CN107735209A - 加工机械 - Google Patents

Abstract

加工机械(100)具备：刀具主轴(121)，其用于保持工件(400)的减材加工的刀具；增材加工用头(21)，其可拆装地安装固定于刀具主轴(121)，在增材加工时喷出材料粉末，并且照射激光；以及头储存器(151)，其用于将增材加工用头(21)储存于加工区域外(250)。增材加工用头(21)具有：头主体(22)，其供激光导入；以及激光工具(26)，其可拆装地设于头主体(22)，出射激光，并且，确定工件(400)上的激光的照射区域。加工机械(100)具备：激光工具储存器(171)，其用于储存多个激光工具(26)；以及激光工具更换装置(161)，其在头主体(22)与激光工具储存器(171)之间更换激光工具(26)。通过采用上述结构，增材加工时的生产率优异。

Description

加工机械

技术领域

本发明一般而言涉及加工机械，更特定而言涉及可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。

背景技术

关于以往的加工机械，在例如日本特开2004-314168号公报中公开有泵设备类的激光堆焊装置，其目的在于不在母材产生裂纹、迅速且准确地进行堆焊(专利文献1)。专利文献1所公开的激光堆焊装置具有：粉末供给机，其将氩气作为载气来供给金属材料(粉末)；涡流式粉末供给喷嘴，其使被供给来的金属材料与氩气均匀地混合，同时将氩气和氮气的混合气体用作保护气体；以及多轴机器人，其使涡流式粉末供给喷嘴移动。

另外，在日本特开2012-206137号公报中公开了一种修补装置，其目的在于不借助人手就能容易地进行堆焊(专利文献2)。专利文献2所公开的修补装置具有：材料供给部；激光装置，其照射激光点光；以及焊接机器人，其具有多关节的臂，使激光点光沿着三维方向移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-314168号公报

专利文献2：日本特开2012-206137号公报

发明内容

发明要解决的问题

作为通过使材料附着来使工件形成三维形状的方法，存在增材加工法(Additivemanufacturing)。另一方面，作为通过去除材料而使工件形成三维形状的方法，存在减材加工法(Subtractive manufacturing)。在增材加工中，在加工前后工件的质量增加，在减材加工中，在加工前后工件的质量减少。活用各加工法的特性，进行将增材加工和减材加工组合来获得工件的最终的形状的加工。

在此，增材加工法之一存在指向性能量堆积法(Directed Energy Deposition)。在指向性能量堆积法中，从增材加工用头向工件喷出材料粉末，并且照射能量线。然而，适于增材加工的能量线的照射区域的形状、大小由于所执行的增材加工的不同而不同。因此，在增材加工用头没有设置用于变更能量线的照射区域的形状、大小的部件的情况下，会导致增材加工时的生产率大幅度地受损。

因此，本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种增材加工时的生产率优异的加工机械。

用于解决问题的方案

本发明的加工机械是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备：刀具保持部，其能够移动地设于加工区域内，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头，其能够拆装地安装固定于刀具保持部，在工件的增材加工时喷出材料粉末，并且照射能量线；以及头储存器，其用于将增材加工用头储存于加工区域外。增材加工用头具有：主体部，其供能量线导入；以及出射部，其能够拆装地设于主体部，出射能量线，并且，确定工件上的能量线的照射区域。加工机械具备：出射部储存器，其设于加工区域外，用于储存在工件上确定的能量线的照射区域彼此不同的多个出射部；以及出射部更换装置，其在主体部与出射部储存器之间更换出射部。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种增材加工时的生产率优异的加工机械。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的加工机械的主视图。

图2是表示在图1中的加工机械中、增材加工时的加工区域内的情形的立体图。

图3是表示增材加工用头相对于刀具主轴的安装固定状态的图。

图4是表示图1中的增材加工用头的内部构造的立体图。

图5是表示图1中的增材加工用头的内部构造的另一立体图。

图6是示意性地表示图1中的增材加工用头的光学系统的图。

图7是表示图1中的增材加工用头的顶端部的立体图。

图8是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。

图9是用于说明图1中的刀具主轴的回转范围的图。

图10是表示在图1中的加工机械中可进行增材加工的工件的最大径的一个例子的主视图。

图11是表示在图1中的加工机械中可进行增材加工的工件的最大长度的一个例子的主视图。

图12是表示从图1中的箭头XII所示的方向观察到的加工机械的立体图。

图13是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的第1工序的图。

图14是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的第2工序的图。

图15是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的第3工序的图。

图16是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的第4工序的图。

图17是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的第5工序的图。

图18是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第1工序的图。

图19是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第2工序的图。

图20是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第3工序的图。

图21是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第4工序的图。

图22是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第5工序的图。

图23是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第6工序的图。

图24是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的第7工序的图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同的附图标记。

