CN106964993A - 一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备与方法 - Google Patents

一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法，包括:成型设备驱动机构、金属送丝机构、水冷机、高压Ar保护气瓶、中央控制系统、换刀装置、冷却液系统等。成型装置驱动机构包括Z方向移动导轨、用于搭载铣刀的铣削机械臂、用于搭载冷金属焊枪的焊接机械臂、Y方向控制器、设置在导轨支撑架上的Y方向移动导轨、X方向移动导轨、X方向控制器、Z方向控制器；3D打印机基座上设有变位器；本设备冷金属焊枪实现增材制造，相比于以激光为热源的3D打印机，提高零件生产效率；同时用铣刀铣削焊接加工的表面，大大地提高了零件的表面质量。

Description

一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术，尤其涉及一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法。
背景技术
冷金属过渡焊接技术简称CMT，它是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。但是对于一些形状复杂，表面精度要求较高的零件，单纯的冷金属过渡焊接就很难实现。所以需要加入另外的装置保证工件加工表面的质量。
从2004年Fronius公司提出冷金属过渡起，经过十几年的发展，冷金属过渡技术逐渐引起人们的关注，市面上的冷金属焊接设备也不断的增多，但是目前市场上还没有成熟的基于CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备。
与传统的激光焊接3D打印设备相比，采用以CMT为热源的3D打印机能大大的降低生产成本，提高工件的生产效率。而且这种3D打印设备还能适用于加工尺寸较大，形状复杂的工件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法。本发明克服了传统打印精度不高，生产效率低，打印尺寸较小等问题，同时尽量减少支撑结构的存在。
本发明通过下述技术方案实现：
一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3D打印机基座16；3D打印机基座16上设有变位器33；
所述成型装置驱动机构1包括Z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、Y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的Y方向移动导轨12、X方向移动导轨19、X方向控制器20、Z方向控制器21；
Y方向移动导轨12与Y方向控制器13共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器13固定在X方向移动导轨19上，可驱动X方向移动导轨19沿Y方向做往复直线运动；
X方向移动导轨19与X方向控制器20共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器20与Z方向控制器21固连，X方向移动导轨19与X方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿X方向做往复直线运动；
Z方向移动导轨9与Z方向控制器21共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故Z方向移动导轨9与Z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿Z方向做往复直线运动。
所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、X转动架24；X转动架24为待加工零件的成型基台；
所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，X转动架24安装在转动平台23的中部；X转动架24可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。
所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。
所述刀架18还连接有一冷却液系统7，用于在铣削过程中给铣刀17降温；
所述冷金属焊枪15还连接有一水冷机4，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；
密封成型室还连接有一个高压Ar保护气瓶5，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；
密封成型室内还设有一换刀装置8，用于更换不同型号的铣刀17。
所述中央控制系统6与成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、冷却液系统7、换刀装置8相联接，控制相互之间协同有序的作业。
所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备的运行方法，包括如下步骤：
(1)、将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统6；并设置好各项参数；
(2)、密封成型室内通保护气；中央控制系统6控制成型装置驱动机构1、冷金属焊枪15、铣刀17与变位器33工作台的相对位置，使它们处于待命状态；
(3)、中央控制系统6控制冷金属焊枪15达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构2协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪15的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；
(4)、当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪15回到初始位置，铣刀17运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；
(5)、如此重复步骤3、步骤4，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1.3D打印机基座上设有变位器；通过两个旋转自由度的平台，加上成型驱动机构的X、Y、Z轴移动自由度，可实现空间任意位置的加工。
2.通过旋转成型平台，可以调整工件与焊枪或铣刀的最佳角度，尽可能地提高加工质量，同时还可以尽可能地减少或避免支撑结构的存在。
3.拥有两个Z轴移动臂，其中之一接冷金属焊枪，另一个接铣刀。冷金属焊枪实现增材制造，这相比于传统的激光加工，提高了加工的效率，减小加工成本；铣刀实现减材制造，主要处理焊枪加工过的零件，可以提高零件的加工精度。
4.与采用传统送粉方式加工零件的3D打印机相比，本复合加工3D打印装备采用送丝结构可以避免材料的浪费和环境的污染。
附图说明
图1为本发明CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备结构总示意图。
图2为图1局部结构示意图。
图3为图2变位器结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至3所示。本发明公开了一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3D打印机基座16；3D打印机基座16上设有变位器33；
所述成型装置驱动机构1包括Z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、Y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的Y方向移动导轨12、X方向移动导轨19、X方向控制器20、Z方向控制器21；
Y方向移动导轨12与Y方向控制器13共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器13固定在X方向移动导轨19上，可驱动X方向移动导轨19沿Y方向做往复直线运动；
