CN105290789B - 一种并联增减材复合制造机床及其复合制造方法 - Google Patents

一种并联增减材复合制造机床及其复合制造方法 Download PDF

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass

Abstract

本发明属于机床设计领域,涉及一种并联增减材复合制造机床及其复合制造方法。本发明公开一种并联增减材复合制造机床,该机床包括床身(1)和工作台(2),其特征在于:床身(1)顶部设有并联机构(3),并联机构(3)包括增材制造模块(4)和减材制造模块(5),增材制造模块(4)位于并联机构(3)的一侧,减材制造模块(5)位于并联机构(3)的另一侧,工作台(2)位于并联机构(3)下方。本发明无需换刀机械手即可通过控制系统很快捷地实现增减材制造过程的交替与更换,可以有效提高加工效率以及保证复杂零件加工精度,从而缩短制造周期,提高机床加工复杂零件的适应范围。

Description

一种并联増减材复合制造机床及其复合制造方法
技术领域
[0001]本发明属于机床设计领域,特别涉及一种并联增减材复合制造机床。
背景技术
[0002]増材制造技术经过几十年的发展,在制造复杂结构零件方面相对于传统加工方式 展现出了巨大优势。由于其具有制造周期短、高度自动化、材料消耗少等优点,使得这项技 术得到了越来越广泛的应用。但是目前这项技术仍然存在表面质量相对较差、尺寸精度较 低、零件材料致密性较低等缺点,加工出来的零件难以直接用于实际应用中,在通过增材制 造方法完成零件成型后往往需要利用车削、铣削、磨削等减材制造方法进行减材制造,以达 到零件所需的表面质量与尺寸精度。然而,对于结构复杂的零件表面,常因工件结构的干涉 而无法实现复杂表面的减材制造,并且,增材制造与减材制造分别进行,需要重新装夹、定 位,这样会影响加工精度与加工效率。因此,单一的増材制造或者单一的减材制造均无法胜 任结构复杂(特别是带有复杂内表面结构的零件)、表面质量要求高、尺寸精度要求高的零 件的快速高效生产,这就是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
[0003]本发明的目的是为了有效解决当前増材制造设备制造出的零件难以直接用于实 际生产的问题,提供了一种并联增减材复合制造机床,将増材制造模块和减材制造模块集 成到并联机构上,根据CAD模型数据进行増材制造和减材制造的交替,利用并联机构无累积 误差、精度较高的特点,进行复杂曲面零件的一次性成型制造,无需二次加工,并且无需换 刀机械手即可实现增材制造模块与减材制造模块功能的自动更换,可以有效提高复杂零件 的加工效率与成型精度。
[0004]根据本发明提供的第一种实施方案:
[0005] —种并联增减材复合制造机床,该机床包括床身和工作台。床身顶部设有并联机 构。并联机构包括增材制造模块和减材制造模块。增材制造模块位于并联机构的一侧(例如 右侧),减材制造模块位于并联机构的另一侧(例如左侧)。工作台位于并联机构下方。
[0006]在本发明中,并联机构还包括滑台、连杆、动平台和导轨。导轨固定在床身上。滑台 与导轨连接。连杆连接滑台和动平台。增材制造模块和减材制造模块设置在动平台上。
[0007]作为优选,连杆通过第一虎克铰与滑台连接。动平台通过第二虎克铰与连杆连接。 [0008]在本发明中,并联机构包括2-2〇个滑台,优选3-10个滑台,更优选4_8个滑台。每个 滑台配有独立的导轨,滑台在导轨上滑动。每一个滑台与一根连杆连接。
[0009] 作为优选,并联机构还包括滑台驱动装置,每台滑台驱动机构驱动一个滑台。
[0010] 在本发明中,增材制造模块包括送粉管、喷嘴总成固定装置、伸缩气杆固定装置、 伸缩气杆、喷嘴总成。送粉管位于喷嘴总成固定装置上方且与喷嘴总成相连。喷嘴总成固定 在喷嘴总成固定装置下方。喷嘴总成固定装置与伸缩气杆固定连接。伸缩气杆固定在伸缩 气杆固定装置上。伸缩气杆固定装置固定在并联机构的动平台上。
[0011]作为优选,伸缩气杆的数量为2-10根,优选3-8根,更优选为4-6根。
[0012]在本发明中,增材制造模块还包括伸缩气杆驱动装置。伸缩气杆驱动装置驱动伸 缩气杆。
[0013]在本发明中,减材制造模块包括减材工具头、减材工具头驱动装置。减材工具头驱 动装置固定在动平台上。减材工具头与减材工具头驱动装置连接,减材工具头驱动装置驱 动减材工具头。
[00M]减材制造模块可安装1、2或3个减材工具头。当减材制造模块安装2个或3个减材工 具头时,这些减材工具头并列设置或者可旋转式切换。作为优选,减材工具头为铣刀、砂轮 中的一种或两种。
