專利名稱:一種電子束快速成形填絲加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是一種電子束快速成形填絲加工裝置,屬于電子束快速成形加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
電子束填絲加工包括電子束填絲焊接、堆焊、表面熔敷、快速成形等。電子束熔絲沉積快速制造技術(shù)是電子束填絲加工技術(shù)和快速成形思想相結(jié)合的而產(chǎn)生的新型制造技術(shù)。國(guó)際上現(xiàn)有電子束快速成形裝置的電子槍有兩種安裝方式,一種固定于真空室外部,一種安裝在真空室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上。 2007年,美國(guó)航空航天局(NASA) Langley Research Center獲得了美國(guó)專利(US7, 168,935 BI),其特點(diǎn)是具有一個(gè)真空室,電子槍固定于真空室上部,單一送絲系統(tǒng)懸掛在真空室內(nèi)頂部,具有三維(X、Y、Z)工作臺(tái)?;谠搶@兄频脑O(shè)備較為輕便,主要用于空間微重力條件下的成形技術(shù)研究。美國(guó)Sciaky公司生產(chǎn)的電子束快速成形加工設(shè)備電子槍為可移動(dòng)式。快速成形時(shí),需要保證絲材與電子槍的相對(duì)位置固定;在固定式電子槍裝置中,送絲機(jī)構(gòu)固定于真空室內(nèi)壁上;在可移動(dòng)式電子槍裝置中,送絲機(jī)構(gòu)與電子槍固定在真空室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上。現(xiàn)有電子束快速成形裝置的送絲機(jī)構(gòu)與加工的零件處于同一真空室中,當(dāng)儲(chǔ)絲輪上的金屬絲材使用完畢而零件還沒有加工完成時(shí),要補(bǔ)充絲材,必須使真空室放氣。由于高溫的零件暴露在空氣中會(huì)迅速氧化,為避免零件氧化,需要使零件冷卻到較低溫度再放氣,由于真空中散熱困難,零件冷卻十分緩慢。大型零件冷卻下來(lái)需要數(shù)十小時(shí),完全加工完畢需要頻繁補(bǔ)充絲材,耗費(fèi)大量換絲時(shí)間,效率很低。在進(jìn)行梯度材料制備或零件加工時(shí),各部分所需材料不一樣?,F(xiàn)有加工方法是先用一種絲材加工一部分,當(dāng)絲材用完或更換其他材料時(shí),需要將零件冷卻,放氣、換絲;每一次換絲過程都會(huì)因冷卻零件和抽真空耗費(fèi)大量時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)提供了一種電子束快速成形填絲加工裝置,其目的是為了解決現(xiàn)有裝置中送絲機(jī)構(gòu)與零件始終處于同一真空室,造成換絲時(shí)間過長(zhǎng)的缺點(diǎn),同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)多路送絲和多成分梯度材料或結(jié)構(gòu)的高效制備加工。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該種電子束快速成形填絲加工裝置,包括高壓電源(I)、真空機(jī)組(2)、真空室
(3)、和控制柜(5),在真空室(3)內(nèi)設(shè)置多軸工作臺(tái)(4),電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部并通過高壓電纜(11)與高壓電源(I)連接,其特征在于在真空室(3)的外部設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室(8),送絲系統(tǒng)真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接,在送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi)設(shè)置送絲系統(tǒng)(7)和三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)具有兩個(gè)工位,分別是送絲工位和換絲工位,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)可以在這兩個(gè)工位之間移動(dòng),由電機(jī)驅(qū)動(dòng),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)在換絲工位時(shí)完全處于送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi),閥門(12)可以關(guān)閉使送絲系統(tǒng)真空室(8)與真空室(3)隔離。在真空室(3)外部設(shè)置兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室(8)圍繞電子槍(10)對(duì)稱安裝。本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)是I.三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以放置在獨(dú)立的小型送絲系統(tǒng)真空室中,與主真空室之間用閥門隔開,工作時(shí),閥門打開,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送絲導(dǎo)嘴運(yùn)動(dòng)至送絲工位,實(shí)施加工。需補(bǔ)充絲材時(shí),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送絲導(dǎo)嘴運(yùn)動(dòng)至送絲系統(tǒng)真空室,閥門關(guān)閉。送絲系統(tǒng)真空室放氣,補(bǔ)充絲材后,再抽真空,直到與真空室真空度一致,再次打開閥門,三維
