CN111843487B - 一种智能增减材复合制造*** - Google Patents

一种智能增减材复合制造*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能增减材复合制造***，其包括包括机架以及设于机架上的输送模块；机架上沿输送模块的输送方向依次设置有减材加工模块和增材加工模块；增材加工模块包括焊接装置和智能控制模块；智能控制模块包括显示单元、控制单元、用于监测增材过程中的工件形状变化趋势的轮廓检测单元、用于监测增减材过程中的工件内部缺陷的超声微锻单元和用于检测焊接装置的熔池监控单元；控制单元与焊接装置电连接；显示单元分别与轮廓检测单元、超声微锻单元和熔池监控单元通信连接。本发明具有结构简单、自动化程度高、占地面积小且解决了传统机加工制造复杂结构件的能力不足的问题。

Description

一种智能增减材复合制造***
技术领域
本发明涉及智能制造***技术，具体而言，涉及一种智能增减材复合制造***。
背景技术
这些年来，伴随着航空航天、核能及高铁行业的飞速发展，航空发动机、大型运输工具、动力平台等重大金属装备零件的结构越来越复杂，一些如车削、铣削、磨削和钻削等传统减材制造的加工机床已经难以满足一些复杂高性能零部件的的要求。目前正在兴起的增材制造技术不受传统加工中刀具、模具、夹具以及工序等多样复杂条件问题的约束，突破传统机械加工的瓶颈，解放了设计师在传统机械加工中所要考虑的零件装配和结构约束等问题，实现了复杂结构整体成形。虽然增材制造能够成形传统机械加工难以加工甚至无法加工的复杂结构件，但其几何精度和表面质量无法与传统机械加工相比。一般而言，增材制造后的零件需要进行相应的机械加工等后处理工序，以消除成形过程中的残余热应力和变形对零件的影响，提高零件几何精度和表面质量。此外，对于存在复杂内型面结构的零件，增材后续的机械加工无法对零件的内表面进行加工处理，以达到零件的使用要求。由此可见，单一的增材制造技术难以实现对于有特定表面质量要求的复杂构件的成形与实际生产应用，这是目前增材制造发展中所存在的不足之处。
增材制造和减材制造的混合制造技术能够实现功能性复杂结构件的整体制造。增减材混合制造技术是一种在增材制造技术的前提下，对传统数控机床的二次开发技术，结合减材制造成形尺寸精度高和表面质量好的优势，弥补增材制造工艺精度低的新型混合加工方法，运用逐层堆叠的增材制造以及适时的切削加工，保证零件成形过程中的尺寸精度和表面质量，从而可在一次加工中直接成形功能性零件，实现零件在同一台数控机床上完成“沉积－精加工”的连续加工过程。其实质是将减材制造融入到增材制造的整个沉积过程中，目的是提高实体零件的几何精度和表面质量，使得最终成形的实体零件与理想的三维模型高度拟合，进一步提高生产效率，节省工作空间，降低复杂结构件的制造难度，实现零件的一体化，在提高零件质量的同时有效地降低生产成本，拓展传统机加工制造复杂结构件的能力，解决直接制造复杂功能性结构件的瓶颈问题。因此，需要开发或者改进一种智能增减材复合制造***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能增减材复合制造***以解决传统机加工制造复杂结构件的能力不足的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的一种智能增减材复合制造***，其包括机架以及设于所述机架上的输送模块；所述机架上沿所述输送模块的输送方向依次设置有减材加工模块和增材加工模块；所述增材加工模块包括焊接装置和智能控制模块；所述智能控制模块包括显示单元、控制单元、用于监测增材过程中的工件形状变化趋势的轮廓检测单元、用于监测增减材过程中的工件内部缺陷的超声微锻单元和用于检测所述焊接装置的熔池监控单元；所述控制单元与所述焊接装置电连接；所述显示单元分别与所述轮廓检测单元、超声微锻单元和熔池监控单元通信连接。