图1是表示本发明的实施方式的加工机械的主视图。在图1中，通过透视构成加工机械的外观的罩体，来表示加工机械的内部。图2是表示在图1中的加工机械中、增材加工时的加工区域内的情形的立体图。

参照图1和图2，加工机械100是可进行工件的增材加工(AM(Additivemanufacturing)加工)和工件的减材加工(SM(Subtractive manufacturing)加工)的AM/SM混合加工机。加工机械100具有使用了固定刀具的车削功能和使用了旋转刀具的铣削功能来作为SM加工的功能。

首先，对加工机械100的整体构造进行说明，加工机械100具有机座136、第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121以及下刀架131。

机座136是用于支承第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121以及下刀架131的基座构件，设于工厂等的安装面。第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121和下刀架131设于被防溅板210划分形成的加工区域200。

第1主轴台111和第2主轴台116在沿着水平方向延伸的Z轴方向上彼此相对地设置。第1主轴台111具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件旋转的第1主轴112，第2主轴台116具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件旋转的第2主轴117。第1主轴112设置成能以与Z轴平行的中心轴线201为中心旋转，第2主轴117设置成能以与Z轴平行的中心轴线202为中心旋转。在第1主轴112和第2主轴117设有用于可拆装地保持工件的卡盘机构。

第2主轴台116设置成可利用各种进给机构、引导机构、伺服马达等沿着Z轴方向移动。

刀具主轴(上刀架)121在使用了旋转刀具的铣削加工时使旋转刀具旋转。刀具主轴121设置成能以与沿着铅垂方向延伸的X轴平行的中心轴线203为中心旋转。在刀具主轴121设有用于可拆装地保持旋转刀具的夹具机构。

刀具主轴121被未图示的立柱等支承于机座136上。刀具主轴121设置成，能够利用设于立柱等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等沿着X轴方向、沿着水平方向延伸且与Z轴方向正交的Y轴方向、以及Z轴方向移动。安装固定于刀具主轴121的旋转刀具的加工位置三维地移动。刀具主轴121还设置成能以与Y轴平行的中心轴线204为中心回转。

此外，在图1中并未示出，但在第1主轴台111的周边设有：自动刀具更换装置，其用于对安装固定于刀具主轴121的刀具进行自动更换；以及刀具库，其用于收纳要安装固定于刀具主轴121的更换用的刀具。

下刀架131用于安装固定车削加工用的多个固定刀具。下刀架131是所谓的转塔形，呈放射状安装多个固定刀具，进行回转分度。

更具体而言，下刀架131具有回转部132。回转部132设置成能以与Z轴平行的中心轴线206为中心回转。在以中心轴线206为中心沿着其周向隔开间隔的位置安装有用于保持固定刀具的刀具保持件。通过回转部132以中心轴线206为中心回转，从而保持到刀具保持件的固定刀具沿着周向移动，车削加工所使用的固定刀具被分度。

下刀架131被未图示的滑鞍等支承于机座136上。下刀架131设置成，能够利用被设于滑鞍等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等沿着X轴方向和Z轴方向移动。

加工机械100还具有增材加工用头21。增材加工用头21通过向工件喷出材料粉末并且照射能量线来进行增材加工(指向性能量堆积法(Directed Energy Deposition))。作为能量线，可代表性地列举出激光和电子束。在本实施方式中，增材加工使用激光。

增材加工用头21具有头主体(主体部)22、激光工具(出射部)26以及电缆接头23。

向头主体22导入激光和材料粉末。激光工具26朝向工件出射激光，并且，确定工件上的激光的照射区域。激光工具26可拆装地设于头主体22(之后详细地说明)。电缆接头23设置为用于将后述的电缆24与头主体22连接的接头。

加工机械100还具有材料粉末供给装置70、激光振荡装置76以及电缆24。

材料粉末供给装置70将增材加工所使用的材料粉末朝向增材加工用头21供给。材料粉末供给装置70具有用于贮存增材加工所使用的材料粉末的材料粉末罐72以及用于对材料粉末和载气进行混合的混合部71。激光振荡装置76使增材加工所使用的激光振荡。

电缆24包括：光纤，其用于将激光从激光振荡装置76朝向增材加工用头21引导；配管，其用于将材料粉末从材料粉末供给装置70朝向增材加工用头21引导；以及管构件，其用于收纳上述光纤和上述配管。

图3是表示增材加工用头相对于刀具主轴的安装固定状态的图。参照图1～图3，增材加工用头21可拆装地设于刀具主轴121。增材加工用头21中的头主体22可拆装地设于刀具主轴121。