[0015]在本发明中,工作台包括第一步进电机、转台、打印平台、第二步进电机、支座。转 台位于打印平台的中间。第一步进电机与转台连接并驱动转台转动。打印平台连接在支座 上。打印平台与第二步进电机连接,第二步进电机驱动打印平台。支座固定在床身上。
[0016]作为优选,转台通过推力轴承与打印平台连接。打印平台通过轴承与支座连接。 [0017]作为优选,支座上设有上下调整模块。
[0018]在本发明中,喷嘴总成包括激光头、喷嘴、光纤、送粉器及激光器。激光头通过光纤 与激光器连接。喷嘴安装在激光头上。送粉器连接喷嘴和送粉管。
[0019]作为优选,喷嘴为同轴送粉喷嘴。
[0020]在本发明中,机床还包括控制系统。控制系统与并联机构、增材制造模块、工作台 及减材制造検块连接,并控制并联机构、增材制造模块、工作台及减材制造模块。
[0021]根据本发明提供的第二种实施方式:
[0022] 一种并联增减材复合制造方法,该方法包括以下步骤:
[0023] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0024] 2)将零部件放置在工作台的打印平台上;
[0025] 3)滑台驱动装置驱动滑台在导轨上移动,使得并联机构的增材制造模块移动到零 部件的上方,伸缩气杆在伸缩气杆驱动装置的作用下伸出増材制造模块的喷嘴总成,在工 作台上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结束后,伸缩气杆通过伸缩 气杆驱动装置将喷嘴总成收起;
[0026] 4)滑台驱动装置驱动滑台在导轨上移动,使得并联机构的减材制造模块移动到零 部件的上方,减材工具头驱动装置带动减材工具头运动,根据切片数据对零部件进行减材 加工;
[0027] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0028] 根据本发明提供的第三种实施方式:
[0029] 一种并联增减材复合制造方法,该方法包括以下步骤:
[0030] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0031] 2)将零部件放置在工作台的打印平台上;
[0032] 3)滑台驱动装置驱动滑台在导轨上移动,使得并联机构的增材制造模块移动到零 部件的上方,伸缩气杆在伸缩气杆驱动装置的作用下伸出増材制造模块的喷嘴总成,在I 作台上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结束后,伸缩气杆通过伸缩 气杆驱动装置将喷嘴总成收起; < ^
[0033」4)滑n驱动装置驱动滑台在导轨上移动,使得并联机构的减材制造模块移动到零 部件的上方,减材工具头驱动装置带动减材工具头运动,根据切片数据对零部件进行减材 加工;
[0034] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0035] 6)根据要求的表面精度,将零部件放置在转台上,滑台驱动机构驱动滑台在导轨 上移动,使得并联机构的减材制造模块移动到零部件的上方,减材工具头与可旋转的转台 和打印平台配合,对零件基体表面进行加工,使零件表面精度达到预定要求,最终完成整个 增减材复合制造过程。
[0036]作为优选,所述方法通过控制系统控制。
[0037]在本发明中,所述床身顶部是指机床床身的最上面的平台,最远离地面的部分。并 联结构悬挂在床身顶部。增材制造模块可以设计在并联结构动平台的左侧,也可以设计在 动平台的右侧。同样,减材制造模块可以设计在并联机构动平台的右侧,也可以设计在动平 台的左侧。动平台左侧是指动平台上、靠近左边的位置,动平台的右侧是指动平台上、靠近 右边的位置,但是不管左侧还是右侧,都在动平台上。
[0038]在本发明中,导轨是固定在床身上的,并且不能单独活动。滑台是与导轨配合,滑 台能在导轨上左右移动,但是滑台不能脱离导轨。连杆和滑台、动平台的连接都是活动连 接,可以相互独立的活动。本发明所述的虎克铰为现有技术中的常用设备,有市售。本发明 所述的动平台是指一块活动的平台,可以前后、左右活动,也可以跟随连杆上下移动。
[0039]在本发明中,一个滑台配备一台滑台驱动装置、一根导轨、一根连杆,每个滑台是 独立运动的。连杆的一端与滑台连接,另一端连接在动平台上。连接动平台位置的选择原则 是连接后使得动平台处于水平状态。例如:当滑台数量为2时,连杆也是两根,两根连杆分别 连接在动平台两侧的中点,使得动平台处于平衡状态;当滑台数量为3时,就是有3根连杆, 根连杆分别连接在动平台的三条边或两条边上,使得3个连接点成三角形;当滑台数量为4 时,就是有4根连杆,4根连杆分别连接在动平台的四个角;当滑台数量为6时,就是有6根连 杆,其中4根连杆分别连接在动平台的四个角,另外2根连杆分别连接在相对应两侧或同一 侧或相邻侧的两边上;同理,不管有几根连接杆,每一根连接杆的一端与滑台连接,另一端 连接在动平台上,目的是通过连接杆控制动平台上下、前后、左右移动,并且当连杆不动时, 使得动平台处于稳定的状态。滑台驱动装置是驱动滑台在导轨上左右滑动的,而且每一个 滑台由一个滑台驱动装置驱动,滑台彼此间是可以相互独立移动。