X方向移动导轨19与X方向控制器20共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器20与Z方向控制器21固连，X方向移动导轨19与X方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿X方向做往复直线运动；
Z方向移动导轨9与Z方向控制器21共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故Z方向移动导轨9与Z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿Z方向做往复直线运动。
所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、X转动架24；X转动架24为待加工零件的成型基台；
所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，X转动架24安装在转动平台23的中部；X转动架24可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。
所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。
所述刀架18还连接有一冷却液系统7，用于在铣削过程中给铣刀17降温；
所述冷金属焊枪15还连接有一水冷机4，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；
密封成型室还连接有一个高压Ar保护气瓶5，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；
密封成型室内还设有一换刀装置8，用于更换不同型号的铣刀17。
所述中央控制系统6与成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、冷却液系统7、换刀装置8相联接，控制相互之间协同有序的作业。
本发明CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备的运行方法如下：
(1)、将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统6；并设置好各项参数；
(2)、密封成型室内通保护气；中央控制系统6控制成型装置驱动机构1、冷金属焊枪15、铣刀17与变位器33工作台的相对位置，使它们处于待命状态；
(3)、中央控制系统6控制冷金属焊枪15达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构2协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪15的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；
(4)、当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪15回到初始位置，铣刀17运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；
(5)、如此重复步骤3、步骤4，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构(1)、金属送丝机构(2)、中央控制系统(6)、3D打印机基座(16)；其特征在于：3D打印机基座(16)上设有变位器(33)；
所述成型装置驱动机构(1)包括Z方向移动导轨(9)、用于搭载铣刀(17)的铣削机械臂(10)、用于搭载冷金属焊枪(15)的焊接机械臂(11)、Y方向控制器(13)、设置在导轨支撑架(14)上的Y方向移动导轨(12)、X方向移动导轨(19)、X方向控制器(20)、Z方向控制器(21)；
Y方向移动导轨(12)与Y方向控制器(13)共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器(13)固定在X方向移动导轨(19)上，可驱动X方向移动导轨(19)沿Y方向做往复直线运动；
X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器(20)与Z方向控制器(21)固连，X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿X方向做往复直线运动；
Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨(9)与铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)固连，故Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿Z方向做往复直线运动。
2.根据权利要求1所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，其特征在于：所述变位器(33)包括变位器支撑臂结构(22)、转动平台(23)、X转动架(24)；X转动架(24)为待加工零件的成型基台；
所述转动平台(23)通过转轴(25)可转动连接在变位器支撑臂结构(22)上，X转动架(24)安装在转动平台(23)的中部；X转动架(24)可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台(23)可绕转轴(25)做360°方向的旋转运动。
3.根据权利要求2所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，其特征在于：所述焊接机械臂(11)用于安装冷金属焊枪(15)；冷金属焊枪(15)的金属丝材由金属送丝机构(2)及金属丝材存储箱(3)提供；铣削机械臂(10)用于安装铣刀(17)及其刀架(18)。
4.根据权利要求3所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，其特征在于：所述刀架(18)还连接有一冷却液系统(7)，用于在铣削过程中给铣刀(17)降温；
所述冷金属焊枪(15)还连接有一水冷机(4)，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；
密封成型室还连接有一个高压Ar保护气瓶(5)，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；
密封成型室内还设有一换刀装置(8)，用于更换不同型号的铣刀(17)。
5.根据权利要求4所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，其特征在于：所述中央控制系统(6)与成型装置驱动机构(1)、金属送丝机构(2)、冷却液系统(7)、换刀装置(8)相联接，控制相互之间协同有序的作业。
6.一种权利要求5所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备的运行方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统(6)；并设置好各项参数；
(2)密封成型室内通保护气；中央控制系统(6)控制成型装置驱动机构(1)、冷金属焊枪(15)、铣刀(17)与变位器(33)工作台的相对位置，使它们处于待命状态；
(3)中央控制系统(6)控制冷金属焊枪(15)达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构(2)协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪(15)的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；
(4)当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪(15)回到初始位置，铣刀(17)运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；
(5)如此重复步骤(3)、步骤(4)，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。
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