對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送絲導(dǎo)嘴運(yùn)動(dòng)至送絲工位,實(shí)施加工。由于送絲機(jī)構(gòu)及送絲系統(tǒng)真空室可以圍繞電子槍布置兩個(gè),因此當(dāng)其中一個(gè)需放氣補(bǔ)絲時(shí),另一個(gè)送絲系統(tǒng)可接續(xù)加工,因而零件的加工過程不會(huì)因補(bǔ)絲而中斷。另外由于有兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室,每個(gè)送絲系統(tǒng)真空室中又可以至少布置兩路獨(dú)立送絲系統(tǒng),因此,多種材料梯度結(jié)構(gòu)的連續(xù)加工也可以實(shí)現(xiàn)。2.采用固定電子槍方式,電子槍布置在真空室外,多軸工作臺(tái)安裝在真空室內(nèi),以多軸工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)束流與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),形成加工軌跡;工作臺(tái)具有X、Y、Z、A、B多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸,可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng),能夠加工復(fù)雜形狀零件。
圖I為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明裝置中三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)處于送絲系統(tǒng)真空室內(nèi)的位置結(jié)構(gòu)示意中1.高壓電源2.真空機(jī)組3.真空室4.多軸工作臺(tái)5.控制柜6.真空機(jī)組7送絲系統(tǒng)8.送絲系統(tǒng)真空室9.三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)10.電子槍11.高壓電纜12.閥門13.送絲導(dǎo)嘴14.工件15.電子束流16.金屬絲材17.儲(chǔ)絲輪18.矯直機(jī)19.送絲機(jī)
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述參見附圖I 2所示,該種電子束快速成形填絲加工裝置,包括高壓電源I、真空機(jī)組2、真空室3和控制柜5,在真空室3內(nèi)設(shè)置多軸工作臺(tái)4,電子槍10安裝在真空室3的頂部并通過高壓電纜11與高壓電源I連接,其功能是產(chǎn)生高能電子束流,其特征在于在真空室3的外部設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室8,送絲系統(tǒng)真空室8與真空室3之間通過閥門12連接,在送絲系統(tǒng)真空室8內(nèi)設(shè)置送絲系統(tǒng)7和三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9,送絲系統(tǒng)真空室8由真空機(jī)組6提供真空條件,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9具有兩個(gè)工位,分別是送絲工位和換絲工位,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9可以在這兩個(gè)工位之間移動(dòng),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9在換絲工位時(shí)完全處于送絲系統(tǒng)真空室8內(nèi),閥門12可以關(guān)閉使送絲系統(tǒng)真空室8與真空室3隔離。在真空室3外部設(shè)置兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室8圍繞電子槍10對(duì)稱安裝。送絲系統(tǒng)真空室8中可以有多個(gè)送絲系統(tǒng)。本發(fā)明裝置的工作過程是
由數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)零件的三維CAD模型進(jìn)行分層切片處理,形成加工軌跡;在設(shè)置好加工參數(shù)后,數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)生成數(shù)控加工程序。將一塊與所要加工零件成分一致或接近的金屬基板固定在多軸工作臺(tái)4上。金屬絲材16纏繞在儲(chǔ)絲輪17上,將裝有金屬絲材16的儲(chǔ)絲輪17裝入送絲系統(tǒng)真空室8,金屬絲材16通過矯直機(jī)18進(jìn)入送絲機(jī)19,送絲機(jī)19推動(dòng)金屬絲材16通過送絲導(dǎo)嘴13送出,送絲導(dǎo)嘴13固定在三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9上。開始工作時(shí),真空室3與送絲系統(tǒng)真空室8之間的閥門12處于關(guān)閉狀態(tài),分別由真空機(jī)組2和真空機(jī)組6抽真空。當(dāng)真空室3與送絲系統(tǒng)真空室8內(nèi)真空度均達(dá)到10_2Pa時(shí),閥門12開啟;三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)送絲導(dǎo)嘴13運(yùn)動(dòng)至送絲工位,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9由電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過導(dǎo)軌沿三個(gè)相互垂直的方向作直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子槍真空度達(dá)到10_3Pa時(shí),可以開啟電子束流實(shí)施加工。