[0040]在本发明中,所述增材制造模块的伸缩气杆固定装置固定在并联机构的动平台 上,伸缩气杆固定在伸缩气杆固定装置上,喷嘴总成固定装置固定在伸缩气杆上,喷嘴总成 固定在喷嘴总成固定装置上。伸缩气杆的装置是可以上下移动的,因为伸缩气杆固定装置 是固定连接在动平台上,伸缩气杆可以上下移动,因此,伸缩气杆相对于动平台可以上下移 动。伸缩气杆驱动装置驱动伸缩气杆上下移动。
[0041]在本发明中,减材制造模块的减材工具头驱动装置可以固定在动平台上,也可以 活动固定在动平台上,也就是说,工作的时候,减材工具头驱动装置相对与动平台来说是固 定的,如果需要更换,也可以将减材工具头驱动装置取下来。减材工具头驱动装置驱动减材 工具头运动,可以上下、左右、前后运动,例如重复的圆周运动、往复的直线运动等。减材工 具头可以包括一个工具,也可以包括多个工具,多个工作可以自由切换。减材制造模块可安 装1、2或3个减材工具头。当减材制造模块安装2个或3个减材工具头时,这些减材工具头并 列设置或者可旋转式切换。减材工具头可以是铣刀、砂轮等磨、削、减工具。
[0042]在本发明中,所述工作台的转台位于打印平台中间,转台相对与打印平台可以在 X-Y平面内转动,第一步进电机驱动转台在打印平台中间转动。整个打印平台又可以相对于 支座可以在Y-Z平面内转动,第二步进电机驱动打印平台转动。支座固定在床身(或地面)上 保持静置。支座上设有上下调整模块,可以调整支座相对与床身上下移动;也就是说调整打 印平台距离床身底部(或地面)的距离;也可以说是调整打印平台距离并联机构(增材制造 模块或减材制造模块)的距离。
[0043]在本发明中,控制系统与机床的各个部件连接,并控制各部件,实现智能加工。
[0044] 在本实用新型中,所述增材制造模块与减材制造模块中心轴的距离是指增材制造 模块的中心轴与减材制造模块的中心轴之间的距离。增材制造模块与减材制造模块中心轴 的距离大于增材制造模块的直径与减材制造模块的直径之和。其中增材制造模块与减材制 造模块中心轴的距离为10-200cm,优选为20-100cm。
[0045] 在本发明中,所述固定连接可以通过焊接、螺钉等连接方式。本发明未进行限定和 说明的装置或操作方法均为本领域的公知常识。
[0046]与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:
[0047] 1.本发明所述的一种并联增减材复合制造机床,通过在并联机构上对増材制造模 块和减材制造模块进行集成,不需要换刀机械手即可通过控制系统很快捷地实现增减材制 造过程的交替与更换,可以有效提高加工效率以及保证复杂零件加工精度。并且充分利用 并联机构加工曲面的灵活性,在成型后利用铁削刀具或砂轮进行加工,大大提高机床加x 复杂零件的适应范围。
[0048] 2 •本发明所述的一种并联增减材复合制造机床,可以在同一个工作台上实现増材 制造和减材制造的交替,能够快速实现结构复杂的零部件的精密成型与加工。其中増材制 造模块的喷嘴总成可以通过伸缩气杆动作实现伸出和收起,避免在减材制造过程中其与加 工零件发生干涉,同时増材制造模块和减材制造模块通过控制系统进行连接,以保证两者 工作的协调。相较于传统的加工方式,具有制造周期短的优点,相较于普通的増材制造方 式,具有表面质量好的特点。
[0049] 3.本发明所述的一种并联增减材复合制造机床,其增材制造模块的喷嘴选用同轴 送粉喷嘴,同轴送粉喷嘴相较于侧向送粉喷嘴有利于提高粉末流量和熔覆层形状的#定性 与均匀性,从而改善金属成型件的精度和质量。 ~
附图说明
[0050] 图1为本发明的总体结构示意图
[0051] 图2为本发明的并联机构的结构图
[0052] 图3为本发明的増材制造模块的结构图 [0053]图4为本发明的打印平台的结构图 [0054]图5为本发明的减材制造模块的结构图 [0055]图6为本发明喷嘴总成示意图
[0056]图7为本发明包含控制系统结构示意图
[0057]图8为本发明控制系统示意图 [0058]图9为本实用新型结构示意图。
