本發(fā)明屬于電弧增材制造，涉及一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著我國工程領(lǐng)域?qū)饘俨牧闲阅苄枨筇岣叩耐瑫r，對金屬材料的生產(chǎn)效率需求同樣日益提升，增材制造的方法對于增材效率的提高具有重大意義。

2、多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材技術(shù)是在熔化極電弧增材制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，在熔化極焊槍兩側(cè)添加外部輔助送絲的增材制造工藝，該技術(shù)既能提高電弧熱量的利用率，提高增材構(gòu)件的散熱條件，降低整體熱量，也可以大幅度提高增材效率。但在增材過程中，由于結(jié)構(gòu)件熱量的逐層積累，致使外部冷絲在處于熔融階段時，易受電弧及保護(hù)氣等因素的影響，熔滴未能及時凝固，使得熔滴向外鋪展，造成結(jié)構(gòu)件道寬發(fā)生變化，不再均勻一致，致使后續(xù)的單道搭接空間不足，從而造成結(jié)構(gòu)件“上窄下寬”的缺陷，影響增材構(gòu)件的成形質(zhì)量。

3、專利號為cn202210421405.7提出了一種補(bǔ)償焊縫間隙的鋁合金板薄板對接焊縫余高控制裝置及方法。該裝置通過在焊槍旁邊添加ccd相機(jī)，獲取對接焊縫中焊縫間隙的偏差值，然后通過改變送絲機(jī)的送絲速度來進(jìn)行調(diào)整焊縫余高。但是這種方法僅僅適用于對接焊縫，適用范圍較為單一，且不能做到精確調(diào)控。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有的外部送絲熔化極電弧增材制造技術(shù)中存在的不足之處，為改善增材構(gòu)件的成形質(zhì)量，同時提高增材效率，本發(fā)明提出一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置及方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置，包括道寬預(yù)測與檢測模塊、送絲協(xié)調(diào)模塊。

4、道寬預(yù)測與檢測模塊，具體包括：固定多軸聯(lián)動送絲管的固定夾具，微型紅外傳感器ⅰ及微型紅外傳感器ⅱ位于固定夾具中間位置，微型紅外傳感器ⅰ及微型紅外傳感器ⅱ與計算機(jī)相連；固定夾具兩端分別有螺栓ⅰ和螺栓ⅱ，通過旋轉(zhuǎn)螺栓ⅰ和螺栓ⅱ調(diào)節(jié)固定夾具，從而改變兩個微型紅外傳感器的位置。道寬預(yù)測模塊則直接包括計算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)搭接模型，預(yù)測各層中的多道寬度。

5、送絲協(xié)調(diào)模塊，具體包括熔化極焊槍端的送絲和多軸聯(lián)動送絲模塊兩個部分，焊絲分別由焊絲ⅲ由焊機(jī)控制直接連接送絲管ⅲ輸送至熔化極焊槍，焊絲ⅰ通過送絲機(jī)ⅰ連接送絲管ⅰ輸送至送絲導(dǎo)絲管ⅰ，最后由導(dǎo)絲嘴ⅰ送至熔化極焊槍下端。焊絲ⅱ通過送絲機(jī)ⅱ連接送絲管ⅱ輸送至送絲導(dǎo)絲管ⅱ，最后由導(dǎo)絲嘴ⅱ送至熔化極焊槍下端。通過控制送絲機(jī)ⅰ、送絲機(jī)ⅱ以及焊機(jī)對兩邊的送絲速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6、進(jìn)一步的，兩個微型紅外傳感器位于多軸聯(lián)動送絲管中間的固定夾具中，距離熔化極焊槍噴嘴中軸線水平距離20～30cm，與工件水平面呈15～30°。

7、進(jìn)一步的，微型紅外測溫傳感器與微型紅外測距傳感器雙位一體，中間可通過旋鈕進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

8、外部冷絲送絲管與熔化極焊槍噴嘴中軸線呈15～45°，導(dǎo)絲嘴與熔化極焊槍噴嘴的直線距離為50～70mm。

9、一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制方法，具體包括以下步驟：

10、1)預(yù)設(shè)增材速度v0，增材電流，外部輔助送絲速度v1及外部輔助送絲速度v2等工藝參數(shù)；

11、2)調(diào)整多軸聯(lián)動送絲的送絲角度，調(diào)整微型紅外傳感器與熔化極噴嘴的距離以及傾斜角度，將微型紅外傳感器與計算機(jī)連接，在計算機(jī)中預(yù)設(shè)理想道寬模型，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)道寬w0；

