本發(fā)明涉及增材制造及減材制造，具體涉及一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、電弧增材成形是一種利用電弧焊接技術(shù)進(jìn)行增材制造的工藝。它主要通過電弧焊接設(shè)備將金屬絲或粉末逐層沉積，以制造復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)具有較高的材料利用率和相對較快的制造速度，但也面臨一些挑戰(zhàn)，如精度控制和組織細(xì)化。

2、但是現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下問題：

3、1、原有的電弧增材沉積層頂部是凸面，這就導(dǎo)致在其上制造新沉積層時(shí)液態(tài)金屬會(huì)往兩側(cè)流動(dòng)，不利于沉積層高度的保持，經(jīng)過層間磨削后沉積層頂部的凸面變成平面，為后續(xù)沉積層的制造預(yù)備了良好的基礎(chǔ)。

4、2、電弧增材制造件由于電弧的熱輸入過高，內(nèi)部組織則較粗大，層間磨削有利于割裂晶粒的聯(lián)生結(jié)晶細(xì)化內(nèi)部組織，提高增材件的力學(xué)性能。

5、鑒于此，本發(fā)明提出了一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置及使用方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置及使用方法，欲克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，詳見下文闡述。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置，包括：x軸同步帶直線模組、z軸同步帶直線模組一、層間磨削工作頭、層間磨削工作頭夾具、聯(lián)軸器、z軸同步帶直線模組二、焊槍、焊槍夾具、光軸、x軸同步帶直線模組安裝架、y軸同步帶直線模組一、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、焊接電源、夾具、增材件、工作臺(tái)、層間磨削工作頭控制器、y軸同步帶直線模組二；所述x軸同步帶直線模組、y軸同步帶直線模組一、y軸同步帶直線模組二、z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二上均設(shè)置有滑動(dòng)塊，所述層間磨削工作頭通過層間磨削工作頭夾具安裝在z軸同步帶直線模組一的滑動(dòng)塊上，所述層間磨削工作頭通過導(dǎo)線與層間磨削工作頭控制器連接，所述z軸同步帶直線模組一通過導(dǎo)線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述焊槍通過焊槍夾具安裝在z軸同步帶直線模組二的滑動(dòng)塊上，所述焊槍通過導(dǎo)線與焊接電源連接，所述z軸同步帶直線模組二通過導(dǎo)線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述z軸同步帶直線模組一安裝在x軸同步帶直線模組的滑動(dòng)塊上，所述z軸同步帶直線模組二安裝在x軸同步帶直線模組的滑動(dòng)塊上，所述x軸同步帶直線模組安裝在x軸同步帶直線模組安裝架上，所述x軸同步帶直線模組安裝架安裝在y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二的滑動(dòng)塊上，所述y軸同步帶直線模組一通過光軸和聯(lián)軸器連接在y軸同步帶直線模組二上，所述y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二安裝在工作臺(tái)上，所述x軸同步帶直線模組通過導(dǎo)線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述y軸同步帶直線模組一通過導(dǎo)線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述增材件通過夾具安裝在工作臺(tái)上，打開多軸運(yùn)動(dòng)控制器，通過多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行編程，控制y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二帶動(dòng)x軸同步帶直線模組讓其再帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二將層間磨削工作頭和焊槍運(yùn)動(dòng)到增材件的基板上方指定起始位置，打開層間磨削工作頭控制器，確定好層間磨削工作頭的主軸轉(zhuǎn)速，增材制造工作完成時(shí)，利用多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二帶動(dòng)x軸同步帶直線模組讓其再帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二將層間磨削工作頭和焊槍運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)離增材件的安全位置，為取下增材件留出夠用的工作空間。

4、作為優(yōu)選，所述層間磨削工作頭還包括軸承一、電主軸殼體、定子、主軸、軸承二、聯(lián)軸器上、聯(lián)軸器下、層間磨削刀具安裝管、彈性夾套、螺母、層間磨削刀具，所述軸承一和軸承二安裝在電主軸殼體的軸承座上，所述主軸通過定子、軸承一和軸承二安裝在電主軸殼體的內(nèi)部，所述定子設(shè)置有冷卻套，所述主軸通過聯(lián)軸器上和聯(lián)軸器下與層間磨削刀具安裝管連接，所述層間磨削刀具安裝在彈性夾套內(nèi)通過螺母安裝在層間磨削刀具安裝管上，x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一帶動(dòng)層間磨削工作頭在已經(jīng)制造的增材沉積層的頂部進(jìn)行層間磨削。

5、作為優(yōu)選，所述焊槍還包括槍頸、焊絲、絕緣套、導(dǎo)電嘴安裝座、分流環(huán)、導(dǎo)電嘴、噴嘴，所述導(dǎo)電嘴安裝在導(dǎo)電嘴安裝座上，所述分流環(huán)套接在導(dǎo)電嘴安裝座上起到保護(hù)氣分流的作用，所述絕緣套安裝在槍頸和噴嘴之間，所述焊絲貫穿槍頸、絕緣套、導(dǎo)電嘴安裝座、導(dǎo)電嘴和噴嘴，焊槍在增材件的基板上方引弧進(jìn)行電弧增材制造工作，層間磨削工作頭控制器點(diǎn)按開始，同時(shí)x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組二帶動(dòng)焊槍沿程序設(shè)定路徑運(yùn)動(dòng)進(jìn)行增材沉積層的鋪設(shè)。

