CN107336023A - 一种增减材复合加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增减材复合加工中心，包括五轴减材加工中心、激光增材打印装置；五轴减材加工中心包括底座、设在底座顶面上后部的床身、通过导轨架设在床身上的床鞍、通过导轨架设在床鞍上的滑枕、通过导轨架设在滑枕前侧的主轴箱、设在主轴箱内的主轴、设在主轴箱左侧面的刀库；床身前侧方与底座上方间设有夹持台，夹持台上设有回转C轴，夹持台通过回转B轴与床身的前侧面活动连接；激光增材打印装置包括可移动架设在床身上的激光打印头；激光打印头通过可控移动且可控拆分式的安装模块与床身连接；激光打印头的顶部设有与主轴相适配的卡柄。一机两用且共用一个位置度的空间坐标系，位置度误差小、加工更灵活加工品质好、效率高。

Description

一种增减材复合加工中心

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种增减材复合加工中心。

背景技术

机械加工最传统的办法就是利用各类机床及加工中心对坯材进行各类减材加工以得到预定的形状及尺寸。

快速成型技术的出现使得机械加工有了新的途径，就是通过材料的融熔堆积即增材加工以得到预定的形状及尺寸。

实际的一些高端产品的生产中，如航空精密制造及检测、车辆智能制造、维护与控制技术研究，建设完善航空和车辆装备制造研究平台等领域单纯通过减材加工或增材加工有时还难以完成一些特定形状零件的加工，需通过先增材加工出中间件，再对中间件进一步减材精加工以得到最终产品，有的还需局部增材和减材加工交替进行，以求达到最终精度要求，这就要前后分别使用增材加工中心、减材加工中心，需两次或多次分别装夹定位校准，这就难免产生两次或多次分别装夹造成的位置度误差，使用效果还不够理想。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种一次装夹就可完成加工的增减材复合加工中心，整个过程中不会改变复合加工中心坐标系，位置度误差小，加工品质更好、加工效率更高。

本发明为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种增减材复合加工中心，包括五轴减材加工中心、激光增材打印装置；五轴减材加工中心包括方形底座、设在底座顶面上后部的床身、通过X轴向铺设的导轨活动架设在床身上的床鞍、通过Y轴向铺设的导轨活动架设在床鞍上的滑枕、通过Z轴向铺设的导轨活动架设在滑枕前侧的主轴箱、设在主轴箱内的主轴、设在主轴箱左侧面的刀库；床身前侧方与底座上方间设有工件夹持台，工件夹持台上设有回转轴垂向设置的回转C轴，工件夹持台通过回转轴水平设置的回转B轴与床身的前侧面活动连接；激光增材打印装置包括可移动架设在床身上的激光打印头；激光打印头通过可控移动且可控拆分式的安装模块与床身连接；激光打印头的顶部设有与主轴的卡刀装置相适配的卡柄。

所述的激光打印头的背侧部设有可控拆分式的卡扣装置与安装模块卡扣连接。

所述的激光打印头与主轴的卡刀装置卡接时，激光打印头与工件间进行增材打印的空间相对运动是通过激光打印头的喷口沿前述的X轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Y轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Z轴向铺设的导轨的平移、回转C轴带动工件的转动、回转B轴带动工件的转动这五种运动的叠加完成的。

所述的底座的前侧部通过封闭输送带式的排屑器与设置在底座旁的接屑斗连接。

本发明的有益效果是：由于激光打印头通过可控移动且可控拆分式的安装模块与床身连接；激光打印头的顶部设有与主轴的卡刀装置相适配的卡柄。因此，系统可分别进行增材与减材加工互不影响，一机两用且共用一个位置度的空间坐标系，一次装夹就可完成的增减材一体化的加工，位置度误差小，加工更灵活、加工品质更好、加工效率更高，使用效果更理想。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。其中：

图1是本发明的示意图。

附图中的标记编号说明如下：主轴1、刀库2、主轴箱3、滑枕4、床鞍5、床身6、安装模块7、激光打印头8、回转B轴9、回转C轴10、底座11、排屑器12、接屑斗13

具体实施方式

本发明的实施例，如图1所示，一种增减材复合加工中心，包括五轴减材加工中心、激光增材打印装置；五轴减材加工中心包括方形底座11、设在底座11顶面上后部的床身6、通过X轴向铺设的导轨活动架设在床身6上的床鞍5、通过Y轴向铺设的导轨活动架设在床鞍5上的滑枕4、通过Z轴向铺设的导轨活动架设在滑枕4前侧的主轴箱3、设在主轴箱3内的主轴1、设在主轴箱3左侧面的刀库2；床身6前侧方与底座11上方间设有工件夹持台，工件夹持台上设有回转轴垂向设置的回转C轴10，工件夹持台通过回转轴水平设置的回转B轴9与床身6的前侧面活动连接；激光增材打印装置包括可移动架设在床身6上的激光打印头8；激光打印头8通过可控移动且可控拆分式的安装模块7与床身6连接；激光打印头8的顶部设有与主轴1的卡刀装置相适配的卡柄。

所述的激光打印头8的背侧部设有可控拆分式的卡扣装置与安装模块7卡扣连接。

所述的激光打印头8与主轴1的卡刀装置卡接时，激光打印头8与工件间进行增材打印的空间相对运动是通过激光打印头8的喷口沿前述的X轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Y轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Z轴向铺设的导轨的平移、回转C轴10带动工件的转动、回转B轴9带动工件的转动这五种运动的叠加完成的。

