[發明專利]一種雙機器人協同電弧增材方法及裝置

有效

• 申請號: 202111150441.6
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113751834B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 范霽康;張建;王克鴻;楊東青;彭勇;黃勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/12
• 分類號: B23K9/12;B23K9/235;B23K9/173;B23K9/04;B23K10/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明涉及一種雙機器人協同電弧增材方法及裝置，包括如下步驟：對電弧增材樣件進行三維建模，將模型導入機器人離線路徑編程軟件中，對樣件進行工藝分區，分別為MIG增材區和等離子增材區，構件各表面至內部8～15mm范圍內所組成的幾何區域為等離子增材區，其余部分為MIG增材區；按照高度對增材樣件進行步驟分區；雙機器人依次交替進行所有步驟分區的電弧增材，直至樣件增材完成。本發明的雙絲MIG電弧增材用于實現電弧增材制造的高效率；等離子增材用于改善雙絲MIG電弧增材后增材構件的尺寸精度，提高電弧增材的表面精度，同時也可使用鎳基合金等特殊材料對構件進行全表面性能改善，從而實現高效高精度的高質量電弧增材制造。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種雙機器人協同電弧增材方法及裝置。

背景技術

電弧增材制造技術是一種采用逐層堆積的先進數字化制造技術，其中MIG電弧增材制造技術具有沉積效率高，耗費時間少等優異特點，但是存在制造精度不高的缺點，增材之后仍需要大量的去除材料才能達到外形精度要求；而等離子電弧增材制造技術雖然沉積效率低于前者，但其能量集中，無論送絲還是送粉，其增材構件尺寸精度都較高，后加工去除材料少。

專利CN112355435A公開了一種通過激光重熔提高電弧增材表面精度的方法，由于激光增材對工件的裝配精度要求高，因此對于大型構件而言裝配困難；同時低碳鋼以及高反光率的金屬使用激光進行重熔或增材的效果不佳，無法滿足這類材料的增材制造；并且激光重熔的工作效率較低，只能用于小型結構件的電弧增材制造，應用于大型結構件增材制造上會導致極大地延長產品生產制造時間，同時也無法滿足對增材構件側面進行高精度處理，因而需要尋找適用于各種尺寸、方向以及材料的高效高精度的增材制造的新的方法。

發明內容

本發明針對大型結構件增材時，沉積速率高但增材尺寸精度低的不足，提出了一種雙機器人協同高效高精度電弧增材方法及裝置，以實現高效高精度增材大型結構件。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種雙機器人協同電弧增材方法，包括如下步驟：

步驟一：對樣件進行工藝分區，構件各表面至內部8～15mm范圍內所組成的幾何區域為等離子增材區，其余部分為MIG增材區。然后按照高度對增材樣件進行步驟分區，每個步驟分區高度在50～100mm之間，從下向上分別編號為1區、2區、…、N區；

步驟二：將增材樣件三維模型導入機器人電弧增材離線編程軟件中，分別根據MIG和等離子增材工藝參數確定樣件步驟分區數據，然后按照步驟分區順序在離線編程軟件中分別生成雙絲MIG增材機器人和等離子增材機器人的增材路徑與姿態程序；

步驟三，將基板打磨清理并安裝在變位機上；

步驟四，對步驟分區第N區(初始時N＝1)進行增材，使用雙絲MIG增材機器人對第N區MIG增材區進行電弧增材；

步驟五，待第N區MIG增材區增材結束后，關閉雙絲MIG增材機器人，啟動變位機以及等離子增材機器人，對已增材構件進行角度變換，使等離子增材機器人能對已增材構件側表面進行增材，改善增材構件的尺寸表面精度以及性能(此步驟中等離子增材機器人使用的填充材料可以與雙絲MIG增材機器人使用的填充材料相同，也可以是其他材料)；

步驟六，第N區增材完成后，采用鋼刷或角磨機清理第N區上層表面，然后令N＝N+1；

步驟七，重復步驟四、五、六，直至增材構件全部完成；

步驟八：卸下基板和增材構件，采用切割法將增材構件與基板分離，當等離子增材材料與MIG增材材料不同時，同時將分離后的增材構件固定在變位機上，切割面朝上，啟動等離子增材機器人進行增材，增材結束后關閉所有設備，卸載增材構件。

進一步的，MIG增材區增材的材料為結構鋼、高氮鋼；

進一步的，等離子增材區增材的材料為結構鋼、高氮鋼、鎳基合金；