[0059]附图标记:1:床身;2:工作台;201:第一步进电机;202:转台;203:打印平台;204: 第二步进电机;205:支座;206:推力轴承;207:轴承;208:上下调整模块;3:并联机构;301: 滑台;302:连杆;303:动平台;304:导轨;305:第一虎克铰;306:第二虎克铰;307:滑台驱动 装置;4:增材制造模块;401:送粉管;402:喷嘴总成固定装置;403:伸缩气杆固定装置;404: 伸缩气杆;405:喷嘴总成;40501:激光头;40502:喷嘴;40503:光纤;40504:送粉器;40505: 激光器;406:伸缩气杆驱动装置;5:减材制造模块;501:减材工具头;502:减材工具头驱动 装置;6:控制系统;d:增材制造模块与减材制造模块中心轴的距离。
具体实施方式
[0060] 根据本发明提供的第一种实施方案:
[0061] 一种并联增减材复合制造机床,该机床包括床身1和工作台2。床身1顶部设有并联 机构3。并联机构3包括增材制造模块4和减材制造模块5。增材制造模块4位于并联机构3的 一侧(例如右侧),减材制造模块5位于并联机构3的另一侧(例如左侧)。工作台2位于并联机 构3下方。
[0062] 在本发明中,并联机构3还包括滑台301、连杆302、动平台303和导轨304。导轨304 固定在床身1上。滑台301与导轨304连接。连杆302连接滑台301和动平台303。增材制造模块 4和减材制造模块5设置在动平台303上。
[0063]作为优选,连杆302通过第一虎克铰305与滑台301连接。动平台303通过第二虎克 铰306与连杆302连接。
[0064] 在本发明中,并联机构3包括2-20个滑台301,优选3-10个滑台301,更优选4-8个滑 台301。每个滑台301配有独立的导轨304,滑台301在导轨304上滑动。每一个滑台301与一根 连杆302连接。
[0065]作为优选,并联机构3还包括滑台驱动装置307,每台滑台驱动机构307驱动一个滑 台 301。
[0066] 在本发明中,增材制造模块4包括送粉管401、喷嘴总成固定装置402、伸缩气杆固 定装置403、伸缩气杆404、喷嘴总成405。送粉管401位于喷嘴总成固定装置402上方且与喷 嘴总成405相连。喷嘴总成405固定在喷嘴总成固定装置402下方。喷嘴总成固定装置402与 伸缩气杆404固定连接。伸缩气杆404固定在伸缩气杆固定装置403上。伸缩气杆固定装置 403固定在并联机构3的动平台303上。
[0067]作为优选,伸缩气杆404的数量为2-10根,优选3-8根,更优选为4-6根。
[0068] 在本发明中,增材制造模块4还包括伸缩气杆驱动装置406。伸缩气杆驱动装置406 驱动伸缩气杆404。
[0069] 在本发明中,减材制造模块5包括减材工具头501、减材工具头驱动装置502。减材 工具头驱动装置502固定在动平台303上。减材工具头501与减材工具头驱动装置502连接, 减材工具头驱动装置502驱动减材工具头501。
[0070]减材制造模块可安装1、2或3个减材工具头。当减材制造模块安装2个或3个减材工 具头时,这些减材工具头并列设置或者可旋转式切换。作为优选,减材工具头501为铣刀、砂 轮中的一种或两种。
[0071] 在本发明中,工作台2包括第一步进电机201、转台202、打印平台203、第二步进电 机204、支座205。转台202位于打印平台203的中间。第一步进电机201与转台202连接并驱动 转台202转动。打印平台203连接在支座205上。打印平台203与第二步进电机204连接,第二 步进电机204驱动打印平台203。支座205固定在床身1上。
[0072] 作为优选,转台202通过推力轴承206与打印平台203连接。打印平台203通过轴承 207与支座205连接。
[0073]作为优选,支座205上设有上下调整模块208。
[0074] 在本发明中,喷嘴总成405包括激光头40501、喷嘴40502、光纤40503、送粉器40504 及激光器40505。激光头40501通过光纤40503与激光器40505连接。喷嘴40502安装在激光头 40501上。送粉器40504连接喷嘴40502和送粉管401。
[0075] 作为优选,喷嘴40502为同轴送粉喷嘴。
[0076] 在本发明中,机床还包括控制系统6。控制系统6与并联机构3、增材制造模块4、工 作台2及减材制造模块5连接,并控制并联机构3、增材制造模块4、工作台2及减材制造模块 5〇
[0077] 作为优选,增材制造模块与减材制造模块中心轴的距离(d)为10-200Cm,优选20-100cm〇
[0078] 根据本发明提供的第二种实施方式:
[0079] —种并联增减材复合制造方法,该方法包括以下步骤:
[0080] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0081] 2)将零部件放置在工作台2的打印平台203上;