在增材加工时，增材加工用头21被安装固定于刀具主轴121。通过刀具主轴121沿着X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动，从而由增材加工用头21进行的增材加工的加工位置三维地移位。在减材加工时，增材加工用头21与刀具主轴121分离，被储存于后述的头储存器151。

在刀具主轴121设有夹紧机构，在增材加工用头21相对于刀具主轴121安装固定时，该夹紧机构动作，从而增材加工用头21与刀具主轴121连结。作为夹紧机构的一个例子，可列举出利用弹力获得夹紧状态而利用液压获得非夹紧状态的机构。

刀具主轴121具有安装固定部罩156(在图1～图3中未图示。参照图12)。安装固定部罩156可拆装地设于刀具主轴121。

在减材加工时，安装固定部罩156替代增材加工用头21而被安装固定于刀具主轴121。安装固定部罩156以覆盖刀具主轴121的供增材加工用头21安装固定的部分的方式设置。由此，防止减材加工时产生的冷却介质、雾、切屑附着于刀具主轴121的供增材加工用头21安装固定的部分。在增材加工时，安装固定部罩156与刀具主轴121分离，储存于后述的头储存器151。

接下来，更详细地说明图1中的增材加工用头21的构造。

图4是表示图1中的增材加工用头的内部构造的立体图。图5是表示图1中的增材加工用头的内部构造的另一立体图。在图中示出激光工具26与头主体22分离开的状态。

参照图4和图5，首先，对头主体22和激光工具26的连结机构进行说明。头主体22和激光工具26分别具有连结部51和连结部52。在连结部51和连结部52内置有夹紧机构，在激光工具26相对于头主体22安装固定时，该夹紧机构动作，从而连结部51和连结部52被彼此连结。作为夹紧机构的一个例子，可列举出利用弹力获得夹紧状态而利用液压获得非夹紧状态的机构。

接着，说明增材加工用头21中的用于对工件照射激光的机构。电缆接头23和头主体22具有光纤41、激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44以及激光通路壳体45。

向光纤41引导来自电缆24的激光。光纤41与激光入射管42连接。激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44和激光通路壳体45以所列举的顺序相连地设置。激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44以及激光通路壳体45形成了头主体22中的激光的通路。

激光工具26具有激光通路壳体48和激光出射壳体49。激光通路壳体48和激光出射壳体49相连地设置。激光通路壳体48和激光出射壳体49形成了激光工具26中的激光的通路。

头主体22和激光工具26分别具有连接部46和连接部47。在激光工具26相对于头主体22安装固定时，通过连接部47与连接部46连接，激光的通路在头主体22和激光工具26之间连通。

图6是示意性地表示图1中的增材加工用头的光学系统的图。参照图4～图6，电缆接头23和头主体22具有准直透镜61、反射镜62、反射镜63以及保护玻璃64。

准直透镜61被收纳于激光入射管42。准直透镜61使从光纤41输入来的激光成为平行光而朝向反射镜62和反射镜63发送。反射镜62和反射镜63分别被收纳于激光通路壳体43和激光通路壳体45。反射镜62和反射镜63使来自准直透镜61的激光反射而朝向激光工具26发送。

保护玻璃64设于连接部46。保护玻璃64是为了相对于外部气氛保护被内置到头主体22的光学零部件而设置的。

激光工具26具有保护玻璃65、聚光透镜66以及保护玻璃67。聚光透镜66收纳于激光通路壳体48。聚光透镜66是用于使激光向工件上聚光的透镜，设置为确定工件上的激光的照射区域的光学零部件。确定工件上的激光的照射区域的光学零部件并不限于聚光透镜66，例如也可以是镜。

保护玻璃65和保护玻璃67分别设于连接部47和激光出射壳体49。保护玻璃65和保护玻璃67是为了相对于外部气氛保护被内置到激光工具26的光学零部件而设置的。

与所执行的增材加工的条件相应地，多个激光工具26(在图6中，激光工具26A、激光工具26B以及激光工具26C)中的任一个激光工具26被选择性地安装固定于头主体22。对于多个激光工具26而言，在工件上确定的激光的照射区域的形状、大小彼此不同。

以在图6中所示的例子来说，激光工具26A具有聚光透镜66A，利用该聚光透镜66A在工件上确定直径2mm的圆形的照射区域。激光工具26B具有均化器68和聚光透镜66B，利用该均化器68和聚光透镜66B在工件上确定3mm×8mm的矩形的照射区域。激光工具26C具有聚光透镜66C，利用该聚光透镜66C在工件上确定直径4mm的圆形的照射区域。

