[發明專利]一種鋁合金電弧增材制造質量控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010853860.5
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112008198B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 余圣甫;禹潤縝;唐論;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/32;B23K9/10;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02;B23K103/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 張彩錦;梁鵬

1.一種鋁合金電弧增材制造質量控制系統，其特征在于，該控制系統包括測溫機構（1）、終端（2）、變頻器模塊（3）、控制機構（4）、機器人（5）、驅動機構（6）和加工工具頭（7），其中：

所述測溫機構（1）與所述控制機構（4）相連，用于對電弧增材制造時鋁合金堆積金屬的起弧端進行實時溫度測量，并將測得的溫度數據發送給所述控制機構（4）；

所述終端（2）與所述控制機構（4）相連，用于根據電弧增材制造的堆積路徑生成機器人控制代碼并發送給控制機構（4）；

所述變頻器模塊（3）與所述控制機構（4）及所述驅動機構（6）相連，用于接收所述控制機構（4）的變頻指令，并基于該變頻指令控制所述驅動機構（6）動作；

所述機器人（5）與所述控制機構（4）相連，其上固定有所述驅動機構（6），該驅動機構（6）上連接有所述加工工具頭（7），該加工工具頭（7）用于與堆積金屬直接接觸執行旋轉摩擦加工操作；

所述控制機構（4）用于記錄所述測溫機構（1）測得的鋁合金堆積金屬起弧端的實時溫度，并在溫度低于預設溫度時，發送變頻指令給所述變頻器模塊（3），以通過所述變頻器模塊（3）控制所述驅動機構（6）動作進而控制加工工具頭（7）以預設的速度進行自旋轉，同時還用于根據機器人控制代碼生成機器人運動指令并發送給所述機器人（5），以通過機器人（5）控制所述驅動機構（6）動作進而控制加工工具頭（7）的空間位移運動。

2.如權利要求1所述的鋁合金電弧增材制造質量控制系統，其特征在于，所述加工工具頭（7）由熱作模具鋼制成，其長度為4cm~8cm。

3.如權利要求2所述的鋁合金電弧增材制造質量控制系統，其特征在于，所述加工工具頭（7）的長度為5cm。

4.如權利要求1-3任一項所述的鋁合金電弧增材制造質量控制系統，其特征在于，所述加工工具頭（7）包括夾持部（71）及設置在該夾持部（71）上的端部（72），所述端部（72）為半球形，其直徑為單道堆積金屬寬度的85%~90%。

5.如權利要求4所述的鋁合金電弧增材制造質量控制系統，其特征在于，所述端部（72）的直徑為單道堆積金屬寬度的87%。

6.一種鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1根據電弧增材制造的堆積路徑生成機器人控制代碼，并基于控制代碼生成機器人運動指令；

S2利用測溫機構實時測量鋁合金電弧增材制造過程中的堆積金屬起弧端的溫度，并將測得的溫度發送給控制機構；

S3控制機構實時監測接收到的溫度數據，當溫度低于預設溫度時，發送變頻指令給變頻器模塊使其達到預設頻率，以通過該變頻器模塊控制驅動機構動作進而控制其上的加工工具頭以所需的速度進行自旋轉，再發送機器人運動指令給機器人，使機器人帶動驅動機構動作進而帶動所述加工工具頭垂直壓入堆積金屬起弧處，當加工工具頭壓入所需深度時，機器人帶動加工工具頭沿堆積路徑向熄弧處平移，以完成整個堆積金屬的旋轉摩擦加工。

7.如權利要求6所述的鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，所述預設溫度為200℃~300℃。

8.如權利要求7所述的鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，所述預設溫度為270℃。

9.如權利要求6所述的鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，所述預設頻率為48Hz~66Hz，以控制所述加工工具頭的自旋轉速度為1600r/min~2200r/min。

10.如權利要求6所述的鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，所述加工工具頭壓入深度為單道堆積金屬余高的17%~26%。

11.如權利要求6~10任一項所述的鋁合金電弧增材制造質量控制方法，其特征在于，所述加工工具頭沿堆積路徑的平移速度為150mm/min~260mm/min。