[0082] 3)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的增材制造模 块4移动到零部件的上方,伸缩气杆404在伸缩气杆驱动装置406的作用下伸出増材制造模 块4的喷嘴总成405,在工作台2上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结 束后,伸缩气杆404通过伸缩气杆驱动装置406将喷嘴总成405收起;
[0083] 4)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模 块5移动到零部件的上方,减材工具头驱动装置502带动减材工具头501运动,根据切片数据 对零部件进行减材加工;
[0084] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0085] 根据本发明提供的第三种实施方式:
[0086] 一种并联增减材复合制造方法,该方法包括以下步骤:
[0087] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0088] 2)将零部件放置在工作台2的打印平台203上;
[0089] 3)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的增材制造模 块4移动到零部件的上方,伸缩气杆404在伸缩气杆驱动装置406的作用下伸出増材制造模 块4的喷嘴总成405,在工作台2上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结 束后,伸缩气杆4〇4通过伸缩气杆驱动装置4〇6将喷嘴总成405收起;
[0090] 4)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模 块5移动到零部件的上方,减材工具头驱动装置5〇2带动减材工具头501运动,根据切片数据 对零部件进行减材加工;
[0091] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0092] 6)根据要求的表面精度,将零部件放置在转台202上,滑台驱动机构307驱动滑台 301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模块5移动到零部件的上方,减材工具头 501与可旋转的转台2〇2和打印平台2〇3配合,对零件基体表面进行加工,使零件表面精度达 到预定要求,最终完成整个增减材复合制造过程。
[0093]作为优选,所述方法通过控制系统6控制。
[0094]实施例1
[0095]如图1,一种并联增减材复合制造机床,该机床包括床身1和工作台2。床身1顶部设 有并联机构3。并联机构3包括增材制造模块4和减材制造模块5。增材制造模块4位于并联机 构3的一侧(例如右侧),减材制造模块5位于并联机构3的另一侧(例如左侧)。工作台2位于 并联机构3下方。
[0096] 如图2,并联机构3还包括滑台301、连杆302、动平台303和导轨304。导轨304固定在 床身1上。滑台301与导轨304连接。连杆302连接滑台301和动平台303。增材制造模块4和减 材制造模块5设置在动平台303上。连杆302通过第一虎克铰305与滑台301连接。动平台303 通过第二虎克铰306与连杆302连接。并联机构3包括4个滑台,4根导轨,4根连杆,4台滑动驱 动装置3〇7,每台滑台驱动机构307驱动一个滑台301。4根连杆分别连接在动平台的4个角。 [0097]如图3,增材制造模块4包括送粉管401、喷嘴总成固定装置402、伸缩气杆固定装置 4〇3、2根伸缩气杆404、喷嘴总成405。2根伸缩气杆分别固定在伸缩气杆固定装置403的两 侦J。送粉管401位于喷嘴总成固定装置402上方且与喷嘴总成405相连。喷嘴总成405固定在 喷嘴总成固定装置402下方。喷嘴总成固定装置402与伸缩气杆404固定连接。伸缩气杆404 固定在伸缩气杆固定装置403上。伸缩气杆固定装置403固定在并联机构3的动平台303上。 伸缩气杆驱动装置驱动伸缩气杆。喷嘴总成405包括激光头40501、喷嘴40502、光纤40503、 送粉器40504及激光器40505。激光头40501通过光纤40503与激光器40505连接。喷嘴40502 安装在激光头40501上。送粉器40504连接喷嘴40502和送粉管401。喷嘴40502为同轴送粉喷 嘴。