图7是表示图1中的增材加工用头的顶端部的立体图。参照图4～图7，说明增材加工用头21中的用于向工件喷出材料粉末的机构。激光工具26具有固定构件81、旋转构件86以及喷嘴部78(在图4和图5中，喷嘴部78被省略)。

固定构件81与激光出射壳体49相邻地设置。固定构件81相对于激光出射壳体49设于激光通路壳体48的相反侧。固定构件81固定于构成激光工具26的另一零部件地设置。

旋转构件86设置成能够以中心轴线221(参照图7)为中心旋转。中心轴线221在沿着从激光工具26朝向工件照射的激光311的光轴的方向上延伸。在本实施方式中，中心轴线221与激光311的光轴重叠。旋转构件86在中心轴线221的轴向上与固定构件81连续地设置。即，旋转构件86和固定构件81在中心轴线221的轴向上排列设置。

喷嘴部78朝向工件喷出材料粉末。喷嘴部78经由配管接头87(参照图5)而与旋转构件86连接。从图1中的电缆24导入到增材加工用头21的材料粉末经由固定构件81和旋转构件86向喷嘴部78供给。

喷嘴部78从旋转构件86沿着激光311的照射方向延伸出来。喷嘴部78设于沿着其半径方向与中心轴线221(激光311的光轴)分开的位置。喷嘴部78在从旋转构件86延伸出来的顶端具有用于喷出材料粉末的喷出口78j。喷出口78j在沿着其半径方向与中心轴线221(激光311的光轴)分开的位置开口。喷出口78j与在工件上形成的激光311的照射区域(点)相对而开口。

喷嘴部78随着旋转构件86以中心轴线221为中心旋转而绕朝向工件照射的激光311沿着周向移动。特别是在本实施方式中，作为旋转构件86的旋转中心的中心轴线221与激光311的光轴重叠，因此，喷嘴部78以激光311的光轴为中心旋转移动。

头主体22具有作为旋转驱动源的伺服马达31和离合器摩擦片32。激光工具26具有离合器摩擦片33、旋转轴34以及传动带35。

离合器摩擦片32与伺服马达31的输出轴连接。旋转轴34与离合器摩擦片33连接。在激光工具26相对于头主体22安装固定时，离合器摩擦片33与离合器摩擦片32摩擦卡合，从而从伺服马达31输出的旋转向旋转轴34传递。传动带35绕挂于设于旋转轴34和旋转构件86的带轮(未图示)之间。旋转轴34的旋转借助传动带35向旋转构件86传递，从而旋转构件86以中心轴线221为中心旋转。

对于本实施方式中的增材加工用头21，在伺服马达31的控制下，以增材加工用头21相对于工件的相对移动方向为基准，以材料粉末从喷嘴部78朝向工件喷出的方向恒定的方式驱动喷嘴部78而使其旋转。

图8是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。参照图2和图8，在增材加工时，由于安装固定有增材加工用头21的刀具主轴121的移动和/或保持工件400的第1主轴台111的第1主轴112的旋转，使激光工具26与工件400相对、同时使增材加工用头21和工件400相对地移动。此时，从增材加工用头21(激光工具26)朝向工件400喷出激光311、材料粉末312、屏蔽和承载用的气体313。由此，在工件400的表面形成熔点314，其结果，材料粉末312熔接。

具体而言，在工件400的表面形成堆焊层316。堆焊原材料315在堆焊层316上堆积。若堆焊原材料315被冷却，则成为在工件400的表面形成有可加工的层的状态。作为材料粉末，能够利用铝合金和镁合金等的金属粉末、陶瓷粉末。

图9是用于对图1中的刀具主轴的回转范围进行说明的图。参照图9，刀具主轴121设置成能够以中心轴线204为中心回转。刀具主轴121的回转范围是以刀具主轴121的主轴端面123朝向下方的姿势(图1中所示的姿势)为基准的±120°的范围。在图9中示出从图1中所示的姿势回转+120°的角度的刀具主轴121。优选的是，刀具主轴121的回转范围是从图1中所示的姿势回转±90°以上的范围。

在增材加工用头21安装固定于刀具主轴121的增材加工时，若使刀具主轴121回转，则增材加工用头21也与刀具主轴121成为一体而回转。由此，能够使由增材加工用头21进行的增材加工的朝向(激光相对于工件的照射方向)自由地变化。

图10是表示在图1中的加工机械中可进行增材加工的工件的最大径的一个例子的主视图。图11是表示在图1中的加工机械中可进行增材加工的工件的最大长度的一个例子的主视图。

参照图9～图11，刀具主轴121具有筒部122。筒部122是构成刀具主轴121的外观的壳体，沿着中心轴线203呈筒状延伸，在其顶端与主轴端面123相连。

增材加工用头21可拆装地被安装固定于刀具主轴121中的筒部122(即，刀具主轴121的侧面)。安装固定到筒部122的增材加工用头21配置于从中心轴线203观察时沿着其半径方向隔开距离的位置。