优选的是，所述机架上形成有工作界面；所述工作界面根据功能划分为输送区、减材制造区、成品检测区和分别设于所述输送区两侧的增材制造区；所述减材制造区位于所述输送区内。
优选的是，所述输送区内设有第一输送线和与所述第一输送线衔接的第二输送线；所述第二输送线位于所述第一输送线的下工位；所述减材制造区内设有横跨于所述第一输送线上方的第一龙门架；所述第一龙门架上设有切削装置。
优选的是，所述切削装置包括摄像模块和多个切削头；所述摄像模块包括摄像头、储存模块、分析模块和驱动模块；其中，所述储存模块，用于储存原始工件三维模型；所述分析模块，用于将自于所述摄像头的实时工件图像与来自于所述储存模块的工件三维模型进行比较分析并得出作业工件需切削部位的与切削信息；所述驱动模块，用于获取来自于所述分析模块的切削信息并根据所述切削信息控制多个所述切削头进行切削；所述摄像头与所述分析模块通信连接。
优选的是，所述工作界面上设有第二龙门架；所述第二龙门架上设有吸附装置、以及用于驱动所述吸附装置于所述输送区和增材制造区往复运动的驱动组件。
优选的是，所述第二龙门架的垂直投影面位于所述输送区和所述增材制造区内；所述驱动组件包括传动带和驱动所述传动带循环转动的第一驱动装置；所述传动带上连接有基座；所述基座上远离传动带的一端面上设有一对呈竖直方向设置的导轨；所述导轨上滑动连接有连接板；所述基座上还设有用于驱动所述连接板沿所述导轨往复运动的第二驱动装置；所述吸附装置安设于所述连接板上。
优选的是，所述吸附装置包括呈水平设置的安装架和设于所述安装架底部的多个用于吸附工件的吸盘；所述安装架与所述连接板连接。
优选的是，所述焊接装置包括焊机、用于为所述焊机提供焊料的送丝机构、焊枪和用于进行电弧增材制造工艺参数的设定的焊机控制器。
优选的是，所述增材加工模块还包括激光熔化沉积增材装置；所述激光熔化沉积增材设备包括激光器、激光器控制器、同轴送粉喷嘴和送粉器；其中，所述送粉器，用于为所述同轴送粉喷嘴提供金属粉末；所述激光器控制器，用于进行激光器参数的设定。
上述技术方案所提供的一种智能增减材复合制造***，与现有技术相比，其有益效果包括：
1.通过设置有输送模块，从而将工件输送至减材加工模块和增加加工模块；通过设置有焊接装置和智能控制模块，从而提高实体零件的几何精度和表面质量，使得最终成形的实体零件与理想的三维模型高度拟合，进一步提高生产效率，节省工作空间，降低复杂结构件的制造难度，实现零件的一体化，在提高零件质量的同时有效地降低生产成本，拓展传统机加工制造复杂结构件的能力，解决直接制造复杂功能性结构件的瓶颈问题。
2.本发明具有结构简单、自动化程度高、占地面积小且解决了传统机加工制造复杂结构件的能力不足的问题。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例1～2中一种智能增减材复合制造***的结构示意图之一；
图2是本发明实施例1～2中一种智能增减材复合制造***的结构示意图之二；
图3是本发明实施例1～2中一种智能增减材复合制造***的结构示意图之三；
图4是本发明实施例1～2中一种智能增减材复合制造***的侧视结构示意图；
图5是本发明实施例1～2中一种智能增减材复合制造***的俯视结构示意图。