[0098] 如图4,工作台2包括第一步进电机201、转台202、打印平台203、第二步进电机204、 支座205。转台202位于打印平台203的中间。第一步进电机201与转台202连接并驱动转台 202转动。打印平台203连接在支座205上。打印平台203与第二步进电机204连接,第二步进 电机204驱动打印平台203。支座205固定在床身1上。转台202通过推力轴承206与打印平台 203连接。打印平台203通过轴承207与支座205连接。
[0099] 如图5,减材制造模块5包括减材工具头501、减材工具头驱动装置502。减材工具头 驱动装置502固定在动平台303上。减材工具头501与减材工具头驱动装置502连接,减材工 具头驱动装置502驱动减材工具头501。减材工具头501为铣刀。
[0100] 实施例2
[0101] 重复实施例1,机床还包括控制系统6。控制系统6与并联机构3、增材制造模块4、工 作台2及减材制造模块5连接,并控制并联机构3、增材制造模块4、工作台2及减材制造模块 5〇
[0102] 实施例3
[0103] 重复实施例1,只是支座205上设有上下调整模块208。
[0104] 实施例4
[0105] 重复实施例1,只是滑台301的数量为6个,6根连杆3〇2,连杆302的一端分别连接一 个滑台301,其中4根连杆302分别连接动平台303的4个角,另外2根连杆连接动平台较长边 的一侧,距离侧边三分之一的位置。
[0106] 实施例5
[0107]重复实施例1,只是伸缩气杆404的数量为4根。
[0108] 实施例6
[0109]重复实施例1,只是减材工具头501为砂轮。
[0110] 实施例7
[0111] 重复实施例1,只是增材制造模块与减材制造模块中心轴的距离⑹为50cm。
[0112] 实施例8
[0113] 一种并联增减材复合制造方法,利用实施例1的装置,该方法包括以下步骤:
[0114] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0115] 2)将零部件放置在工作台2的打印平台203上;
[0116] 3)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的增材制造模 块4移动到零部件的上方,伸缩气杆404在伸缩气杆驱动装置406的作用下伸出増材制造模 块4的喷嘴总成405,在工作台2上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结 束后,伸缩气杆404通过伸缩气杆驱动装置406将喷嘴总成405收起;
[0117] 4)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模 块5移动到零部件的上方,减材工具头驱动装置502带动减材工具头501运动,根据切片数据 对零部件进行减材加工;
[0118] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0119] 实施例9
[0120] 一种并联增减材复合制造方法,利用实施例2的装置,该方法包括以下步骤:
[0121] 1)根据零部件结构的三维模型得到切片数据;
[0122] 2)将零部件放置在工作台2的打印平台203上;
[0123] 3)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的增材制造模 块4移动到零部件的上方,伸缩气杆404在伸缩气杆驱动装置406的作用下伸出増材制造模 块4的喷嘴总成405,在工作台2上完成零部件全部或部分的打印,零部件全部或部分打印结 束后,伸缩气杆404通过伸缩气杆驱动装置406将喷嘴总成405收起;
[0124] 4)滑台驱动装置307驱动滑台301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模 块5移动到零部件的上方,减材工具头驱动装置502带动减材工具头501运动,根据切片数据 对零部件进行减材加工;
[0125] 5)重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
[0126] 6)根据要求的表面精度,将零部件放置在转台202上,滑台驱动机构307驱动滑台 301在导轨304上移动,使得并联机构3的减材制造模块5移动到零部件的上方,减材工具头 501与可旋转的转台202和打印平台203配合,对零件基体表面进行加工,使零件表面精度达 到预定要求,最终完成整个增减材复合制造过程。

Claims (24)