根据这样的结构，增材加工用头21的从刀具主轴121的主轴端面123突出的长度变小，因此，能够将可进行增材加工的工件的尺寸设定得较大。

例如，在图10中，设想了对工件400的外周面进行增材加工的情况。此时，为了使增材加工用头21与工件400的外周面相对地进行扫描，使刀具主轴121保持在主轴端面123朝向下方的姿势。在本实施方式中，增材加工用头21的从刀具主轴121的主轴端面123突出的长度较小，因此，可进行增材加工的工件400的最大径D能够设定得更大。

另外，在图11中，设想了对安装固定到第1主轴台111的工件400的端面进行增材加工的情况。此时，使增材加工用头21与工件400的端面相对地进行扫描，因此，使刀具主轴121保持在主轴端面123朝向侧方的姿势。在本实施方式中，增材加工用头21的从刀具主轴121的主轴端面123突出的长度较小，因此，能够将可进行增材加工的工件的最大长度L设定得更大。

接下来，对图1中的增材加工用头21的储存构造进行说明。

图12是表示从图1中的箭头XII所示的方向观察到的加工机械的立体图。参照图1和图12，加工机械100还具有头储存器151、激光工具储存器171以及激光工具更换装置161。

头储存器151将增材加工用头21储存于加工区域外250。头储存器151设于在Z轴方向上与加工区域200相邻的位置。头储存器151设于第2主轴台116的上方。增材加工用头21以与激光工具26分离开的状态(头主体22和电缆接头23的状态)储存于头储存器151。

头储存器151具有头支承部152、罩支承部157、盖154以及移动机构部153。

头支承部152构成为可支承增材加工用头21。在本实施方式中，头支承部152具有底座形状，增材加工用头21载置于头支承部152。

罩支承部157构成为可支承安装固定部罩156。罩支承部157设于在Y轴方向上与头支承部152相邻的位置。罩支承部157与头支承部152设置成一体。

盖154设置为在增材加工时用于覆盖头支承部152的罩构件。盖154具有平板形状。盖154设置成能以与Z轴平行的中心轴线207为中心摆动。盖154随着以中心轴线207为中心的摆动运动而在从上方覆盖头支承部152的第1状态与从头支承部152退避的第2状态之间变化。

移动机构部153使头支承部152和罩支承部157在加工区域200与加工区域外250之间移动。移动机构部153由对头支承部152和罩支承部157进行引导的引导机构(未图示)、使头支承部152和罩支承部157运动的致动器等构成。致动器的种类并没有特别限定，但在本实施方式中使用汽缸。更具体而言，汽缸的活塞杆与头支承部152和罩支承部157连接。随着活塞杆在Z轴方向上的伸缩运动，头支承部152和罩支承部157在加工区域200和加工区域外250之间往复移动。

激光工具储存器171设于加工区域外250，对在工件上确定的激光的照射区域彼此不同的多个激光工具26(以在图6中所示的例子来说，激光工具26A、激光工具26B以及激光工具26C)进行储存。激光工具更换装置161在头主体22(安装固定到刀具主轴121的增材加工用头21)与激光工具储存器171之间更换激光工具26。

激光工具储存器171和激光工具更换装置161设于加工区域外250。激光工具储存器171和激光工具更换装置161设于从加工区域200观察时在Z轴方向上比头储存器151更靠里的位置。

激光工具储存器171具有激光工具支承部172。激光工具支承部172构成为可支承多个激光工具26。

在本实施方式中，激光工具支承部172具有以与Z轴平行的中心轴线208为中心的环形状，设置成能以中心轴线208为中心回转。在以中心轴线208为中心沿着其周向隔开间隔的位置安装有用于保持激光工具26的激光工具保持件。激光工具保持件的数量并没有特别限定，在本实施方式中是5个。通过激光工具支承部172以中心轴线208为中心回转，保持到激光工具保持件的激光工具26沿着周向移动，增材加工所使用的激光工具26配置于预定位置(以下称为“激光工具分度位置”)。

在本实施方式中，激光工具分度位置位于具有环形状的激光工具支承部172的顶部。头储存器151设于从Z轴方向观察时不与激光工具分度位置重叠的位置。

激光工具更换装置161具有移动机构部163。移动机构部163使激光工具26在加工区域200与加工区域外250之间移动。移动机构部163由对激光工具26进行引导的引导机构(未图示)、使激光工具26运动的致动器等构成。致动器的种类并没有特别限定，但在本实施方式中使用汽缸。更具体而言，汽缸的活塞杆与激光工具支承部172中的配置到激光工具分度位置的激光工具26连结。随着活塞杆在Z轴方向上的伸缩运动，激光工具26在加工区域200和加工区域外250之间往复移动。