所述的底座11的前侧部通过封闭输送带式的排屑器12与设置在底座11旁的接屑斗13连接。

对本发明的进一步说明：

本机为集金属3D打印增材功能和五轴加工减材功能于一体，同时具备增减材加工功能。在运动机理上，采用了主轴X、Y、Z方向直线运动，工作台B、C旋转运动，实现五轴联动功能，同时激光打印头U轴能在平行于X轴坐标方向移动一定的换头距离。

整机在增材功能部件激光打印头和减材功能部件刀库安装上，采用了左右分布结构；增材的激光打印头和减材的刀库均采用BT40刀柄与主轴的连接方式，优势是机床在实现增减材功能时不改变机床坐标系。增材加工时，激光打印头U轴移动到取刀点，主轴向右及上、下移动与激光打印头连接，增材加工后，反之；激光打印头缩回原处，钣金防护罩隔离，起到防尘作用；减材加工时，主轴向左及上、下移动到取刀点，刀库机械臂动作，实现换刀动作，机械臂缩回原处，钣金防护罩隔离，起到防尘作用。

本结构左右分布，不但不影响增材加工和减材加工对零件干涉问题，同时对刀库和激光头在未使用状态时，均能得到有效的防尘保护。

增减材复合加工中心是面向航空精密制造及检测、车辆智能制造、维护与控制技术研究，建设完善航空和车辆装备制造研究平台等领域开发的增减材复合加工中心机床装备；该装备主要包括减材主体部和增材辅助部两个大部构成，减材部分由机械臂刀库、高转速高精度主轴、B、C转台加X、Y、Z三轴直线轴等构成的高速高精五轴联动加工中心，增材部分由性能优越的激光器、送粉装置和熔覆打印头等构成；增材或减材加工时，连接部分共用主轴锥孔，无干涉，可在主轴上按程序控制自动换刀及自动更换3D激光打印头。

根据零件的三维模型数据，使用激光照射喷嘴输送的粉末流，激光与输送粉末同时工作，将金属粉末材料通过激光熔化累加的方式制成实物模型的快速原型制造技术；3D打印或熔覆完成后，采用五轴联动切削功能，对3D打印零件的复杂空间曲面进行高精度加工，实现激光增材打印与金属切削机床有机复合，达到零件技术精度要求的复合加工功能；不仅具有在单位时间内实现高速成形、高速切削的性能，而且被加工零件获得高精度和高表面粗糙度功能特点。

对有些无法成形后再加工的零件，可以在局部增材后再进行减材加工。

减材机加工刀库与增材打印头共用连接主轴锥孔，编程时可以不改变机床坐标系的特点。可满足航空航天行业、汽车制造行业、高精医疗设备、军事、科研、精密器械、复杂金属零部件的成形制造、修复和喷涂加工要求。

3D打印增材制造无疑是非常高效快速的一种成型制造方式，但其产品几何尺寸精度和表面光洁度都不太理想，而传统数控机床具有高精准度和易于切削加工等优点，因此，将传统机床与近净成型增材制造相结合的混合加工技术可以兼得两者的优点，具有广阔的应用前景。这种设备用途广泛，主要应用于五轴减材数控加工、五轴增材制造、零件表面涂层改性、修复再制造、材料梯度功能结构制造以及激光淬火打标等多个方面。

五轴减材：五轴联动与三轴系统相比增加了B、C轴的摇篮式回转工作台，对工件一次装夹。一方面它实现了全方位、各角度的切削加工，有效改善工件的表面质量，提高工作效率；另一方面对于难加工材料，采用激光加热的方法，提高工件局部温度，改变被去除材料的切削性能，便于切削加工。

增材制造：五轴联动实现了增材制造从平面切片向空间曲面切片，从三轴向五轴动作的突破。五轴打印不仅可以任意角度倾斜，无需打印辅助支撑，节省大量时间和材料；而且能实现曲面定向和摆动沉积，曲面不等厚度片、体沉积等。同时可以对工件细节进行灵活修剪切削，解决了复杂、精密零件的制造难题。对于目前热门的单晶、多晶、非晶合金等都可进行“打印”。

Claims (4)

1.一种增减材复合加工中心，包括五轴减材加工中心、激光增材打印装置；五轴减材加工中心包括方形底座、设在底座顶面上后部的床身、通过X轴向铺设的导轨活动架设在床身上的床鞍、通过Y轴向铺设的导轨活动架设在床鞍上的滑枕、通过Z轴向铺设的导轨活动架设在滑枕前侧的主轴箱、设在主轴箱内的主轴、设在主轴箱左侧面的刀库；床身前侧方与底座上方间设有工件夹持台，工件夹持台上设有回转轴垂向设置的回转C轴，工件夹持台通过回转轴水平设置的回转B轴与床身的前侧面活动连接；激光增材打印装置包括可移动架设在床身上的激光打印头；其特征在于：激光打印头通过可控移动且可控拆分式的安装模块与床身连接；激光打印头的顶部设有与主轴的卡刀装置相适配的卡柄。

2.根据权利要求1所述的一种增减材复合加工中心，其特征在于：所述的激光打印头的背侧部设有可控拆分式的卡扣装置与安装模块卡扣连接。

3.根据权利要求2所述的一种增减材复合加工中心，其特征在于：所述的激光打印头与主轴的卡刀装置卡接时，激光打印头与工件间进行增材打印的空间相对运动是通过激光打印头的喷口沿前述的X轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Y轴向铺设的导轨的平移、沿前述的Z轴向铺设的导轨的平移、回转C轴带动工件的转动、回转B轴带动工件的转动这五种运动的叠加完成的。

4.根据权利要求3所述的一种增减材复合加工中心，其特征在于：所述的底座的前侧部通过封闭输送带式的排屑器与设置在底座旁的接屑斗连接。