6、作為優(yōu)選，所述焊接電源安裝有對焊絲進(jìn)給的送絲機(jī)，所述焊接電源具有普通電流波形模式、單脈沖電流波形模式和雙脈沖電流波形模式。

7、作為優(yōu)選，所述普通電流波形模式能夠調(diào)節(jié)的參數(shù)為送絲速度、電壓和動(dòng)態(tài)值，所述單脈沖電流波形模式能夠調(diào)節(jié)的參數(shù)為送絲速度、脈沖電流減小或增大曲線的脈沖電流和動(dòng)態(tài)值，所述雙脈沖電流波形模式能夠調(diào)節(jié)的參數(shù)為送絲速度、脈沖電流、動(dòng)態(tài)值、雙脈沖幅值和雙脈沖頻率。

8、作為優(yōu)選，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制器能夠控制1至6個(gè)軸，且各軸均能夠單獨(dú)受到多軸運(yùn)動(dòng)控制器的控制，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制器能夠控制步進(jìn)電機(jī)，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制器還能夠控制伺服電機(jī)。

9、作為優(yōu)選，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制器具有限位保護(hù)，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制器支持硬限位和軟限位。

10、作為優(yōu)選，所述層間磨削工作頭的轉(zhuǎn)速小于等于12000rpm，所述電主軸殼體的直徑為100mm至170mm。

11、作為優(yōu)選，所述x軸同步帶直線模組、y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二的運(yùn)動(dòng)行程為1000mm，所述z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二的運(yùn)動(dòng)行程為600mm。

12、作為優(yōu)選，一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置使用方法，采用上述任一項(xiàng)所述的一種改善電弧增材成形精度及組織細(xì)化的裝置，還包括以下步驟：

13、步驟一：清除增材件基板上的表面氧化膜，將增材件的基板通過夾具固定在工作臺(tái)上；

14、步驟二：打開多軸運(yùn)動(dòng)控制器，通過多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行編程，控制y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二帶動(dòng)x軸同步帶直線模組讓其再帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二將層間磨削工作頭和焊槍運(yùn)動(dòng)到增材件的基板上方指定起始位置；

15、步驟三：打開焊接電源，確定送絲速度、動(dòng)態(tài)值等焊接參數(shù)；

16、步驟四：打開層間磨削工作頭控制器，確定好層間磨削工作頭的主軸轉(zhuǎn)速；

17、步驟五：焊槍在增材件的基板上方引弧進(jìn)行電弧增材制造工作，層間磨削工作頭控制器點(diǎn)按開始，同時(shí)x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組二帶動(dòng)焊槍沿程序設(shè)定路徑運(yùn)動(dòng)進(jìn)行增材沉積層的鋪設(shè)，同時(shí)x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一帶動(dòng)層間磨削工作頭在已經(jīng)制造的增材沉積層的頂部進(jìn)行層間磨削；

18、步驟六：當(dāng)一層增材沉積層制造完成時(shí)，焊槍需先熄弧，層間磨削工作頭控制器先暫停，再進(jìn)行新一增材沉積層的制造，多軸運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)通過程序控制x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二將層間磨削工作頭和焊槍運(yùn)動(dòng)到已經(jīng)制造的增材沉積層上方的指定起始位置；

19、步驟七：焊槍在已經(jīng)制造的增材沉積層上方引弧，層間磨削工作頭控制器點(diǎn)按開始，同時(shí)x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組二帶動(dòng)焊槍沿程序設(shè)定路徑運(yùn)動(dòng)進(jìn)行增材沉積層的鋪設(shè)，同時(shí)x軸同步帶直線模組帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一帶動(dòng)層間磨削工作頭在已經(jīng)制造的增材沉積層的頂部進(jìn)行層間磨削，再進(jìn)行步驟六的操作；

20、步驟八：當(dāng)需要增材沉積多層時(shí)，重復(fù)步驟五、步驟六和步驟七的操作；

21、步驟九：增材制造工作完成時(shí)，利用多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制y軸同步帶直線模組一和y軸同步帶直線模組二帶動(dòng)x軸同步帶直線模組讓其再帶動(dòng)z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二將層間磨削工作頭和焊槍運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)離增材件的安全位置，為取下增材件留出夠用的工作空間，關(guān)閉多軸運(yùn)動(dòng)控制器，關(guān)閉焊接電源，關(guān)閉層間磨削工作頭控制器，工作結(jié)束。

22、有益效果在于：

23、1、利用x軸同步帶直線模組、y軸同步帶直線模組一、y軸同步帶直線模組二、z軸同步帶直線模組一和z軸同步帶直線模組二的配合，能夠在多軸運(yùn)動(dòng)控制器的控制下帶動(dòng)焊槍與層間磨削工作頭制造任意形狀的三維電弧增材件，自動(dòng)化效率更高。

24、2、當(dāng)增材制造沉積層頂部經(jīng)過一定深度的層間磨削之后，沉積層頂部的凸面變成平面，為后續(xù)新沉積層的制造奠定了平面基礎(chǔ)，減小了后續(xù)沉積層液態(tài)金屬時(shí)往兩側(cè)流動(dòng)的傾向，保證了后續(xù)沉積層高度的一致，避免了普通的電弧增材沉積層頂部是凸面，使得后續(xù)沉積層在液態(tài)金屬時(shí)容易往兩側(cè)流淌，致使后續(xù)沉積層高度越來越薄，從而降低沉積效率。

25、3、通過對每一層沉積層頂部進(jìn)行層間磨削，割裂了晶粒的聯(lián)生結(jié)晶，細(xì)化了內(nèi)部組織，從而使力學(xué)性能提高，避免了普通電弧增材時(shí)由于電弧熱輸入較大，致使內(nèi)部晶粒聯(lián)生結(jié)晶晶粒粗大。