加工机械100还具有头储存器罩(第1罩)141和激光工具储存器罩(第2罩)143。

头储存器罩141以使加工区域200与加工区域外250之间分隔开的方式设置。头储存器罩141构成用于划分形成加工区域200的防溅板210的一部分。激光工具储存器罩143以覆盖被储存到激光工具储存器171的多个激光工具26的方式设置。激光工具储存器罩143以使供头储存器151配置的空间与供激光工具储存器171配置的空间分隔开的方式设于加工区域外250。

头储存器罩141具有头储存器门(第1开闭构件)142。通过头储存器门142设为闭状态，加工区域200和加工区域外250之间被分隔开，通过头储存器门142设为开状态，加工区域200与加工区域外250之间开通。若头储存器门142设为开状态，则可进行加工区域200和加工区域外250之间的增材加工用头21的移动。头储存器门142的形态并没有特别限定，但在本实施方式中，头储存器门142以折叠式的门的形态设置。

激光工具储存器罩143具有激光工具储存器门(第2开闭构件)144。通过激光工具储存器门144设为闭状态，供头储存器151配置的空间与供激光工具储存器171配置的空间之间被分隔开，通过激光工具储存器门144设为开状态，供头储存器151配置的空间与供激光工具储存器171配置的空间之间开通。若头储存器门142和激光工具储存器门144设为开状态，则可进行加工区域200与加工区域外250之间的激光工具26的移动。激光工具储存器门144的形态并没有特别限定，但在本实施方式中，激光工具储存器门144以向一方向滑动的闸门的形态设置。

接下来，对增材加工时的激光工具26的更换的流程进行说明。图13～图17是示意性地表示增材加工时的激光工具更换的工序的图。

参照图13，在加工区域200中，在安装固定到刀具主轴121的增材加工用头21安装固定有激光工具26A。在增材加工时，激光工具储存器门144设为闭状态。另一方面，用于导入材料粉末和激光的电缆24在加工区域200与加工区域外250之间延伸，因此，头储存器门142设为开状态。在更换激光工具26之前，在激光工具支承部172中，将激光工具分度位置设为空闲空间。

首先，在加工区域200中，使刀具主轴121向与头储存器门142相邻的位置(以下称为“激光工具更换位置”)移动。此时，通过使刀具主轴121以中心轴线204为中心回转，设为主轴端面123朝向侧方的姿势。

参照图14，激光工具储存器门144设为开状态。通过使移动机构部163动作，使移动机构部163的活塞杆从加工区域外250进入加工区域200。使移动机构部163的活塞杆与安装固定到增材加工用头21的激光工具26A连结，并且，将增材加工用头21中的激光工具26A的夹紧解除。

参照图15，通过使移动机构部163动作，使移动机构部163的活塞杆从加工区域200返回加工区域外250。在激光工具支承部172中，将激光工具26A保持于激光工具分度位置。

参照图16，通过使激光工具支承部172以中心轴线208为中心回转，将激光工具26B配置于激光工具分度位置。此时，移动机构部163的活塞杆与激光工具26B连结。

参照图17，通过使移动机构部163动作，使移动机构部163的活塞杆从加工区域外250进入加工区域200。由此，使激光工具26B从激光工具支承部172移动到增材加工用头21。在增材加工用头21中将激光工具26B夹紧。

之后，通过使移动机构部163动作，使移动机构部163的活塞杆从加工区域200返回加工区域外250。激光工具储存器门144设为闭状态。利用以上的工序，激光工具26的更换完成。

在本实施方式中，能够利用激光工具更换装置161将安装固定于增材加工用头21的激光工具26迅速地更换成适于要执行的增材加工的激光工具26。由此，能够使增材加工时的生产率提高。

另外，在增材加工时，头储存器门142设为开状态，因此，随着增材加工而在加工区域200飞舞的材料粉末进入加工区域外250。在本实施方式中，能够利用激光工具储存器门144设为闭状态的激光工具储存器罩143，来防止材料粉末附着于被储存到激光工具储存器171的激光工具26。另外，在减材加工时，也能够利用由头储存器罩141和激光工具储存器罩143构成的两层罩构造，来更可靠地防止减材加工时产生的冷却介质、雾、切屑进入激光工具储存器171内。

