[发明专利]应用于摩擦增材制造装置的主轴结构

说明书

本发明提供一种应用于摩擦增材制造装置的主轴结构，包括升降顶杆和旋转料盘，所述旋转料盘的外缘设有多个棱柱状料棒孔，料棒孔内设有料棒，所述应用于摩擦增材制造装置的主轴结构还包括主轴、主轴升降驱动机构和主轴旋转驱动机构，所述主轴包括主轴上段和主轴下段，所述主轴上段和主轴下段之间设有离合器，本发明的有益效果是由于采用上述技术方案，可以使摩擦增材过程中，料棒的轴向压力充足且稳定，可实现料棒的快速上料，料棒的上料过程精准、稳定，增材装置的整体强度更好，稳定性更高。

技术领域

本发明涉及固相增材制造技术领域，具体的是一种应用于摩擦增材制造装置的主轴结构。

背景技术

在机械、电子、汽车、航天、航空、军工、交通、建材、能源等行业，其中约60％～80％的零部件需要依靠模具加工成型，因此模具加工亦被称为“工业制造之母”。但由于复杂零部件的需求日益迫切，传统的依靠模具加工的零部件已经无法满足产品的精度要求。而逐渐发展起来的增材制造技术(又称3D打印技术)，由于其具有灵活、高效、节能等特点，被广泛应用于复杂零部件的制造。

增材制造的类型主要包括：熔融沉积快速成型、光固化成型、三维粉末粘接、选择性激光烧结、分层实体制造、无模铸型制造和摩擦增材制造(FSAM)等，其中，摩擦增材制造作为一种固相非熔化增材制造方法，可实现增材件超细晶致密组织、第二相均匀弥散分布的高强高韧化设计，特别适用于诸如铝及铝合金、镁及镁合金、轻质金属复合材料等的制造。

摩擦增材制造的制造方式主要包括三种，以板材为进料的FSAM、沉积损耗式FSAM和以粉末为进料的FSAM，其中，沉积损耗式FSAM的材料利用率高、成型控制性较好、成型件性能优于基材。沉积损耗式FSAM的工作原理是将增材原料设置为柱状的料棒，将料棒垂直抵于基材的表面，通过动力机构使料棒相对于基材旋转，在料棒和基材贴合的表面摩擦生热，使得材料塑性软化，再通过对料棒施加轴向压力，在基材表面进行增材制造。

沉积损耗式FSAM的摩擦增材设备中需要给料棒提供扭矩和轴向压力，料棒的长度有限，在一次增材作业中往往需要用到多根料棒，料棒持续供给对于提高增材制造效率具有重要意义，料棒快速、稳定续接是料棒的持续供给前提，此外，对于多根料棒如何提供稳定且充足的轴向压力是摩擦增材设备设计者需要重点考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于摩擦增材制造装置的主轴结构，可实现摩擦增材制造过程中原料料棒的持续供给，料棒的轴向压力稳定，摩擦增材制造装置的生产效率高，安全性能高，使用寿命长。

本发明的技术方案是：

一种应用于摩擦增材制造装置的主轴结构，包括升降顶杆和旋转料盘，所述旋转料盘的外缘设有多个棱柱状料棒孔，料棒孔内设有料棒，

旋转料盘为圆柱状结构，料棒孔的轴线、升降顶杆的轴线和旋转料盘的轴线相互平行，料棒孔在旋转料盘外缘沿旋转料盘的圆周方向均匀分布，料棒孔轴线到旋转料盘轴线的间距与升降顶杆轴线到旋转料盘轴线的间距相等，通过转动旋转料盘可以使料棒孔的轴线依次与升降顶杆的轴线重合，从而可以使升降顶杆将料棒孔内的料棒推出，升降顶杆由动力机构驱动沿升降顶杆的轴线往复运动。

所述应用于摩擦增材制造装置的主轴结构还包括主轴、主轴升降驱动机构和主轴旋转驱动机构，所述主轴的轴线与升降顶杆的轴线重合，所述主轴的中轴处设有贯穿主轴的轴孔，轴孔与料棒相配合，所述主轴包括主轴上段和主轴下段，所述主轴升降驱动机构驱动主轴上段沿主轴轴线往复运动，主轴旋转驱动机构驱动主轴下段绕主轴轴线转动，主轴上段的下端设有上嵌合块，所述上嵌合块包括上楔形凸起，上嵌合块的中轴处设有与轴孔相配合的上料棒通孔，上嵌合块外套有离合器。

主轴设置于旋转料盘的下侧，当旋转料盘的料棒孔转动至与升降顶杆轴线重合的位置时，升降顶杆可以将料棒孔内的料棒向下顶出，由主轴上段的上端进入轴孔内。

主轴升降驱动机构驱动主轴上段沿主轴轴线往复运动，