相對于所述第三驅(qū)動電機和所述第四驅(qū)動電機的軸線所在的平面呈左右對稱設(shè)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(qū)動電機、所述導(dǎo)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(qū)動電機和所述第二驅(qū)動電機； 所述第三驅(qū)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(zhí)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(zhuǎn)動沿其上下移動； 所述第四驅(qū)動電機和所述中間旋轉(zhuǎn)軸連接； 所述中間旋轉(zhuǎn)軸的中部固定在所述軸承座上，所述中間旋轉(zhuǎn)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(qū)動電機和所述第一滾珠絲桿連接，用于驅(qū)動所述第一滾珠絲桿轉(zhuǎn)動；所述第一驅(qū)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(zhí)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(dǎo)軌滑動； 所述導(dǎo)軌固定在所述絲桿支撐架下部。
2.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)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(gòu)還包括第一移動鎖定銷和第一旋轉(zhuǎn)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(zhí)行部件中部連接，所述第一旋轉(zhuǎn)鎖定銷通過鋼絲繩與所述絲桿支撐架下部連接。
4.根據(jù)權(quán)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(gòu)還包括第二移動鎖定銷和第二旋轉(zhuǎn)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(zhí)行部件中部連接，所述第二旋轉(zhuǎn)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(fā)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(gòu)、第二連桿機構(gòu)、中間上下移動機構(gòu)、中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電機支座、絲桿支撐架、連接板，第一連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的左側(cè)，第二連桿機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的右側(cè)，中間上下移動機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的中下部，中間旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置于絲桿支撐架的中上部，第一連桿機構(gòu)包括第一驅(qū)動電機、第一滾珠絲桿、第一驅(qū)動連桿、第一傳遞連桿、第一擠壓執(zhí)行部件、導(dǎo)軌、第一連接塊、第一滑塊，第二連桿機構(gòu)包括第二驅(qū)動電機、第二滾珠絲桿、第二驅(qū)動連桿、第二傳遞連桿、第二擠壓執(zhí)行部件、第二連接塊、第二滑塊。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有用于熔積-擠壓復(fù)合増材制造裝置中存在的結(jié)構(gòu)和控制復(fù)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(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)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(xué)