此外，为了进一步可靠地防止异物向激光工具储存器罩143内的进入，也可以设为利用空气吹扫来使激光工具储存器罩143内的压力提高的结构。

接下来，对从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头21的安装固定的流程进行说明。

图18～图24是示意性地表示从减材加工向增材加工转换时的增材加工用头安装固定的工序的图。

参照图18，在减材加工时，头储存器门142和激光工具储存器门144设为闭状态。在加工区域200中，在第1主轴台111安装固定有进行了减材加工的工件400。在加工区域外250，在头储存器151储存有增材加工用头21。在激光工具储存器171中，下一增材加工时所使用的激光工具26配置于激光工具分度位置。

首先，在加工区域200中，使刀具主轴121向与头储存器门142相邻的位置移动。此时，刀具主轴121设为主轴端面123朝向下方的姿势。

参照图19，通过将头储存器门142设为开状态，使加工区域200与加工区域外250之间开通。通过使移动机构部153动作，使头支承部152和罩支承部157从加工区域外250向加工区域200移动。通过使罩支承部157向刀具主轴121靠近移动，将安装固定到刀具主轴121的安装固定部罩156向罩支承部157交接(未图示)。

参照图20，使刀具主轴121向由头支承部152支承着的增材加工用头21靠近移动，利用刀具主轴121将增材加工用头21夹紧。由此，将增材加工用头21安装固定于刀具主轴121。

参照图21，通过使移动机构部153动作，使头支承部152和罩支承部157从加工区域200向加工区域外250移动。通过使盖154以中心轴线207为中心摆动，使盖154从相对于头支承部152退避的第2状态变化成覆盖头支承部152的第1状态。利用这样的结构，能够防止增材加工时的材料粉末附着于头支承部152。

参照图22，使刀具主轴121以中心轴线204为中心回转90°，并且，向激光工具更换位置移动。此时，刀具主轴121设为主轴端面123朝向侧方的姿势。

参照图23，将激光工具储存器门144设为开状态。通过使移动机构部163动作，使配置到激光工具更换位置的激光工具26从加工区域外250向加工区域200移动。将激光工具26安装固定于在刀具主轴121安装固定的增材加工用头21。

参照图24，通过使移动机构部163动作，使移动机构部163的活塞杆从加工区域200返回加工区域外250。将激光工具储存器门144设为闭状态。通过使增材加工用头21与工件400靠近移动，开始增材加工。

说明以上进行了说明的、本发明的实施方式中的加工机械100的基本的构造，本实施方式中的加工机械100是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械100具备：作为刀具保持部的刀具主轴121，其可移动地设于加工区域200，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头21，其可拆装地安装固定于刀具主轴121，在工件的增材加工时喷出材料粉末，并且照射作为能量线的激光；以及头储存器151，其用于将增材加工用头21储存于加工区域外250。增材加工用头21具有：作为主体部的头主体22，其供激光导入；以及作为出射部的激光工具26，其可拆装地设于头主体22，用于出射激光，并且确定工件上的激光的照射区域。加工机械100还具备：作为出射部储存器的激光工具储存器171，其设于加工区域外250，用于储存在工件上确定的激光的照射区域彼此不同的多个激光工具26；以及作为出射部更换装置的激光工具更换装置161，其用于在头主体22与激光工具储存器171之间更换激光工具26。

此外，在本实施方式中，对以具有车削功能和铣削功能的复合加工机为基础构成AM/SM混合加工机的情况进行了说明，但并不限于这样的结构，例如也可以以具有铣削功能的加工中心为基础构成AM/SM混合加工机。

根据本发明的加工机械是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备：刀具保持部，其设置成可在加工区域内移动，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头，其可拆装地安装固定于刀具保持部，在工件的增材加工时喷出材料粉末，并且照射能量线；以及头储存器，其用于将增材加工用头储存于加工区域外。增材加工用头具有：主体部，其供能量线导入；以及出射部，其可拆装地设于主体部，出射能量线，并且，确定工件上的能量线的照射区域。加工机械具备：出射部储存器，其设于加工区域外，用于储存在工件上确定的能量线的照射区域彼此不同的多个出射部；以及出射部更换装置，其用于在主体部与出射部储存器之间更换出射部。

根据如此构成的加工机械，通过利用出射部更换装置在主体部与出射部储存器之间更换出射部，能够将适于要执行的增材加工的出射部安装固定于增材加工用头。由此，能够使增材加工时的生产率提高。