附图标记说明：1-焊接装置；2-第一输送线；3-第二输送线；4-第二龙门架；5-吸附装置；51安装架；52-吸盘；6-传动带；7-基座；8-连接板；9-第二驱动装置；10-作业台；11-清洁块；12-连接架；13-固定架；14-第四驱动装置；15-第一驱动链；16-第二驱动链；17-第一固定装置；18-第二固定装置；19-第三固定装置；20-第四固定装置；21-第三驱动装置；22-转移装置；23-工作界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一：
如图1～5所示的一种智能增减材复合制造***，其包括机架以及设于所述机架上的输送模块；所述机架上沿所述输送模块的输送方向依次设置有减材加工模块和增材加工模块；所述增材加工模块包括焊接装置1和智能控制模块；所述智能控制模块包括显示单元、控制单元、用于监测增材过程中的工件形状变化趋势的轮廓检测单元、用于监测增减材过程中的工件内部缺陷的超声微锻单元和用于检测所述焊接装置1的熔池监控单元；所述控制单元与所述焊接装置1电连接；所述显示单元分别与所述轮廓检测单元、超声微锻单元和熔池监控单元通信连接。
本实施例1通过设置有输送模块，从而将工件输送至减材加工模块和增加加工模块；通过设置有焊接装置1和智能控制模块，从而提高实体零件的几何精度和表面质量，使得最终成形的实体零件与理想的三维模型高度拟合，进一步提高生产效率，节省工作空间，降低复杂结构件的制造难度，实现零件的一体化，在提高零件质量的同时有效地降低生产成本，拓展传统机加工制造复杂结构件的能力，解决直接制造复杂功能性结构件的瓶颈问题。
为了提高自动化水平，且保证每个分区互补干涉，实现工件的增减材和检测工作，本实施例1中的所述机架上形成有工作界面23；所述工作界面23根据功能划分为输送区、减材制造区、成品检测区和分别设于所述输送区两侧的增材制造区；所述减材制造区位于所述输送区内。
其中，所述输送区内设有第一输送线2和与所述第一输送线2衔接的第二输送线3；所述第二输送线3位于所述第一输送线2的下工位；所述减材制造区内设有横跨于所述第一输送线2上方的第一龙门架；所述第一龙门架上设有切削装置。
其中，为了提高对工件的切削效率，保证工件与原始工件三维模型一致，本实施例1中的所述切削装置包括摄像模块和多个切削头；所述摄像模块包括摄像头、储存模块、分析模块和驱动模块；其中，所述储存模块，用于储存原始工件三维模型；所述分析模块，用于将自于所述摄像头的实时工件图像与来自于所述储存模块的工件三维模型进行比较分析并得出作业工件需切削部位的与切削信息；所述驱动模块，用于获取来自于所述分析模块的切削信息并根据所述切削信息控制多个所述切削头进行切削；所述摄像头与所述分析模块通信连接。
为了实现完成减材制造的工件转移至增材制造区，本实施例1中的所述工作界面23上设有第二龙门架4；所述第二龙门架4上设有吸附装置5、以及用于驱动所述吸附装置5于所述输送区和增材制造区往复运动的驱动组件；所述第二龙门架4的垂直投影面位于所述输送区和所述增材制造区内；所述驱动组件包括传动带6和驱动所述传动带6循环转动的第一驱动装置；所述传动带6上连接有基座7；所述基座7上远离传动带6的一端面上设有一对呈竖直方向设置的导轨；所述导轨上滑动连接有连接板8；所述基座7上还设有用于驱动所述连接板8沿所述导轨往复运动的第二驱动装置9；所述吸附装置5安设于所述连接板8上。
其中，为了提高吸附装置5的吸附能力和吸附效率，本实施例1中的所述吸附装置5包括呈水平设置的安装架51和设于所述安装架51底部的多个用于吸附工件的吸盘52；所述安装架51与所述连接板8连接。
