[发明专利]一种增减材协同制造方法

说明书

本发明公开了一种增减材协同制造方法，该方法为：利用CAD进行模型建立，由计算机自动生成增材轨迹；接通电源，安装清理基板，增材机器人在基板正面进行增材；基板进行180°翻转；增材机器人在基板正面进行增材，减材机器人在基板背面进行减材，并用气枪进行空冷，红外测温仪实时监测基板背面温度；完成增减材加工以及背面冷却后再次进行翻转；重复上述步骤，直至完成增材制造。本发明所述制造方法中，增材制造与减材加工协同进行并实时监测控制基板温度，大大减少了基板热变形、提高了所得增材结构件的成形精度与质量、缩短了电弧增材的制造周期。

技术领域

本发明属于电弧增材制造领域，具体为一种增减材协同制造方法。

背景技术

增材制造又称3D打印，是当前先进智能制造的研究热点，与传统的减材制造不同，增材制造是一种逐层累积的制造方法。电弧增材是增材制造常见的一种方式，其工作原理为运用CAD等软件进行路径规划，控制焊接机器人在制定轨迹上运动，运用电弧的能量熔化焊丝，将材料堆积到指定位置，直至完成构件的制造。

与传统的铸造工艺相比，电弧增材所得构件组织较为均匀、内部缺陷较少，可以实现异种材料的交织结构；与激光选区熔化相比，电弧增材成本低、堆积效率高、成形尺寸大；但是电弧增材基板热变形大，所得结构件成形精度不高，在投入使用时需要进行二次加工。

2017年由南京理工大学王克鸿、周琦、许华银等人申请的公布号为CN 108145332A的发明专利机器人电弧增减材成形装置及方法公开了一种机器人电弧增减材成形装置及方法；采用一个机器人同时连接焊接增材设备与激光切割设备，控制两种设备交替工作从而实现机器人电弧增减材智能制造。

2018年由湖南大学余剑武、张亚飞、罗红等人申请的公布号为CN 108161009A的发明专利一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置公开了一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，他们设想在一种装置上集成增材制造和减材制造两种加工方法，进行原位复合制造，既能克服单纯的增材制造技术在尺寸精度和表面质量等方面的缺陷，也可以克服磨削加工对零部件复杂程度等方面的制约。

发明内容

针对现有电弧增材制造技术存在的基板热变形大、成形精度不高、增材效率低等问题，本发明提出了一种增减材协同进行的制造方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种增减材协同进行的制造方法，采用柔性夹具将基板安装在自动翻转工作台上，增材机器人在基板正面进行增材制造，减材机器人在基板背面进行减材加工，待完成一层增减材加工后，且红外测温仪测得基板背面温度低于150℃时，由自动翻转工作台进行180°翻转，循环进行增减材加工，最终获得电弧增材结构件。

本发明增减材协同制造方法的利用的装置为：增材机器人由工业机器人一、机器人控制柜一、焊接电源、送丝机、焊枪、保护气瓶构成；减材机器人由工业机器人二、机器人控制柜二、装有钢丝刷与气枪与铣刀的复合减材机构、驱动电机一、驱动电机二、压缩空气机、CCD摄像机构成减材机器人构成；复合减材机构由气枪、钢丝刷、铣刀构成。增减材制造的工作平台由变位机、自动翻转工作台构成。

基于上述装备系统的增减材协同制造方法，包括如下具体步骤：

步骤1：根据待成形件的尺寸与形状，利用CAD进行模型建立，由计算机自动生成增材轨迹；

步骤2：接通电源，等待增减材协同制造装备系统准备就绪，打开保护气，采用柔性夹具将基板固定安装在自动翻转工作台上，清理基板，增材机器人在基板在垂直方向朝上的面进行增材制造；

步骤3：增材机器人在基板朝上的面完成一层的增材制造后，增材机器人移动到安全点，自动翻转工作台进行180°翻转；

步骤4：减材机器人在增材后的基板面进行轮廓扫描，提取增材堆积的整体轮廓形貌，将提取信息输送至计算机中，计算机根据提取的轮廓形貌分析该层表面缺陷以及平整度，生成减材机器人运动路径；