另外，优选的是，刀具保持部设置成能以预定轴线为中心回转。来自出射部的能量线的照射方向随着刀具保持部的回转而变化。

根据如此构成的加工机械，能够使能量线相对于工件的照射方向自由地变化。

另外，优选的是，在出射部更换装置对出射部进行更换时，通过刀具保持部回转，增材加工用头被定位于可在主体部与出射部储存器之间更换出射部的姿势。

根据如此构成的加工机械，可自由地设定出射部的更换时的增材加工用头的姿势，因此，能够提高出射部更换装置的设计的自由度。

另外，优选的是，刀具保持部是用于使刀具旋转的刀具主轴。刀具主轴具有沿着刀具的旋转轴线呈筒状延伸的筒部。增材加工用头可拆装地安装固定于筒部。

根据如此构成的加工机械，与将增材加工用头安装固定于刀具的旋转轴线的延长上的情况相比较，能够缩小增材加工用头的从刀具保持部沿着刀具的旋转轴线向突出的长度。由此，能够避免工件与增材加工用头之间的干涉而可进行更大的工件的增材加工。

另外，优选的是，加工机械还具备：第1罩，其具有可开闭的第1开闭构件，将加工区域的内外之间分隔开；以及第2罩，其具有可开闭的第2开闭构件，以覆盖被储存于出射部储存器的多个出射部的方式设于加工区域外。

根据如此构成的加工机械，在第1罩的第1开闭构件设为开状态的情况下，也能够利用第2罩覆盖被储存于出射部储存器的多个出射部。由此，能够防止出射部被暴露于加工区域内的气氛。

应该认为此次公开的实施方式在全部的方面是例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明表示，而是由权利要求书表示，意图在于包括在与权利要求书同等的意味和范围内的全部的变更。

产业上的可利用性

本发明主要适用于可进行工件的减材加工和增材加工的AM/SM混合加工机。

附图标记说明

21、增材加工用头；22、头主体；23、电缆接头；24、电缆；26、26A、26B、26C、激光工具(出射部)；31、伺服马达；32、33、离合器摩擦片；34、旋转轴；35、传动带；41、光纤；42、激光入射管；43、45、48、激光通路壳体；44、激光通路管；46、47、连接部；49、激光出射壳体；51、52、连结部；61、准直透镜；62、63、反射镜；64、65、67、保护玻璃；66、66A、66B、66C、聚光透镜；68、均化器；70、材料粉末供给装置；71、混合部；72、材料粉末罐；76、激光振荡装置；78、喷嘴部；78j、喷出口；81、固定构件；86、旋转构件；87、配管接头；100、加工机械；111、第1主轴台；112、第1主轴；116、第2主轴台；117、第2主轴；121、刀具主轴；122、筒部；123、主轴端面；131、下刀架；132、回转部；136、机座；141、头储存器罩；142、头储存器门；143、激光工具储存器罩；144、激光工具储存器门；151、头储存器；152、头支承部；153、163、移动机构部；154、盖；156、安装固定部罩；157、罩支承部；161、激光工具更换装置；171、激光工具储存器(出射部储存器)；172、激光工具支承部；200、加工区域；201、202、203、204、206、207、208、221、中心轴线；210、防溅板；250、加工区域外；311、激光；312、材料粉末；313、气体；314、熔点；315、堆焊原材料；316、堆焊层；400工件。

Claims (5)

1.一种加工机械，其能够进行工件的减材加工和增材加工，其中，该加工机械具备：

刀具保持部，其能够移动地设于加工区域内，用于保持工件的减材加工用的刀具；

增材加工用头，其能够拆装地安装固定于所述刀具保持部，在工件的增材加工时喷出材料粉末，并且照射能量线；以及

头储存器，其用于将所述增材加工用头储存于加工区域外，

所述增材加工用头具有：

主体部，其供能量线导入；以及

出射部，其能够拆装地设于所述主体部，出射能量线，并且确定工件上的能量线的照射区域，

所述加工机械还具备：

出射部储存器，其设于加工区域外，用于储存在工件上确定的能量线的照射区域彼此不同的多个所述出射部；以及

出射部更换装置，其在所述主体部与所述出射部储存器之间更换所述出射部。

2.根据权利要求1所述的加工机械，其中，

所述刀具保持部设置成能够以预定轴线为中心回转，

来自所述出射部的能量线的照射方向随着所述刀具保持部的回转而变化。

3.根据权利要求2所述的加工机械，其中，

在所述出射部更换装置对所述出射部进行更换时，通过所述刀具保持部回转，所述增材加工用头被定位成能够在所述主体部与所述出射部储存器之间更换所述出射部的姿势。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的加工机械，其中，

所述刀具保持部是用于使刀具旋转的刀具主轴，

所述刀具主轴具有沿着刀具的旋转轴线呈筒状延伸的筒部，

所述增材加工用头能够拆装地被安装固定于所述筒部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的加工机械，其中，

该加工机械还具备：

第1罩，其具有能够开闭的第1开闭构件，将加工区域的内外之间分隔开；以及

第2罩，其具有能够开闭的第2开闭构件，以覆盖被储存到所述出射部储存器的多个所述出射部的方式设于加工区域外。