本发明涉及金属及复合材料的成形制造装备领域，具体涉及一种六自由度挤-锻-旋一体化成形机及成形方法。
背景技术：
1、运载工具、核电装备、国防兵器等高端装备不断向着负载重型化、运行高速化、服役环境极端化等方向发展，这对金属及其复合材料关键零部件的功能集成度、结构复杂度、强韧化、轻量化等提出了更高要求。挤压、锻造、旋压等成形工艺是制造金属及复合材料零部件的常用方法，但其成形方式和加载形式较为单一，导致其所成形零部件的结构和功能均受到极大限制。
2、挤压成形可用于制造管、棒、线、型材等，但挤压成形零部件存在长度方向截面变化严重受限、增强增韧协同难、织构显著、各向异性明显等突出问题。锻造成形可用于制造形状较为复杂的零部件，但用锻造成形技术制造具有复杂空腔、薄壁、带内外加强筋和凸台的复杂零部件时仍面临巨大挑战。旋压成形主要用于制造回转体，旋压成形的零部件的长度、内外筋的高度和宽度以及内部空腔结构的复杂程度等均严重受限。
3、挤压和锻造成形时往往需要较大的加载载荷，这导致挤压机和锻压机的尺寸和能耗通常较大。由于零部件采用挤压和锻造时所需载荷大，大型构件常常由于挤压机和锻压机吨位限制而无法制造。旋压成形采用局部加载渐进成形的思想，在减小成形载荷和提升零部件性能等方面具有显著优势。
4、将挤压、锻造、旋压等多种成形方法和及其运动形式进行有机组合可充分发挥各个工艺的优势。通过挤-锻-旋一体化成形，可在相对较小的成形载荷条件下实现复杂零部件的整体化及短流程成形制造，获得具有特殊性能和功能及复杂形状的零部件，以满足特殊服役环境下高端装备的需求，但目前相应的挤-锻-旋一体化专用设备以及成形技术缺乏。
技术实现思路
1、针对现有成形设备的局限性，本发明的目的是提供一种六自由度挤-锻-旋一体化成形机及成形方法，用于实现金属及复合材料复杂零部件的整体化及短流程成形制造，并达到增强、增韧、弱织构等效果。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种六自由度挤-锻-旋一体化成形机及成形方法，具体如下：
3、第一方面，本发明提供了一种六自由度挤-锻-旋一体化成形机，包括机架，沿着机架长度方向，在机架的一端设置第一固定梁、在机架的另一端设置第二固定梁，第一固定梁和第二固定梁之间设置第一滑块、第三滑块；在第一滑块内嵌套有第二滑块；第一滑块和第二滑块位于第一固定梁一侧；第三滑块位于第一滑块和第二固定梁之间；第一滑块和第三滑块设置在第一组导轨上，在第三滑块与第二固定梁之间沿着机架宽度方向设置第三固定梁和第四固定梁，并且第三固定梁和第四固定梁分别位于机架宽度方向的两侧，在第三固定梁和第四固定梁之间设置第四滑块和第五滑块，所述的第四滑块和第五滑块设置在第二组导轨上；在第二固定梁内侧设置有转台，并且转台位于第四滑块和第五滑块与第二固定梁之间；所述的第一滑块由第一驱动装置驱动，第二滑块由第二驱动装置驱动，且第二滑块在第二驱动装置的驱动下能穿过第一滑块；第三滑块由第三驱动装置驱动；第四滑块由第四驱动装置驱动，第五滑块由第五驱动装置驱动，所述的转台由第六驱动装置驱动。
4、作为进一步的技术方案，所述的转台中心开设有出料孔。
5、作为进一步的技术方案，还包括第一组承力柱，所述的第一组承力柱与第一固定梁、第二固定梁、第一滑块、第三滑块相连。
6、作为进一步的技术方案，还包括第二组承力柱，所述的第二组承力柱与第三固定梁、第四固定梁、第四滑块、第五滑块相连。
7、作为进一步的技术方案，所述的转台由马达和减速器驱动，马达位于第二固定梁上方，马达与减速器相连，减速器与转台相连，减速器驱动转台进行旋转。
8、作为进一步的技术方案，所述的第一驱动装置为两个平行设置的第一主缸和第二主缸；所述的第二驱动装置为一个中心缸，所述的中心缸位于第一主缸和第二主缸之间；所述的第三驱动装置为两个平行设置的第一反向缸和第二反向缸；所述的第四驱动装置为第一侧缸；所述的第五驱动装置为第二侧缸。
9、作为进一步的技术方案，第一控制单元与中心缸相连，第二控制单元与第一主缸和第二主缸相连，第三控制单元与第二侧缸相连，第四控制单元与第一侧缸相连，第五控制单元与第一反向缸、第二反向缸相连；第一动力单元直接为第一控制单元提供动力，第二动力单元直接为第三和第五控制单元提供动力，第三动力单元直接为第四控制单元提供动力，第一、第二、第三动力单元相互连通，通过第一、第二、第三阀门的开启与闭合，动态调控第二控制单元的动力。
10、作为进一步的技术方案，成形机还包括操控系统，操控系统主要包括第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块、转台、第一滑块-第二滑块-第三滑块联动、第四滑块-第五滑块联动八大控制模块以及载荷曲线和运动曲线两大显示模块。
11、作为进一步的技术方案，八大控制模块的控制形式有位移控制和力控制两种形式；第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块、转台的控制模块既可单独动作，也可联合动作；第一滑块-第二滑块-第三滑块联动的控制模块可实现三者的同时同步动作；第四滑块-第五滑块联动的控制模块可实现二者的同时同步动作；控制方式均为闭环控制。
12、作为进一步的技术方案，载荷曲线和运动曲线两大显示模块可实时显示曲线，并将数据存储到控制器中。
13、第二方面，为了实现上述目的，本发明提供还提供了一种挤-锻-旋一体化成形方法，包括如下步骤：
