[发明专利]双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法

摘要

本发明公开了双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法，双金属复合材料电弧增材制造装置由控制系统部分和机械部分组成，双金属复合材料电弧增材制造的方法通过3D模型建模、分层切片、数据处理、对刀、送丝启动、气体保护启动、材料电弧电源系统启动、电弧引弧、3D运动、电弧跟踪步骤直至完成整个双金属复合材料增材制造。本发明实现了两种金属复合材料增材制造，并且工艺流程短，投入设备少，所需场地小，适宜于批量生产。

主权项

1.一种双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，所述双金属复合材料为：Φ60mm×(10+2.5)mm×80mm L360/625管状，/n采用双金属复合材料电弧增材制造装置，由控制系统部分和机械部分组成；/n所述控制系统部分由3D建模模块（23）、分层模块（24）、阴极射线显像管（25）、手动数据输入模块（26）、控制系统（14）、可编程控制器（27）组成；3D建模模块（23）与分层模块（24）信号连接，分层模块（24）、阴极射线显像管（25）、手动数据输入模块（26）、可编程控制器（27）分别与控制系统（14）连接；/n所述控制系统（14）具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口；/n所述可编程控制器（27）通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/D数模转换板连接温度检测系统（19）；/n所述机械部分包括底座（17），底座（17）上设有Y向伺服电机（1）和工作台（2），工作台（2）前方设Y向伺服电机（1），工作台（2）上设有垫板（22），垫板（22）上设有工件（3），底座（17）与支架（13）相连接，支架（13）与横梁（16）相连接，横梁（16）设于工件（3）上方，横梁（16）上设有温度检测系统（19），横梁（16）上设有X向伺服电机（8），A材料焊枪（10）和B材料焊枪（11）设于横梁（16）下方，A材料焊枪（10）设有A材料气体保护开关（9），A材料焊枪（10）通过管路与A材料气体保护系统（6）连接，A材料焊枪（10）与A材料送丝系统（4）相连接，A材料焊枪（10）下方设有A材料电弧引弧/熄弧系统（21），B材料焊枪（11）设有B材料气体保护开关（12），B材料焊枪（11）通过管路与B材料气体保护系统（7）连接，B材料焊枪（11）与B材料送丝系统（5）相连接，B材料焊枪（11）下方设有B材料电弧引弧/熄弧系统（20），支架（13）设有Z向伺服电机（15），测量系统（18）设于横梁（16）和工作台（2）上，A材料电弧引弧/熄弧系统（21）和B材料电弧引弧/熄弧系统（20）均与电弧跟踪系统（29）相连，电弧跟踪系统（29）通过导线与可编程控制器（27）相连，测量系统（18）通过导线与控制系统（14）相连；/n其增材制造具体按照以下步骤进行：/n步骤1、3D模型建模：首先三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模，A材料为碳钢材料，B材料为625合金材料；/n步骤2、分层切片：首先对3D模型进行分层切片，根据零件图精度要求来计算确定分层切片厚度，选择每层分层厚度2.5mm，分层24层，即将来增材制造厚度为2.5mm，第1层L1至第4层L4，均为A材料碳钢材料；第5层L5为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第6层L6至第19层L19，均为A材料/B材料和B材料/A材料，即碳钢/625和625/碳钢；第20层L20为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第21层L21至第24层L24，均为A材料碳钢材料；随即将分层数据包括每一层材料属性、几何尺寸信息传输给控制系统（14）；/n步骤3、数据处理：分层结果输送给控制系统（14），控制系统（14）对分层数据进行编译、运算和逻辑处理；判断L1~L24每一层中材料种类及其区域面积，分别生成每一层A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器（27），运动指令信号传递给伺服系统，分别控制每层A材料或者B材料的增材制造顺序、规划路径参数，数据处理针对给出的每层材料加工顺序和规划路径，路径规划为回字形；/n步骤4、对刀：根据分层计算和数据处理结果，得到第6层加工顺序为B，A1，A2，A3，A4，先对B材料焊枪进行对刀，B材料焊枪对准工件（3）制造起点；/n步骤5、B材料送丝系统（5）启动：B材料焊枪对准起点后，根据分层计算和数据处理结果，伺服系统启动B材料送丝系统（5），送丝干伸长10mm，B材料焊丝端头距工件（3）的距离为3mm；/n步骤6、B材料气体保护系统（7）启动：B材料送丝系统（5）启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器（27），可编程控制器（27）接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料气体保护系统（7）；/n步骤7、B材料电弧电源系统启动：B材料气体保护系统（7）启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器（27），可编程控制器（27）接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动相应的B材料电弧电源系统；/n步骤8、B材料电弧引弧：B电弧电源系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器（27），可编程控制器（27）接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料电弧增材制造；/n步骤9、X-Y向运动：B材料电弧引弧后，根据数据处理判断结果输出3D运动指令信号给伺服系统，伺服系统同时启动B材料焊枪（11）进行X向运动和工作台（2）进行Y向运动，进而控制增材制造的X-Y向运动，控制B材料焊枪（11）按照预设路径规划进行增材制造；/n步骤10、运动测量：由测量系统（18）对增材制造过程中3D运动实际位移量转化为电信号，反馈给控制系统（14），将反馈实际位移量和预设位移量进行比较测量，将测量结果反馈给控制系统（14），从而调整和控制伺服系统按照原设定值运动；/n步骤11、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统（29），以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统（29）将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走，并且具有小的电弧电压和电流波动；/n步骤12、B材料电弧熄弧：当B材料左侧预设宽度的增材制造，制造长度80mm，完成后，根据分层计算和数据处理结果，启动B材料电弧引弧/熄弧系统（20），拉长B材料电弧，直至熄弧，同时缩短干伸长不超过5mm；/n步骤13、B材料右侧区域增材制造，当B材料左侧预设宽度的增材制造完成后，B材料焊枪平移至右侧区域，重复上述步骤4-12，完成B材料右侧预设宽度的增材制造；/n步骤14、A材料增材制造启动：完成该层B材料左右两侧区域预设宽度的增材制造后，启动A材料增材制造，制造顺序为先左再右，由内及外，“回”字形增材制造，先后分别完成该层A1，A2，A3，A4制造，先后执行上述步骤4-13工序，经过对刀、A材料送丝系统（4）启动、A材料气体保护系统（6）启动、电弧电源启动、电弧引弧、X-Y向运动、运动测量、电弧轨迹跟踪、电弧熄弧工序，完成A1左侧增材制造，再以回字形平移完成A1右侧增材制造，以此类推，回字形轨迹运动，完成A2、A3、A4增材制造；/n步骤15、重复步骤4-14，完成第7层双金属复合材料增材制造；/n步骤16、以此类推，完成每一层双金属复合材料增材制造，直至完成整个工件（3）的双金属复合材料增材制造。/n