電子槍10生成電子束流15,在工件14上形成熔池,多軸工作臺(tái)4帶動(dòng)工件與電子束流15形成相對(duì)運(yùn)動(dòng),同時(shí)金屬絲材16在電子束15作用下熔化,按照預(yù)定加工路徑堆積。當(dāng)完成一個(gè)層面的加工后,多軸工作臺(tái)4下降一個(gè)層厚的固定高度,進(jìn)行下一層面的加工,各層面間形成冶金結(jié)合,層層堆積。當(dāng)儲(chǔ)絲輪17上的絲材用完時(shí),需要補(bǔ)充絲材。其實(shí)施方法是關(guān)閉電子束流15,多軸工作臺(tái)4與 送絲機(jī)19停止運(yùn)動(dòng)。三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)送絲導(dǎo)嘴13運(yùn)動(dòng)至送絲系統(tǒng)真空室8內(nèi)的換絲工位,關(guān)閉閥門12 ;將送絲系統(tǒng)真空室8放氣,待壓力升至一個(gè)大氣壓時(shí),開門,將剩余金屬絲材16由送絲導(dǎo)嘴13和送絲機(jī)19中退出,取下儲(chǔ)絲輪17。換上裝滿絲的儲(chǔ)絲輪17。金屬絲材補(bǔ)充完畢,關(guān)閉送絲系統(tǒng)真空室8大門并抽真空,待真空度與真空室3內(nèi)真空度一致時(shí),開啟閥門12,再次實(shí)施加工。當(dāng)有多個(gè)送絲系統(tǒng)7及送絲系統(tǒng)真空室8時(shí),各系統(tǒng)可同時(shí)工作,也可以輪換接續(xù)工作,從而可實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷加工,最終制造出所需零件。梯度材料制造實(shí)施方法是多個(gè)不同的儲(chǔ)絲輪攜帶不同的絲材,按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序,進(jìn)行分時(shí)分區(qū)加工。
權(quán)利要求
1.一種電子束快速成形填絲加工裝置,包括高壓電源(I)、真空機(jī)組(2)、真空室(3)和控制柜(5),在真空室(3)內(nèi)設(shè)置多軸工作臺(tái)(4),電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部并通過高壓電纜(11)與高壓電源(I)連接,其特征在于在真空室(3)的外部設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室(8),送絲系統(tǒng)真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接,在送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi)設(shè)置送絲系統(tǒng)(7)和三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)具有兩個(gè)工位,分別是送絲工位和換絲工位,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)可以在這兩個(gè)工位之間移動(dòng),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)在換絲工位時(shí)完全處于送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi),閥門(12)可以關(guān)閉使送絲系統(tǒng)真空室⑶與真空室(3)隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子束快速成形填絲加工裝置,其特征在于在真空室(3)外部設(shè)置兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室(8)圍繞電子槍(10)對(duì)稱安裝。
全文摘要
本發(fā)明是一種電子束快速成形填絲加工裝置,該裝置在真空室(3)內(nèi)設(shè)置多軸工作臺(tái)(4),電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部并通過高壓電纜(11)與高壓電源(1)連接,在真空室(3)的外部設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)送絲系統(tǒng)真空室(8),送絲系統(tǒng)真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接,在送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi)設(shè)置送絲系統(tǒng)(7)和三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)具有兩個(gè)工位,分別是送絲工位和換絲工位,三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)可以在這兩個(gè)工位之間移動(dòng),由電機(jī)驅(qū)動(dòng),三維對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(9)在換絲工位時(shí)完全處于送絲系統(tǒng)真空室(8)內(nèi),閥門(12)可以關(guān)閉使送絲系統(tǒng)真空室(8)與真空室(3)隔離。本發(fā)明解決了現(xiàn)有裝置中送絲機(jī)構(gòu)與零件始終處于同一真空室,造成換絲時(shí)間過長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K15/06GK102756204SQ201210244118
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者吳冰, 鞏水利, 李晉煒, 楊光, 楊洋, 鎖紅波, 陳哲源 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所