用于slm设备的无刚性过导向的导向系统
阅读说明：本技术 用于slm设备的无刚性过导向的导向系统 (Non-rigid oversteer guidance system for SLM devices ) 是由 颜永年 胡美婷 韩丽俊 余衍然 颜家川 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统,包括机架、分别上下正对的固定安装于机架上的手套箱和中心基座、成形缸、缸体升降驱动装置和活塞杆寸动驱动装置,成形缸包括能升降运动的安装于手套箱下端底面上的缸体、动密封的插设于缸体内的活塞和固定于活塞下端的活塞杆,缸体能与SLM设备的成型箱下端成型口密封连通,缸体升降驱动装置驱动缸体升降运动,活塞杆寸动驱动装置固定安装于中心基座上并驱动活塞杆寸动下移,空心结构的活塞杆内侧壁上设有第一直线导轨或第一滑块,中心基座侧壁上设有第一滑块或第一直线导轨,第一滑块能沿纵向滑动的套装于第一直线导轨上,本发明无刚性过导向问题,提高了成形缸下移导向的可靠性。(The invention discloses a guide system without rigid over-guide for SLM equipment, which comprises a rack, a glove box, a central base, a forming cylinder, a cylinder lifting driving device and a piston rod inching driving device, wherein the glove box and the central base are respectively arranged on the rack in an up-down opposite mode and are fixedly arranged on the rack, the forming cylinder comprises a cylinder body which can be arranged on the bottom surface of the lower end of the glove box in a lifting motion mode, a piston which is inserted in the cylinder body in a dynamic sealing mode and a piston rod fixed at the lower end of the piston, the cylinder body can be communicated with a forming opening at the lower end of a forming box of the SLM equipment in a sealing mode, the cylinder lifting driving device drives the cylinder body to move up and down, the piston rod inching driving device is fixedly arranged on the central base and drives the piston rod to move down in an inching mode, a first linear guide rail or a first slide block is arranged on the inner side wall of the piston rod of a hollow structure, the first slide block can be sleeved on the first linear guide rail in a longitudinal sliding mode, the invention has no rigid over-guiding problem and improves the reliability of downward movement guiding of the forming cylinder.)
技术领域
本发明涉及一种3D激光打印技术领域，特别涉及一种用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统。
背景技术
在传统的SLM成型技术中，成型缸在纵向是止动定位的，成型缸内的活塞通过寸动下降，使得粉末逐层在成型缸内铺粉，通过激光进行逐层扫描完成工件成型，成型后先将成型箱或成型缸水平横移，使成型缸和成型箱错位，然后成形缸内活塞上升将工件升出到成形缸外侧，实现清粉取件，这种结构使得取件困难，耗费能源。
因此，大型SLM系统迫切的需要一种原位取件系统，原位取件系统成为SLM成型设备中的重要的系统。大型成形件完成后，原位不动，将成形缸垂直下移，使成形件暴露在可以叉取的状态，用叉车取出——原位取件。原位取件技术的采用，可以大大简化设备结构，增加了操作的便捷性和安全性。