14、第一步，将坯料和与坯料接触的模具和挤压工具预热，其中坯料的预热温度不低于其材料熔点的20％；
15、第二步，第一滑块、第二滑块、第三滑块朝着转台方向做直线运动，第四滑块、第五滑块朝着成形机长度方向中心轴位置方向做直线运动，五个直线运动的速度大小和运动位移根据具体情况设定；
16、第三步，在第二步的直线运动中，在挤压工模具接触到坯料之前，转台开始产生持续的旋转运动，旋转运动的转速在50r/min以内；
17、或者，在第二步的直线运动中，在挤压工模具接触到坯料并使得坯料在局部区域发生一定塑性变形后，第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块产生反向直线运动，使得挤压工模具与坯料脱离后，转台发生旋转运动并旋转至一定的旋转角度，旋转运动的转速在5r/min以内，然后重复第二和第三步骤。
18、第四步，第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块产生与第二步相反的直线运动，使得挤压工具和模具与坯料脱离。
19、本发明所述的具有特殊构型、控制系统及液压系统的挤-锻-旋一体化成形机以及利用该设备进行挤-锻-旋成形的有益效果有：
20、(1)本发明通过特殊的整机构型设计以及六自由度运动的有机组合和有序控制，然后配合相应的挤压模具和工具，可以成形制造出变截面的中空薄壁并带内外环筋的复杂构件，实现挤压、锻造、旋压等技术优点的有机结合，并显著缩短成形工艺流程。
21、(2)旋转运动和直线运动的结合使得材料在变形过程中产生强烈剪切和剧烈塑性变形，有助于细化构件的微观组织结构和提升其均匀性，实现增强增韧的作用和效果。
22、(3)通孔调控挤压速度和旋转速度，可有效调控构件的微观织构，弱化构件的织构，使得构件在挤压方向和垂直挤压方向的性能相近，从而消除构件的各向异性，或者使得构件的周向性能优于轴向性能，从而有利于构件的后续胀形加工等。
23、(4)通过多个直线运动和旋转运动的有机结合，可实现局部加载和渐进成形，使得成形载荷可降低至传统成形工艺的1/3，实现以小制大。
1.六自由度挤-锻-旋一体化成形机，包括机架，沿着机架长度方向，在机架的一端设置第一固定梁、在机架的另一端设置第二固定梁，第一固定梁和第二固定梁之间设置第一滑块、第三滑块；在第一滑块内嵌套有第二滑块；
2.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，所述的转台中心开设有出料孔。
3.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，还包括第第一组承力柱，所述的第一组承力柱与第一固定梁、第二固定梁、第一滑块、第三滑块相连。
4.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，还包括第二组承力柱，所述的第二组承力柱与第三固定梁、第四固定梁、第四滑块、第五滑块相连。
5.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，所述的转台由马达和减速器驱动，马达位于第二固定梁上方，马达与减速器相连，减速器与转台相连，减速器驱动转台进行旋转。
6.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，所述的第一驱动装置为两个平行设置的第一主缸和第二主缸，所述的第二驱动装置为一个中心缸，所述的中心缸位于第一主缸和第二主缸之间，所述的第三驱动装置为两个平行设置的第一反向缸和第二反向缸，所述的第四驱动装置为第一侧缸，所述的第五驱动装置为第二侧缸。
7.如权利要求6所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，第一控制单元与中心缸相连，第二控制单元与第一主缸和第二主缸相连，第三控制单元与第二侧缸相连，第四控制单元与第一侧缸相连，第五控制单元与第一反向缸、第二反向缸相连；第一动力单元直接为第一控制单元提供动力，第二动力单元直接为第三和第五控制单元提供动力，第三动力单元直接为第四控制单元提供动力，第一、第二、第三动力单元相互连通，通过第一、第二、第三阀门的开启与闭合，动态调控第二控制单元的动力。
8.如权利要求1所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，所述的成形机还包括操控系统，操控系统包括第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块、转台、第一滑块-第二滑块-第三滑块联动、第四滑块-第五滑块联动八大控制模块以及载荷曲线和运动曲线两大显示模块。
9.如权利要求8所述的六自由度挤-锻-旋一体化成形机，其特征在于，所述的八大控制模块的控制形式有位移控制和力控制两种形式；第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块、转台的控制模块既可单独动作，也可联合动作；第一滑块-第二滑块-第三滑块联动的控制模块可实现三者的同时同步动作；第四滑块-第五滑块联动的控制模块可实现二者的同时同步动作；控制方式均为闭环控制；载荷曲线和运动曲线两大显示模块可实时显示曲线，并将数据存储到控制器。
10.本发明提供一种挤-锻-旋一体化成形方法，采用权利要求1-8所述成形机进行挤-锻-旋一体化成形，包括如下步骤：
