[发明专利]交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统及方法

权利要求书

1.一种交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统，其特征在于，包括：工控机、GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统、熔化极焊枪、辅助填丝装置、基板以及复合送丝装置；

所述工控机用于生成增材制造零件路径代码信息，依据增材制造零件时设定的工艺参数，控制复合送丝装置送丝以及熔化极焊枪在基板的表面依据工控机发出的路径指令堆积成形每一层，逐层堆积形成目标零件，并根据GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统反馈的信号对熔化极焊枪及辅丝电流电压进行调整，并调节复合送丝装置送丝速度的大小，以改变在交叉点位置的熔覆量，对成形过程进行闭环控制；使交叉点在成型过程中保持平整；

所述 GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统将采集的GMAW电弧增材位置信息转换为反馈控制信号，传送到工控机；

所述复合送丝装置包括：热丝送丝机构和熔化极送丝机构；所述辅助填丝装置包括：送丝支架和热丝加热装置；所述送丝支架与熔化极焊枪相固定，热丝加热装置安装在送丝支架上；所述熔化极送丝机构用于对熔化极焊丝送丝；

所述熔化极焊枪固定在工业机器人上；所述基板固定于工作台上；所述熔化极焊枪、热丝加热装置、热丝送丝机构和熔化极送丝机分别与机器人控制柜连接；

通过调整送丝支架来调整热丝填入熔池的角度和热丝与熔化极焊丝的距离；所述GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统的CCD检测摄像头与熔化极焊枪相连接，并跟随焊枪一起移动；

所述热丝位于化极焊枪正前方，且熔化极焊丝与热丝送丝角度为60°至80°；

所述熔化极焊丝与热丝采用同样的材质；热丝加热电源的电流调节范围为20-450A，熔化极电源为恒压型焊接电源，热丝加热电源为恒流型焊接电源；所述熔化极焊枪中焊丝电流I由两部分组成，分别流经由加热电源产生的辅丝电流I1和流经工件的电流I2，I等于I1与I2的和；

所述GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统还包括电流传感器和电压传感器，分别监测母材电流和旁路电流，以及主弧电压和旁路电弧电压，并结合CCD检测摄像头检测到的增材位置信息，结合形成反馈控制信号；

所述工控机根据反馈控制信号的变化将控制信号输出到电源接口，改变熔化极电源和热丝电源的电流电压，同时改变熔化极焊丝的送丝速度和热丝送丝速度，从而改变GMAW电弧增材的熔覆量，使熔高和直壁件区域熔高相同，形成闭环控制；

其制造方法包括以下步骤：

步骤S1：通过三维建模软件进行三维交叉件的建模，获取需要增材的交叉件的三维物理模型后，导入到三维切片软件中，对三维物理模型的底部至顶部进行切片处理，并获得多个平面模型，根据各平面模型获取轮廓信息，并根据轮廓信息获取运动曲线，在分层软件中进行零件空间变换，选择成形方向；

步骤S2：将分层后的数据传送到以运动控制卡为核心的运动控制系统，通过数据总线获取工控机的运动G代码，驱动三维运动机构实现路径扫描；

步骤S3：依次结合各平面模型的运动路径、焊点和姿态信息控制焊枪进行增材，并由底部至顶部获得对应的焊接层，直至焊接结束；

步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据构件几何参数规划堆焊路径，控制熔化极焊枪距离工件高度，在基板上选取起弧点A；

步骤S32：沿路径1从位置A增材到位置B，机器人控制柜发送信号至熔化极焊接电源进行起弧，引燃电弧后，机器人控制柜发送信号至热丝加热装置，随后填丝机构中送出的丝材通过热丝加热装置加热后，进入熔化极电弧区，与熔化极丝材同步熔化，形成同一熔池，熔化极电流与热丝电流、熔化极送丝速度和热丝送丝速度保持固定不变，到达位置B时，热丝送丝机构和熔化极送丝机构同时停止送丝，加热电源停止供电，电弧熄灭；

步骤S33：控制所述熔化极焊枪由位置B沿与路径1呈45°角的路径2直线移动到位置C；

步骤S34：由位置C起弧沿与路径1垂直且与路径2呈45°角的路径3增材到位置D，机器人控制柜发送信号至熔化极焊接电源进行起弧，引燃电弧后，机器人控制柜发送信号至热丝加热装置，随后填丝机构中送出的丝材通过热丝加热装置加热后，进入熔化极电弧区，与熔化极丝材同步熔化，形成同一熔池，当所述GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统检测到增材位置到达交叉点区域前，熔化极电流与热丝电流、熔化极送丝速度和热丝送丝速度保持固定不变；当检测到增材位置到达交叉点区域时，降低熔化极焊枪和热丝电流，同时焊接自动匹配降低熔化极焊丝和热丝送丝速度，减小熔覆量，使交叉点的熔高与直壁件熔高相当，当检测系统检测到增材位置离开交叉点区域时，增大熔化极焊枪和热丝电流并自动匹配降低熔化极焊丝和热丝送丝速度，增大熔覆量，直到到达位置D熄弧；

步骤S35：控制所述熔化极焊枪由位置D沿与路径4直线移动到位置B；

步骤S36：沿路径5从位置B增材到位置A，机器人控制柜发送信号至熔化极焊接电源进行起弧，引燃电弧后，机器人控制柜发送信号至热丝加热装置，随后填丝机构中送出的丝材通过热丝加热装置加热后，进入熔化极电弧区，与熔化极丝材同步熔化，形成同一熔池，熔化极电流与热丝电流、熔化极送丝速度和热丝送丝速度保持固定不变，到达位置A时，热丝送丝机构和熔化极送丝机构同时停止送丝，加热电源停止供电，电弧熄灭；

步骤S37：控制所述熔化极焊枪由位置A沿路径6直线移动到位置D；

步骤S38：由位置D起弧沿路径7增材到位置C，机器人控制柜发送信号至熔化极焊接电源进行起弧，引燃电弧后，机器人控制柜发送信号至热丝加热装置，随后填丝机构中送出的丝材通过热丝加热装置加热后，进入熔化极电弧区，与熔化极丝材同步熔化，形成同一熔池，当所述GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统检测到增材位置到达交叉点区域前，熔化极电流与热丝电流、熔化极送丝速度和热丝送丝速度保持固定不变；当检测到增材位置到达交叉点区域时，降低熔化极焊枪和热丝电流，同时焊接自动匹配降低熔化极焊丝和热丝送丝速度，减小熔覆量，使交叉点的熔高与直壁件熔高相当，当检测系统检测到增材位置离开交叉点区域时，增大熔化极焊枪和热丝电流并自动匹配降低熔化极焊丝和热丝送丝速度，增大熔覆量，直到到达位置C熄弧；

步骤S39：控制所述熔化极焊枪由位置C沿与路径8直线移动到位置A；

步骤S310：重复执行步骤S31-S39，直至增材结束。