1. 一种并联增减材复合制造机床,该机床包括床身(1)和工作台(2),其特征在于:床身 (1)顶部设有并联机构⑶,并联机构⑶包括增材制造模块⑷和减材制造模块⑸,增材制 造模块⑷位于并联机构(3)的一侧,减材制造模块(5)位于并联机构(3)的另一侧,工作台 ⑵位于并联机构⑶下方;所述并联机构⑶还包括滑台(301)、连杆(302)、动平台(303)和 导轨(304),导轨(304)固定在床身(1)上,滑台(301)与导轨(304)连接,连杆(302)连接滑台 (301) 和动平台(303),增材制造模块(4)和减材制造模块(5)设置在动平台(303)上,连杆 (3〇2)通过第一虎克铰(3〇5)与滑台(301)连接,动平台(303)通过第二虎克铰(306)与连杆 (302) 连接; 所述增材制造模块(4)包括送粉管(401)、喷嘴总成固定装置(402)、伸缩气杆固定装置 (403)、伸缩气杆(404)、喷嘴总成(405),其中送粉管(401)位于喷嘴总成固定装置(402)上 方且与喷嘴总成(405)相连,喷嘴总成(405)固定在喷嘴总成固定装置(402)下方,喷嘴总成 固定装置(402)与伸缩气杆(404)固定连接,伸缩气杆(404)固定在伸缩气杆固定装置(403) 上,伸缩气杆固定装置(403)固定在并联机构(3)的动平台(303)上。
2.根据权利要求1所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述并联机构(3)包 括2-20个滑台(301),每个滑台(301)配有独立的导轨(304),滑台(301)在导轨(304)上滑 动,每一个滑台(301)与一根连杆(302)连接。
3.根据权利要求2所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:并联机构(3)还包括 滑台驱动装置(307),每台滑台驱动装置(307)驱动一个滑台(301)。
4.根据权利要求2所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述并联机构(3)包 括3-10个滑台(301)。
5.根据权利要求1所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:伸缩气杆(4〇4)的数 量为2-10根。
6.根据权利要求5所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述增材制造模块 (4)还包括伸缩气杆驱动装置(4〇6),伸缩气杆驱动装置(406)驱动伸缩气杆(404)。
7.根据权利要求1_6中任一项所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述减材 制造模块(5)包括减材工具头(5〇1)、减材工具头驱动装置(502),减材工具头驱动装置 (502)固定在动平台(303)上,减材工具头(501)与减材工具头驱动装置(5〇2)连接,减材工 具头驱动装置(502)驱动减材工具头(501)。
8.根据权利要求7所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述减材工具头 (501)为铣刀、砂轮中的一种或两种。
9.根据权利要求1_6或8中任一项所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述 工作台⑵包括第一步进电机(2〇1)、转台(20¾、打印平台(203)、第二步进电机(204)、支座 (20f5),转台(2〇2)位于打印平台(2〇3)的中间,第一步进电机(201)与转台(2〇2)连接并驱动 转台(2〇2)转动,打印平台(2〇3)连接在支座(2〇5)上,打印平台(203)与第二步进电机(204) 连接,第二步进电机(204)驱动打印平台(2〇3),支座(205)固定在床身(1)上。
10.根据权利要求7所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述工作台(2)包括 第一步进电机(201)、转台(202)、打印平台(203)、第二步进电机(204)、支座(205),转台 (202)位于打印平台(203)的中间,第一步进电机(201)与转台(202)连接并驱动转台(202) 转动,打印平台(203)连接在支座(2〇5)上,打印平台(203)与第二步进电机(204)连接,第二 步进电机(204)驱动打印平台(203),支座(205)固定在床身(1)上。
11.根据权利要求9所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述转台(2〇2)通过 推力轴承(206)与打印平台(2〇3)连接,打印平台(2〇3)通过轴承(207)与支座(205)连接。