为了保证焊接装置1且提高焊接效率，本实施例1中的所述焊接装置1包括焊机、用于为所述焊机提供焊料的送丝机构、焊枪和用于进行电弧增材制造工艺参数的设定的焊机控制器；所述增材加工模块还包括激光熔化沉积增材装置；所述激光熔化沉积增材设备包括激光器、激光器控制器、同轴送粉喷嘴和送粉器；其中，所述送粉器，用于为所述同轴送粉喷嘴提供金属粉末；所述激光器控制器，用于进行激光器参数的设定。
实施例二：
本实施例二为以上实施例的进一步描述应当理解本实施例包括前述全部技术特征并进一步具体描述为：
如图1～5所示的一种智能增减材复合制造***，其包括机架以及设于所述机架上的输送模块；所述机架上沿所述输送模块的输送方向依次设置有减材加工模块和增材加工模块；所述增材加工模块包括焊接装置1和智能控制模块；所述智能控制模块包括显示单元、控制单元、用于监测增材过程中的工件形状变化趋势的轮廓检测单元、用于监测增减材过程中的工件内部缺陷的超声微锻单元和用于检测所述焊接装置1的熔池监控单元；所述控制单元与所述焊接装置1电连接；所述显示单元分别与所述轮廓检测单元、超声微锻单元和熔池监控单元通信连接。
本实施例2通过设置有输送模块，从而将工件输送至减材加工模块和增加加工模块；通过设置有焊接装置1和智能控制模块，从而提高实体零件的几何精度和表面质量，使得最终成形的实体零件与理想的三维模型高度拟合，进一步提高生产效率，节省工作空间，降低复杂结构件的制造难度，实现零件的一体化，在提高零件质量的同时有效地降低生产成本，拓展传统机加工制造复杂结构件的能力，解决直接制造复杂功能性结构件的瓶颈问题。
为了提高自动化水平，且保证每个分区互补干涉，实现工件的增减材和检测工作，本实施例2中的所述机架上形成有工作界面23；所述工作界面23根据功能划分为输送区、减材制造区、成品检测区和分别设于所述输送区两侧的增材制造区；所述减材制造区位于所述输送区内。
其中，所述输送区内设有第一输送线2和与所述第一输送线2衔接的第二输送线3；所述第二输送线3位于所述第一输送线2的下工位；所述减材制造区内设有横跨于所述第一输送线2上方的第一龙门架；所述第一龙门架上设有切削装置。
其中，为了提高对工件的切削效率，保证工件与原始工件三维模型一致，本实施例2中的所述切削装置包括摄像模块和多个切削头；所述摄像模块包括摄像头、储存模块、分析模块和驱动模块；其中，所述储存模块，用于储存原始工件三维模型；所述分析模块，用于将自于所述摄像头的实时工件图像与来自于所述储存模块的工件三维模型进行比较分析并得出作业工件需切削部位的与切削信息；所述驱动模块，用于获取来自于所述分析模块的切削信息并根据所述切削信息控制多个所述切削头进行切削；所述摄像头与所述分析模块通信连接。
为了实现完成减材制造的工件转移至增材制造区，本实施例2中的所述工作界面23上设有第二龙门架4；所述第二龙门架4上设有吸附装置5、以及用于驱动所述吸附装置5于所述输送区和增材制造区往复运动的驱动组件；所述第二龙门架4的垂直投影面位于所述输送区和所述增材制造区内；所述驱动组件包括传动带6和驱动所述传动带6循环转动的第一驱动装置；所述传动带6上连接有基座7；所述基座7上远离传动带6的一端面上设有一对呈竖直方向设置的导轨；所述导轨上滑动连接有连接板8；所述基座7上还设有用于驱动所述连接板8沿所述导轨往复运动的第二驱动装置9；所述吸附装置5安设于所述连接板8上。
其中，为了提高吸附装置5的吸附能力和吸附效率，本实施例1中的所述吸附装置5包括呈水平设置的安装架51和设于所述安装架51底部的多个用于吸附工件的吸盘52；所述安装架51与所述连接板8连接。
