[发明专利]一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统与方法

说明书

本发明公开了一种飞行器蒙皮‑桁条结构复合增材减材制造系统与方法，所述飞行器蒙皮‑桁条结构复合增材减材制造系统由冷金属过渡(CMT)电弧增材制造子模块、激光熔化沉积(LMD)增材制造子模块、机器人铣削加工减材制造子模块组成，所述方法通过CMT电弧增材制造和激光熔化沉积工艺在蒙皮上面直接制备桁条，在桁条结构形状简单的位置采用CMT电弧增材制造工艺，在桁条结构形状复杂的位置采用激光熔化沉积工艺，最后采用机器人铣削减材加工把增材制造的构件加工到与数字模型尺寸一致。本发明采用的复合增材减材制造工艺在保证零件复杂性和表面精度的基础上，实现了轻量化制造，提高了生产效率，提高了材料利用率，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统与方法。

背景技术

飞行器的舱体和翼舵通常使用蒙皮-桁条结构。蒙皮的功能是构成飞行器的气动外形，并保持表面光滑，所以它承受空气动力，在增压密封舱部位的蒙皮将承受内压载荷。桁条作用是支撑蒙皮，提高蒙皮的承载能力。蒙皮-桁条结构制造是航空航天制造的关键工序。传统蒙皮-桁条结构制造工艺如下：

①整体机械加工。该方法将大厚度材料铣削加工成带筋蒙皮整体结构。存在的问题包括工作量大、制造成本较高、材料利用率较低等。

②铆接。在桁条上面预制搭接部分，然后在蒙皮和桁条上面打孔，最后使用铆钉将蒙皮和桁条连接起来。存在的问题包括生产效率低、增加结构重量、破坏蒙皮完整性、气密性差等。

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统与方法。该方法直接在蒙皮上面采用CMT电弧增材制造和激光熔化沉积工艺制备桁条，然后在同一个工位上面采用铣削加工工艺把桁条加工成与数字模型尺寸一致的结构。与传统蒙皮-桁条结构制备工艺相比，蒙皮-桁条结构复合增材减材制造技术具有如下优势：

①对复杂结构适应性强。CMT电弧增材制造和激光熔化沉积工艺采用逐道逐层成形模式，均能够制备出复杂结构的桁条。

②实现轻量化制造。使用蒙皮-桁条结构复合增材减材制造技术可以省去桁条与蒙皮中的搭接部分和铆钉，大幅度减轻了结构重量。

③对蒙皮外表面无损害。蒙皮-桁条结构复合增材减材制造技术对于蒙皮外表面无损害，成功保持了蒙皮外表面的完整性，确保了结构的气密性。

发明内容

本发明提供一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统与方法，目的在于克服现有技术存在的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统，其特征在于包括冷金属过渡(CMT)电弧增材制造子模块、激光熔化沉积(LMD)增材制造子模块、机器人铣削加工减材制造子模块，其特征在于，包括蒙皮、六轴机器人、送丝机、CMT焊接电源、工控机、光纤激光器、供粉机、铣刀、焊枪、激光熔覆头、夹持装置、弧焊机器人、工作台、桁条。其中：六轴机器人和铣刀组成机器人铣削加工减材制造子模块，送丝机、CMT焊接电源和焊枪组成CMT电弧增材制造子模块，光纤激光器、供粉机和激光熔覆头组成LMD增材制造子模块。

本发明中，焊枪和激光熔覆头可以安装在夹持装置上面，铣刀安装在六轴机器人的末端执行器上面，增材制造和减材制造最大范围接近机器人的最大行程。

本发明中，蒙皮上面的桁条是通过CMT电弧增材制造工艺和激光熔化沉积工艺来制备的，蒙皮和桁条材料可以是钛合金或者铝合金。

本发明中，工控机同时控制六轴机器人和弧焊机器人，六轴机器人控制铣削加工的运动轨迹，弧焊机器人控制CMT电弧增材制造和激光熔化沉积的运动轨迹。

本发明中，送丝机的送丝速度可以线性调节、CMT焊接电源的输出电流可以线性调节、光纤激光器的输出激光能量可以线性调节、供粉机的供粉速度可以线性调节。