[發明專利]機器人電弧增減材成形裝置及方法

在審

• 申請號: 201711313200.2
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108145332A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 王克鴻;周琦;許華銀;彭勇;彭雪;唐燕生;錢美霞;吳成成;郭一飛
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K37/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明提供了一種機器人電弧增減材成形裝置及方法，該方法涉及的裝置包括變位機、工作平臺、基板、送絲機、機器人控制柜、機器人、焊槍及其焊接電源、激光切割裝置及其電源等。采用一個機器人同時連接焊接增材設備與激光切割設備，機器人控制柜與焊接電源和切割電源通訊，控制兩種電源交替工作。該方法利用CAD技術為待加工產品建立相應的三維模型，獲得加工控制信息代碼，然后依次利用機器人電弧焊接增材、激光切割減材復合加工的方法，按照設定好的路徑，對產品進行加工，得到所需要的合格零件。本方法具有通用性強、效率高、精度高、可加工邊角難以捕捉的缺陷。

技術領域

本發明屬于焊接機器人電弧加工領域，涉及一種高精度、高效率的金屬電弧增材和減材相結合的焊接工藝方法，機器人電弧增減材成形裝置和方法。

背景技術

隨著科學技術的進步，焊接技術呈多元化發展趨勢，簡單的手工電弧焊已經不能滿足現代化焊接技術的需求，多學科已經與焊接技術相融合，機器人焊接就是這一特點的集中體現。機器人具有以下優點：(1)機器人可以預先規劃焊接路線，減少不必要的焊接損失，避免不必要的安全事故發生；(2)機器人焊縫識別跟蹤技術，可以提高焊接精度；(3)可以利用網絡遠程控制技術，使焊接更加智能化。

電弧增材制造技術，就是運用CAD技術設計數據方案，電弧加熱使金屬材料熔化，將材料逐層堆積到試樣表面，直到制造成預想的實體零件的技術。相比較傳統的鍛造工藝，這種增材制造技術成形樣品力學性能比較好、結構比較均勻、產品的缺陷比較；相比較激光、電子束而言，這種增材制造技術成本低、效率高、周期短、成形尺寸大。這一技術目前已經廣泛應用于汽車制造、航天航空、醫學工程以及日常生活等領域。

然而，隨著堆積層數的增加，可能散熱不及時會導致零件邊緣會略微收縮，存在層間界線作用，影響了零件的力學性能和結構尺寸精度。這就要求我們在增材制造過程中適量的進行減材制造。

專利申請號為201610098664.5的主題為一種激光增減材復合制造的方法與裝置的專利，利用粉末攤鋪系統在成型區域鋪一層粉末；再利用選區激光快速成形的激光掃描待成形材料，進行結構成形；然后利用激光減材制造的脈沖激光沿規劃路徑掃描成形結構的輪廓邊緣，去除表面粗糙部分；循環上述步驟，直至獲得最終的三維實體零件。然而，這種方法僅僅局限于粉末增減材，相對于金屬增減材，加工效率很低。

專利申請號為201510930912.3的主題為增減材復合加工系統及方法的專利，在增材數量達到一定程度后，利用銑削、鉆削、磨削和拋光加工，達到減材的目的，去除層間界線作用效應。然而，這種方法刀具的選擇受材料很大的限制，而且靈活性差、有些微小的邊角缺陷難以處理。

發明內容

針對以上現有技術的缺陷，本發明提出了一種全新的機器人電弧增減材方法，結合了機器人、電弧、激光切割等條件，解決了增材制造時邊緣層間界線作用，同時解決了材料限制、靈活性差、高成本、低效率等問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種機器人電弧增材和減材制造裝置及方法，其裝置包括：機器人控制柜、焊接電源、焊槍、機器人、機器人雙槍協調控制器、激光切割電源、切割槍；其中，機器人控制柜與機器人、焊接電源、激光切割電源相連接，焊接電源與焊槍相連接，激光切割電源與切割槍相連接，機器人與機器人雙槍協調控制器相連接；焊槍與切割槍固定在機器人雙槍協調控制器上；

該裝置實現機器人電弧增減材一體化的調節和控制系統，具體包括：

雙槍調節機構，為固定焊槍和切割槍；

雙槍轉換機構，為增材時使用的焊槍與減材時使用的切割槍自由切換。

作為優選方式，焊槍和切割槍通過柔性夾具固定在機器人雙槍協調控制器上。

作為優選方式，焊槍和切割槍并列放置，夾角為180°。

機器人電弧增材和減材制造方法具體步驟為：