本实施例2中的所述增材制造区内还设有作业台10；所述作业台10包括台面和用于驱动所述台面升降运动的升降装置；所述台面的旁侧沿所述台面的长度方向设置有滑轨；所述滑轨上滑动连接有至少一个用于清洁块11，所述滑轨的旁侧还设有用于控制所述清洁块11沿所述滑轨往复运动的第三驱动装置21；其中，所述滑轨位于所述台面和所述第三驱动装置21之间。
为了保证台面的清洁，从而不影响工件的作业，保证加工精度，本实施例2中的所述清洁块11包括海绵块、与第三驱动装置21的输出端连接且与滑轨滑动连接的连接架12、用于安装海绵块的固定架13、以及用于控制所述固定架13翻转角度的第四驱动装置14；所述第四驱动装置14放置于所述连接架12；所述固定架13包括与所述第四驱动装置14的输出端连接的框架结构和设于所述框架结构内的活动架；所述活动架内设有用于驱动所述活动架升降运动的升降驱动件；所述海绵块安装于所述活动架朝向所述台面的一端面上；所述海绵块的外轮廓为圆柱状，且其垂直投影面覆盖于所述台面的宽度方向。
本实施例2中的成品检测区设置有用于检测工件质量的检测装置；所述检测装置包括呈互相平行设置的第一驱动链15和第二驱动链16；所述第一驱动链15和第二驱动链16配合用于输送工件；所述第一驱动链15和第二驱动链16的周侧设置有第一固定装置17、第二固定装置18、第三固定装置19和第四固定装置20；所述第一固定装置17和第二固定装置18相向设置，从而限定工件的X轴方向的运动；所述第三固定装置19和第四固定装置20相向设置，从而限定工件的Y轴方向的运动。所述第一固定装置17与所述第二固定装置18结构相同，其均包括第一限位块和用于控制所述第一限位块朝工件伸缩运动的第五驱动装置；所述第三固定装置19与所述第四固定装置20结构相同，其均包括第二限位块和用于控制所述第二限位块朝工件伸缩运动的第六驱动装置。所述第一限位块上和所述第二限位块上均设有用于检测工件表面强度、粗糙度和工件形状的传感器，并将相关信息发送至显示屏上。
本实施例2中还设有用于将工件于所述台面上的工件转移至检测装置上的转移装置22，从而代替人工干预，提高了自动化水平。
工作原理：首先，工件在减材制造区进行减材处理，进一步，第一输送线2将工件运送到第二输送线3上；吸附装置5件工件转移至增材制造区进行增材作业，焊接装置1对工件进行焊接；进一步，转移装置22将工件转移至检测区的检测装置，进行对工件的检测工作。
为了保证焊接装置1且提高焊接效率，本实施例1中的所述焊接装置1包括焊机、用于为所述焊机提供焊料的送丝机构、焊枪和用于进行电弧增材制造工艺参数的设定的焊机控制器；所述增材加工模块还包括激光熔化沉积增材装置；所述激光熔化沉积增材设备包括激光器、激光器控制器、同轴送粉喷嘴和送粉器；其中，所述送粉器，用于为所述同轴送粉喷嘴提供金属粉末；所述激光器控制器，用于进行激光器参数的设定。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种智能增减材复合制造***，其特征在于，其包括机架以及设于所述机架上的输送模块；所述机架上沿所述输送模块的输送方向依次设置有减材加工模块和增材加工模块；所述增材加工模块包括焊接装置和智能控制模块；所述智能控制模块包括显示单元、控制单元、用于监测增材过程中的工件形状变化趋势的轮廓检测单元、用于监测增减材过程中的工件内部缺陷的超声微锻单元和用于检测所述焊接装置的熔池监控单元；所述控制单元与所述焊接装置电连接；所述显示单元分别与所述轮廓检测单元、超声微锻单元和熔池监控单元通信连接；所述机架上形成有工作界面；所述工作界面根据功能划分为输送区、减材制造区、成品检测区和分别设于所述输送区两侧的增材制造区；所述减材制造区位于所述输送区内；所述输送区内设有第一输送线和与所述第一输送线衔接的第二输送线；所述第二输送线位于所述第一输