12、3)啟動增材程序，首先進(jìn)行熔化極起弧，然后多軸聯(lián)動送絲裝置同步送絲，此時，兩個微型紅外傳感器分別開始實時檢測對焊道與基板的溫度分隔線與初試設(shè)定線的距離與紅外圖像，然后將檢測數(shù)據(jù)上傳至計算機(jī)中，在計算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算出實時道寬w1與潤濕角θ的同時；計算機(jī)同步對比預(yù)設(shè)道寬w0與實時道寬w1；

13、

14、式中：v0為熔化極焊絲的送絲速度，v1為送絲機(jī)ⅰ的送絲速度，v2為送絲機(jī)ⅱ的送絲速度，θ為所測量的潤濕角，r1送絲機(jī)ⅰ所送焊絲的半徑，r2為送絲機(jī)ⅱ所送焊絲的半徑。

15、若δw(δw＝|w0-w1|)>0，則做出調(diào)整，此時計算機(jī)給機(jī)器人控制柜發(fā)出指令，調(diào)節(jié)送絲機(jī)ⅰ以及送絲機(jī)ⅱ，改變兩根焊絲的送絲速度，按照預(yù)定算法δw與v1、v2進(jìn)行調(diào)整，若δw(δw＝|w0-w1|)＝0，則不做調(diào)整；

16、4)到達(dá)增材道熄弧點處，控制熔化極熄弧，關(guān)閉多軸聯(lián)動送絲系統(tǒng)，所有模塊進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一道增材；

17、5)重復(fù)步驟3至步驟4，直至完成增材工作，機(jī)器人回到安全點位置。

18、進(jìn)一步的，紅外測溫傳感器的測溫范圍在0～1800℃，紅外測距傳感器所測量的溫度分隔線測量范圍在0.1～10mm。

19、進(jìn)一步的，實時道寬w1的范圍為3.5～8.5mm，增材道潤濕角θ的范圍為15～45°

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

21、(1)本發(fā)明采用多軸聯(lián)動送絲熔化極電弧增材制造技術(shù)，大大提高了整體的增材效率。

22、(2)本發(fā)明中道寬預(yù)測和檢測模塊對多軸聯(lián)動送絲熔化極電弧增材焊道進(jìn)行道寬預(yù)測和檢測，并通過送絲協(xié)調(diào)模塊對三組送絲速度進(jìn)行調(diào)控，實現(xiàn)道寬一致，改善了成形效果，提高增材構(gòu)件成形質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置，其特征在于：該裝置包括道寬預(yù)測與檢測模塊、送絲協(xié)調(diào)模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置，其特征在于：微型紅外測溫傳感器(6)及微型紅外測距傳感器(7)設(shè)置于多軸聯(lián)動送絲管中間的固定夾具(8)中，距離熔化極焊槍噴嘴中軸線水平距離20～30cm，與工件水平面呈15～30°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置，其特征在于：微型紅外測溫傳感器(6)及微型紅外測距傳感器(7)雙位一體，兩者中間通過旋鈕進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置，其特征在于：送絲管與熔化極焊槍噴嘴中軸線呈15～45°，導(dǎo)絲嘴與熔化極焊槍噴嘴的直線距離為50～70mm。

5.一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制方法，其特征在于：該方法包括以下具體步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制方法，其特征在于：紅外測溫傳感器的測溫范圍在0～1800℃，紅外測距傳感器所測量的溫度分隔線測量范圍在0.1～10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制方法，其特征在于：實時道寬w1的范圍為3.5～8.5mm，增材道潤濕角θ的范圍為15～45°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多軸聯(lián)動送絲的熔化極電弧增材層寬控制裝置及方法，該裝置包括道寬預(yù)測與檢測模塊和送絲協(xié)調(diào)模塊。通過多軸聯(lián)動送絲系統(tǒng)向熔池填充冷絲，在增材過程中實時監(jiān)測焊道寬度數(shù)據(jù)，驅(qū)動送絲協(xié)調(diào)模塊動態(tài)調(diào)整內(nèi)部熱絲與外部冷絲的送絲速度耦合比例。在維持熔化極原定增材速度的前提下，利用預(yù)設(shè)的算法實現(xiàn)送絲參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，有效克服冷絲熔融狀態(tài)下受電弧熱場及結(jié)構(gòu)件溫度梯度影響導(dǎo)致的鋪展變形問題。該發(fā)明創(chuàng)新性地解決了傳統(tǒng)工藝中外冷絲熔敷不均勻造成的"上窄下寬"缺陷，通過實時反饋調(diào)節(jié)機(jī)制確保連續(xù)增材過程中層寬高度一致性，顯著提升金屬增材構(gòu)件的尺寸精度和表面質(zhì)量，適用于復(fù)雜形狀零件的精密制造領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：馮曰海,路浩,王國權(quán),王克鴻,楊東青,黃俊,周琦,張德庫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22