原位取件系统的核心是如何将成形缸垂直下移，目前SLM系统中应用的垂直导向系统应用于成形缸垂直下移时，容易出现刚性过导向问题(一个运动体仅被一个不可调的导向约束被称为无刚性过导向；如一个运动体受两个以上不可调的刚性导向约束，即为刚性过导向)，这就容易出现导向结构复杂，导向可靠性差的问题，为此需大大提高加工精度。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统，该用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统消除了成形缸垂直下移过程中刚性过导向问题，提高了成形缸下移导向可靠性，且整个导向系统结构简单，导向逻辑关系明确，易于装配和调整。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统，包括机架、中心基座、手套箱、成形缸、缸体升降驱动装置和活塞杆寸动驱动装置，所述手套箱和中心基座分别上下正对的固定安装于机架上，成形缸包括筒状的缸体、活塞和活塞杆，其中缸体能够升降运动的安装于手套箱下端底面上，缸体能够经手套箱上端开口与SLM设备的成型箱下端成型口密封连通，缸体升降驱动装置固定安装于机架上，缸体升降驱动装置驱动缸体升降运动，活塞动密封的插设于缸体内，活塞杆固定安装于活塞下端，活塞杆寸动驱动装置固定安装于中心基座上，活塞杆寸动驱动装置驱动活塞杆寸动下移，所述活塞杆形成空心结构，活塞杆内侧壁上设有第一直线导轨或第一滑块，中心基座上端插设于活塞杆内侧，中心基座侧壁上设有第一滑块或第一直线导轨，所述第一滑块能够沿纵向滑动的套装于第一直线导轨上。
作为发明的进一步改进，所述手套箱底面上固定设有辅助导向套，成形缸的缸体能够沿纵向滑动的插设于手套箱底面上的辅助导向套内。
作为发明的进一步改进，所述辅助导向套内侧表面固定设有至少一圈第一密封圈，第一密封圈与成形缸的缸体外侧表面动密封接触。
作为发明的进一步改进，所述手套箱为下端开口的筒体结构，辅助导向套密封插设于手套箱下端内侧，辅助导向套上端表面形成手套箱底面，还设有至少一个调节螺栓，所述调节螺栓轴向止动且圆周方向能够转动的安装于辅助导向套上，调节螺栓与机架上端面活动螺接，所述机架上固定安装有第二直线导轨，辅助导向套上固定安装有第二滑块，所述第二滑块能够沿纵向滑动的套装于第二直线导轨上。
作为发明的进一步改进，所述辅助导向套呈上端外径大于下端外径的T形环套结构，辅助导向套下端设于机架内侧，辅助导向套上端密封插设于手套箱内，辅助导向套上端和下端之间形成的环状台阶结构止挡于机架上端表面上，各个调节螺栓均匀间隔的的分布于辅助导向套环状台阶结构上。
作为发明的进一步改进，所述机架内侧壁上固定安装有支座，支座上轴向止动且圆周方向能够转动的设有丝杠，丝杠上活动螺接有丝杠母，所述丝杠母与缸体外侧壁固连，机架上还固定设有第一伺服电机和第一减速机，所述第一伺服电机通过第一减速机动力输出给丝杠。
作为发明的进一步改进，所述活塞杆寸动驱动装置包括第二伺服电机、第二减速机、传动齿轮和传动齿条，所述第二伺服电机和第二减速机固定安装于中心基座上，传动齿轮能够转动的安装于中心基座上，传动齿条固定安装于活塞杆内侧壁上，传动齿轮与传动齿条啮合连接，第二伺服电机通过第二减速机驱动传动齿轮间歇转动。
作为发明的进一步改进，所述传动齿轮为斜齿轮，传动齿条为斜齿条。
作为发明的进一步改进，所述中心基座为横截面呈T形的环柱状结构，其中间柱状体插设于活塞杆下端内侧。
作为发明的进一步改进，缸体下端通过第二密封圈与活塞杆密封连接。
本发明的有益技术效果是：SLM设备的原位取件技术，大大的简化了设备结构，增加了操作的便捷性和安全性，原位取件是现代大型和超大型SLM设备的重要特征，本发明提出一种保证原位取件的内置式成形缸双动系统，成形缸的缸体和其内部的活塞均可独立垂直运动和垂直寸动(位移量为0.02mm，重复数万次，负载10吨的运动)系统，本发明的双动系统不但可以完成成形缸的缸体与活塞的独立位移，而且还消除了刚性过导向问题(即一个运动件由多种刚性不可调的导向结构导向)，从而降低了加工精度要求，本发明以中心基座为导向系统的基础结构进行导向；通过中心基座上的第一滑块或第一直线导轨与活塞杆内侧的第一直线导轨或第一滑块进行匹配，完成空心活塞杆的导向通过中心基座上的第二伺服电机、第二减速机、连轴节和传动齿轮，驱动固定在空心活塞杆内侧壁上的传动齿条，从而驱动活塞杆作重载寸动运动；空心活塞杆又带动活塞作垂直升降的寸动运动；活塞杆的轴心是成形缸的垂直寸动的轴心；活塞是成形缸成形位移的导向基础；这样，就形成了中心基座、活塞杆、活塞和成形缸的复合导向链，无刚性过导向问题；机架与中心基座为固定结构，辅助导向套与机架为可调整连接结构，通过调节螺栓对辅助导向套的调节，保证了辅助导向套的轴线与中心基座的轴心同轴，而不是通过机架的加工来保证，该种结构简单、便于实现，提高了成形缸下移导向的可靠性，且整个导向系统结构简单，导向逻辑关系明确，易于装配和调整。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明处于成形中的状态图；
图3为本发明处于成形完毕状态示意图；
图4为本发明的成形缸下降清粉状态示意图；
图5为本发明取件完成状态图；
