金属零件电弧增材制造过程的复杂热循环状态往往导致成形件的微观组织晶粒粗大,内部缺陷萌生,力学性能弱化。如何提高金属增材零件的力学性能是领域内的研究重点和难点之一。传统电弧焊接领域已有应用的随焊锤击、碾压、超声冲击等方法为这一问题提供了可行的探索方向。但传统随焊处理设备一般都设备庞大,锤击速度较慢,锤击力和锤击频率可调范围窄。本文提出了一种基于压电致动器的新型随焊微锤锻技术,压电致动器体积小巧,力输出大,频率高,响应快,尤其适用于高速电弧增材过程同步锤击的应用。本课题针对铝合金零件电弧增材制造过程中容易产生气孔、晶粒粗大和变形等问题,设计了一种利用压电驱动的随焊锤锻设备,其工作原理为:在增材过程中,用锤头锤击焊缝,利用高频且大力输出的振动头直接冲击工件表面,达到提升成形件力学性能的效果。首先完成了锤击装置的硬件机构设计,设计实现了压电致动器预紧力可调,内置压力传感器实时检测压电致动预紧状态和锤击力输出大小。设计了滚动机构消除切向力对压电陶瓷本体的潜在破坏。在VS2017环境下开发高频锤锻系统锤锻力波形控制(正弦波、方波)系统,锤锻力数据采集系统(将数据存入CSV文件,方便数据处理)。该基于压电致动器的锤击装置体积仅略大于普通MIG焊枪,远小于已有的各类随焊处理设备。针对电弧增材制造应用需求,提出并定义锤击密度概念:随焊运动状态下,在单位长度单位时间内的锤击次数和锤击力,来衡量锤击作用覆盖全熔积层的有效性。针对熔积层表面高度波动可能引起机器人锤击头末端受压过载或无接触空载的问题,提出了相应的随焊表面贴合自适应追踪算法,设计了相应的控制系统,可实现在电弧熔积过程中,自动追踪熔积层表面,保持基础接触压力在合适范围内。测试结果表明,控制系统能够实现表面贴合追踪,但动态性能有所不足,这主要是由于基于步进电机的升降系统响应时间较长。针对可能的单机器人电弧熔积-同步锤锻系统应用场景,研究了锤击路径对电弧熔积路径的动态跟随问题。假定锤锻头与焊枪刚性连接,在熔积路径非直线时,锤锻头必须做定轴转动保持持续锤基熔积层表面。针对几种典型轨迹计算了跟踪轨迹的解析算法。最后利用对随焊锤击工艺过程进行了定点焊锤击的物理模拟,以分立研究锤击对已凝固高温区的影响和对液态熔池的影响。结果表明加入锤击作用后晶粒得到了一定程度细化,由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶;振动熔池实验中,振幅对晶粒细化的影响比振动频率更明显,且振幅越大,晶粒细化效果越好,但振动频率在100Hz时,出现了明显的树枝状晶体断裂。这可能是由于该频率最接近树枝状晶体的共振频率,此时,熔体中产生的相对运动和碰撞更加频繁,并且树枝状断裂的程度得到改善;锤击已凝固焊缝实验中,锤击频率变化对晶粒细化的影响比锤击力变化作用更加明显,一定范围内锤击频率越大,晶粒细化效果越好。