12. 根据权利要求10所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述转台(2〇2)通 过推力轴承(206)与打印平台(203)连接,打印平台(203)通过轴承(207)与支座(205)连接。
13. 根据权利要求9所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述支座(2〇5)上设 有上下调整模块(208)。
14. 根据权利要求10、11、12中任一项所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所 述支座(205)上设有上下调整模块(208)。
15.根据权利要求1-6、8、10-13中任一项所述的并联增减材复合制造机床,其特征在 于:所述喷嘴总成(405)包括激光头(4〇5〇1)、喷嘴(4〇5〇2)、光纤(40503)、送粉器(40504)及 激光器(40505),激光头(40501)通过光纤(40503)与激光器(4〇5〇5)连接,喷嘴(40502)安装 在激光头(40501)上,送粉器(4〇5〇4)连接喷嘴(40S02)和送粉管(401)。
16.根据权利要求7所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:所述喷嘴总成(405) 包括激光头(40501)、喷嘴(40502)、光纤(40503)、送粉器(40504)及激光器(40505),激光头 (40501)通过光纤(40503)与激光器(40505)连接,喷嘴(40502)安装在激光头(40501)上,送 粉器(40504)连接喷嘴(40502)和送粉管(401)。
17.根据权利要求I5所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:喷嘴(40502)为同 轴送粉喷嘴。
18. 根据权利要求I6所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:喷嘴(40502)为同 轴送粉喷嘴。
19. 根据权利要求1-6、8、10-13、16-18中任一项所述的并联增减材复合制造机床,其特 征在于:机床还包括控制系统(6),控制系统(6)与并联机构(3)、增材制造模块⑷、工作台 (2)及减材制造模块⑸连接,并控制并联机构(3)、增材制造模块(4)、工作台⑵及减材制 造模块⑸。 2〇 •根据权利要求7所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:机床还包括控制系 统(6),控制系统⑹与并联机构(3)、增材制造模块(4)、工作台⑵及减材制造模块⑸连 接,并控制并联机构(3)、增材制造模块⑷、工作台(2)及减材制造模块⑸。
21. 根据权利要求9所述的并联增减材复合制造机床,其特征在于:机床还包括控制系 统(6),控制系统(6)与并联机构(3)、增材制造模块(4)、工作台⑵及减材制造模块⑸连 接,并控制并联机构⑶、增材制造模块(4)、工作台⑵及减材制造模块⑸。
22. —种并联增减材复合制造方法或使用权利要求1-21中任一项所述的复合制造机床 进行并联增减材复合制造的方法,该方法包括以下步骤: 1) 根据零部件结构的三维模型得到切片数据; 2) 将零部件放置在工作台⑵的打印平台(203)上; 3) 滑台驱动装置(307)驱动滑台(301)在导轨(304)上移动,使得并联机构(3)的增材制 造模块(4)移动到零部件的上方,伸缩气杆(404)在伸缩气杆驱动装置(406)的作用下伸出 増材制造模块⑷的喷嘴总成(405),在工作台⑵上完成零部件全部或部分的打印,零部件 全部或部分打印结束后,伸缩气杆(404)通过伸缩气杆驱动装置(406)将喷嘴总成(405)收 起; 4) 滑台驱动装置(3〇7)驱动滑台(3〇1)在导轨(304)上移动,使得并联机构⑶的减材制 造模块(5)移动到零部件的上方,减材工具头驱动装置(502)带动减材工具头(501)运动,根 据切片数据对零部件进行减材加工; 5) 重复步骤3)和4),完成整个零部件的打印。
23.根据权利要求22所述的方法,其特征在于:所述方法还包括: 6) 根据要求的表面精度,将零部件放置在转台(202)上,滑台驱动机构(307)驱动滑台 (3〇1)在导轨(3〇4)上移动,使得并联机构(3)的减材制造模块(5)移动到零部件的上方,减 材工具头(501)与可旋转的转台(2〇2)和打印平台(2〇3)配合,对零件基体表面进行加工,使 零件表面精度达到预定要求,最终完成整个增减材复合制造过程。
24.根据权利要求23所述的方法,其特征在于:所述方法通过控制系统⑹控制。
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