图6为采用本发明的SLM设备主视图。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例：一种用于SLM设备的无刚性过导向的导向系统，包括机架1、中心基座2、手套箱3、成形缸、缸体4升降驱动装置和活塞杆17寸动驱动装置，所述手套箱3和中心基座2分别上下正对的固定安装于机架1上，成形缸包括筒状的缸体4、活塞16和活塞杆17，其中缸体4能够升降运动的安装于手套箱3下端底面上，缸体4能够经手套箱3上端开口与SLM设备的成型箱18下端成型口密封连通，缸体4升降驱动装置固定安装于机架1上，缸体4升降驱动装置驱动缸体4升降运动，活塞16动密封的插设于缸体4内，活塞杆17固定安装于活塞16下端，活塞杆17寸动驱动装置固定安装于中心基座2上，活塞杆17寸动驱动装置驱动活塞杆17寸动下移，所述活塞杆17形成空心结构，活塞杆17内侧壁上设有第一直线导轨5或第一滑块6，中心基座2上端插设于活塞杆17内侧，中心基座2侧壁上设有第一滑块6或第一直线导轨5，所述第一滑块6能够沿纵向滑动的套装于第一直线导轨5上。
该导向系统的中心基座2为双动运动的导向基础结构，其上的第一滑块6或第一直线导轨5与活塞杆17上的第一直线导轨5或第一滑块6匹配，完成空心的活塞杆17的导向；空心的活塞杆17带动活塞16作垂直下降运动——寸动；空心的活塞杆17向上则做一般垂直位移，活塞杆17的轴心是成形缸的垂直寸动的轴心；活塞16是成形缸成形位移的导向基础；成形缸的缸体4则通过缸体4升降驱动装置独立完成垂直上、下的位移。这样，就形成了中心基座2、活塞杆17、活塞16、成形缸的复合导向链，无刚性过导向问题。
SLM设备进行激光熔覆成形时，成形缸每次运动的时序为：
上升过程为成形缸的缸体4在先，活塞16在后，即成形缸的缸体4上升到上死点后，活塞16才从最下点上升，此时活塞16不是寸动，而是一般垂直向上位移，活塞16上升到上死点停止；
下降过程：缸体4不动，活塞16在缸体4内下降，作寸动；活塞16下降到下死点后，缸体4才下移到其下死点。
所述手套箱3底面上固定设有辅助导向套7，成形缸的缸体4能够沿纵向滑动的插设于手套箱3底面上的辅助导向套7内。通过辅助导向套7实现成形缸缸体4升降运动导向，避免缸体4在升降运动过程中发生倾斜，确保缸体4与活塞16同轴密封。
所述辅助导向套7内侧表面固定设有至少一圈第一密封圈8，第一密封圈8与成形缸的缸体4外侧表面动密封接触。通过第一密封圈8实现缸体4与手套箱3密封连接，避免成形缸的缸体4下降时粉末泄漏到手套箱3外侧。
所述手套箱3为下端开口的筒体结构，辅助导向套7密封插设于手套箱3下端内侧，辅助导向套7上端表面形成手套箱3底面，还设有至少一个调节螺栓9，所述调节螺栓9轴向止动且圆周方向能够转动的安装于辅助导向套7上，调节螺栓9与机架1上端面活动螺接，所述机架1上固定安装有第二直线导轨19，辅助导向套7上固定安装有第二滑块20，所述第二滑块20能够沿纵向滑动的套装于第二直线导轨19上。机架1与中心基座2为固定连接结构，辅助导向套7与机架1通过调节螺栓9可调整的连接，通过调节螺栓9调节辅助导向套7不同方向侧壁的高度，进而可以他调整辅助导向套7的轴线，保证了辅助导向套7的轴线与中心基座2轴心同轴，因而辅助导向套7不会使成形缸的缸体4出现刚性过导向，形成无刚性过导向结构，无需通过机架1的加工来保证，机架1加工精度要求低，便于实现。
所述辅助导向套7呈上端外径大于下端外径的T形环套结构，辅助导向套7下端设于机架1内侧，辅助导向套7上端密封插设于手套箱3内，辅助导向套7上端和下端之间形成的环状台阶结构止挡于机架1上端表面上，各个调节螺栓9均匀间隔的的分布于辅助导向套7环状台阶结构上。
所述机架1内侧壁上固定安装有支座10，支座10上轴向止动且圆周方向能够转动的设有丝杠11，丝杠11上活动螺接有丝杠母12，所述丝杠母12与缸体4外侧壁固连，机架1上还固定设有第一伺服电机和第一减速机，所述第一伺服电机通过第一减速机动力输出给丝杠11。通过第一伺服电机和第一减速机驱动丝杠11旋转，进而带动丝杠母12上升或下降，进而带动缸体4升降运动，此外，还可以通过齿轮齿条传动机构来实现，此为本领域技术人员根据本专利很容易想到的等同替换结构，属于本专利保护范围。
所述活塞杆17寸动驱动装置包括第二伺服电机13、第二减速机、传动齿轮和传动齿条14，所述第二伺服电机13和第二减速机固定安装于中心基座2上，传动齿轮能够转动的安装于中心基座2上，传动齿条14固定安装于活塞杆17内侧壁上，传动齿轮与传动齿条14啮合连接，第二伺服电机13通过第二减速机驱动传动齿轮间歇转动。通过中心基座2上的第二伺服电机13、第二减速机、连轴节和传动齿轮形成一个驱动和传动系统，驱动固定在空心活塞杆17上的传动齿条14寸动，从而驱动活塞杆17作重载寸动运动；向上做一般垂直位移，该结构简单，能够承受较大的载重，寸动运行精确，占用空间小，适合在空心活塞杆17内进行传动，此外，除了采用齿轮齿条机构进行传动外，还可以通过丝杠11螺母机构来实现传动。
所述传动齿轮为斜齿轮，传动齿条14为斜齿条。通过斜齿轮与斜齿条进行啮合传动，传动精度高，整体强度高。
所述中心基座2为横截面呈T形的环柱状结构，其中间柱状体插设于活塞杆17下端内侧。机架1与中心基座2为固定连接结构，中心基座2形成中心对称的环柱状结构，其支撑稳定。
所述缸体4下端通过第二密封圈15与活塞杆17密封连接。用于实现对缸体4下端的气密封，避免成型室内惰性气体在气压作用下外溢。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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