送线的下工位；所述减材制造区内设有横跨于所述第一输送线上方的第一龙门架；所述第一龙门架上设有切削装置；所述切削装置包括摄像模块和多个切削头；所述摄像模块包括摄像头、储存模块、分析模块和驱动模块；其中，所述储存模块，用于储存原始工件三维模型；所述分析模块，用于将自于所述摄像头的实时工件图像与来自于所述储存模块的工件三维模型进行比较分析并得出作业工件需切削部位的与切削信息；所述驱动模块，用于获取来自于所述分析模块的切削信息并根据所述切削信息控制多个所述切削头进行切削；所述摄像头与所述分析模块通信连接；所述增材制造区内还设有作业台；所述作业台包括台面和用于驱动所述台面升降运动的升降装置；所述台面的旁侧沿所述台面的长度方向设置有滑轨；所述滑轨上滑动连接有至少一个用于清洁块，所述滑轨的旁侧还设有用于控制所述清洁块沿所述滑轨往复运动的第三驱动装置；所述滑轨位于所述台面和所述第三驱动装置之间；所述清洁块包括海绵块、与第三驱动装置的输出端连接且与滑轨滑动连接的连接架、用于安装海绵块的固定架、以及用于控制所述固定架翻转角度的第四驱动装置；所述第四驱动装置放置于所述连接架；所述固定架包括与所述第四驱动装置的输出端连接的框架结构和设于所述框架结构内的活动架；所述活动架内设有用于驱动所述活动架升降运动的升降驱动件；所述海绵块安装于所述活动架朝向所述台面的一端面上；所述海绵块的外轮廓为圆柱状，且其垂直投影面覆盖于所述台面的宽度方向；所述工作界面上设有第二龙门架；所述第二龙门架上设有吸附装置、以及用于驱动所述吸附装置于所述输送区和增材制造区往复运动的驱动组件；所述第二龙门架的垂直投影面位于所述输送区和所述增材制造区内；所述驱动组件包括传动带和驱动所述传动带循环转动的第一驱动装置；所述传动带上连接有基座；所述基座上远离传动带的一端面上设有一对呈竖直方向设置的导轨；所述导轨上滑动连接有连接板；所述基座上还设有用于驱动所述连接板沿所述导轨往复运动的第二驱动装置；所述吸附装置安设于所述连接板上；所述检测装置包括呈互相平行设置的第一驱动链和第二驱动链；所述第一驱动链和第二驱动链配合用于输送工件；所述第一驱动链和第二驱动链的周侧设置有第一固定装置、第二固定装置、第三固定装置和第四固定装置；所述第一固定装置和第二固定装置相向设置，从而限定工件的X轴方向的运动；所述第三固定装置和第四固定装置相向设置，从而限定工件的Y轴方向的运动， 所述第一固定装置与所述第二固定装置结构相同，其均包括第一限位块和用于控制所述第一限位块朝工件伸缩运动的第五驱动装置；所述第三固定装置与所述第四固定装置结构相同，其均包括第二限位块和用于控制所述第二限位块朝工件伸缩运动的第六驱动装置；所述第一限位块上和所述第二限位块上均设有用于检测工件表面强度、粗糙度和工件形状的传感器，并将相关信息发送至显示屏上。
2.根据权利要求1所述的智能增减材复合制造***，其特征在于，所述吸附装置包括呈水平设置的安装架和设于所述安装架底部的多个用于吸附工件的吸盘；所述安装架与所述连接板连接。
3.根据权利要求1所述的智能增减材复合制造***，其特征在于，所述焊接装置包括焊机、用于为所述焊机提供焊料的送丝机构、焊枪和用于进行电弧增材制造工艺参数的设定的焊机控制器。
4.根据权利要求3所述的智能增减材复合制造***，其特征在于，所述增材加工模块还包括激光熔化沉积增材装置；所述激光熔化沉积增材设备包括激光器、激光器控制器、同轴送粉喷嘴和送粉器；其中，所述送粉器，用于为所述同轴送粉喷嘴提供金属粉末；所述激光器控制器，用于进行激光器参数的设定。
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