CN109968040B - 一种增减材复合制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增减材复合制造设备，包括送料单元，所述送料单元包括粉料缸、成型缸和铺料组件，所述铺料组件设置于所述粉料缸和所述成型缸的上方发生平移，能够将所述粉料缸上方的物料铺送至所述成型缸的上方；增材制造单元，对位于所述成型缸上方的零件进行逐层增材制造；加工单元对经所述增材制造单元后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工。本发明的有益效果：各模块提高加工效率，提高增减材复合制造的灵活性，提出了一种增减材复合制造设备，实现增材制造得到的成形零件能够直接进行快速高效灵活地减材处理。

Description

一种增减材复合制造设备
技术领域
本发明涉及智能制造装备的技术领域，尤其涉及一种增减材复合制造设备。
背景技术
近年来随着科学技术的进步，増材制造技术得到了飞速的发展，在零件制造方面相对于传统加工方式展现出了巨大优势。由于増材制造技术具有制造周期短、自动化高、耗材少等优点，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较差、成形精度较低、成形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，在利用増材制造技术完成零件成形后往往需要利用车削、铣削、磨削等减材制造方法进行精细加工，以获得较高的表面质量与成形精度。
然而，对于传统的增减材制造设备，往往将增减材制造分为不同设备进行处理，对于利用増材制造技术得到的成形零件进行减材时，需要对产品进行移位减材，不但给减材带来了困难，而且二次装夹、定位也会影响成形零件的加工精度和表面质量；而对于现有的增减材一体化设备，在对成形零件进行减材制造时，大多只能单独使用一种减材方式进行简单的的边增边减或先增后减，无法根据零件不同精度的需求的不同结构选择是否需要进行减材制造或者对减材制造方式的种类和数目做出选择。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：为了降低加工成本，提高加工效率，提高增减材复合制造的灵活性，提出了一种增减材复合制造设备，实现增材制造得到的成形零件能够直接进行快速高效灵活地减材处理。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种增减材复合制造设备，包括送料单元，所述送料单元包括粉料缸、成型缸和铺料组件，所述铺料组件设置于所述粉料缸和所述成型缸的上方发生平移，能够将所述粉料缸上方的物料铺送至所述成型缸的上方；增材制造单元，所述增材制造单元设置于所述成型缸的上方，其根据待加工零件的制造参数对位于所述成型缸上方的零件进行逐层增材制造；加工单元，所述加工单元包括切削减材模块和抛光减材模块，所述切削减材模块设置于所述增材制造单元的侧面，所述抛光减材模块设置于所述增材制造单元上方和侧方，二者对经所述增材制造单元后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述送料单元还包括分隔板和框架；所述框架左右间隔设置构成所述粉料缸和所述成型缸，所述框架设置于所述分隔板的上方，且所述框架的左右两端还设置前置材料回收缸和后置材料回收缸。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述送料单元还包括左右对称均设置于所述粉料缸和所述成型缸内的升降台、光杆、螺纹杆、上轴块和下轴块；所述光杆和所述螺纹杆均穿过所述升降台后上方与所述上轴块抵触限位，且下方与所述下轴块抵触限位，且所述螺纹杆与所述升降台之间丝杆配合，位于所述粉料缸内的所述升降台上方设置载料台。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述铺料组件还包括铺料移动块、横跨杆、滑杆、铺粉刷、限位块；所述铺料移动块设置于所述横跨杆的两端，所述横跨杆横跨于所述粉料缸和所述成型缸上方发生左右移动，所述铺粉刷设置于所述横跨杆左或右侧，所述滑杆穿过所述铺料移动块后其两端被所述限位块限位。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：还包括驱动单元，所述驱动单元包括升降电机和铺粉驱动；所述升降电机设置于所述粉料缸和所述成型缸底部的所述下轴块上，且所述升降电机的输出轴与所述螺纹杆连接，所述铺粉驱动驱动所述铺料移动块的水平移动。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述铺粉驱动包括铺粉电机、转轴和传送带；所述传送带设置于所述滑杆的下方，所述铺粉电机设置于所述传送带的两端，所述转轴与所述铺粉电机的的输出端连接。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述铺料移动块还包括设置于其底部的卡槽和上下间隔设置于其侧面的滑杆孔，所述传送带设置于所述卡槽内且二者不发生相对转动，所述传送带的转动带动所述铺料移动块的同步移动。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：还包括运动模块，所述运动模块包括运动光杆、运动滑块、横向导轨、纵向导轨、支撑座、步进电机、横向光杆、连接件和滑台；所述运动光杆的两端固接于所述支撑座上；所述运动滑块放置所述固接运动光杆上；两条平皮带分别通过固接在所述步进电机上的滑轮带动所述运动滑块实现同步往复直线运动；所述步进电机固接在所述支撑座的上侧；所述横向导轨和所述纵向导轨分别横向、纵向固接于两所述支撑座之间；所述横向光杆固接在所述运动滑块上；所述滑台放置在固接在所述运动光杆的轴承上；两条平皮带分别通过所述连接件固接在所述滑台上。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：所述切削减材模块包括切削导轨、滑块、主轴夹具、切削丝杠、下丝杠支撑座、上丝杠支撑座、横板、竖板、滑板、主轴电机、电机支撑座；所述切削导轨固接在所述竖板上，且与所述滑块滑动连接；所述主轴夹具固接在所述滑板的外侧；所述电机支撑座固接在所述竖板上；所述滑块固接在所述滑板的内侧；所述横板固接在所述竖板上；所述切削丝杠的一端放置在所述下丝杠支撑座内的轴承上，通过联轴器与所述主轴电机相连，且另一端放置在上丝杠支撑座内的轴承上。
作为本发明所述的增减材复合制造设备的一种优选方案，其中：还包括控制单元，所述控制单元能够控制所述加工单元根据加工精度需求选择不需要进行减材制造、单独利用所述削铣减材模块、单独利用所述抛光减材模块，或者同时联合削铣和抛光对已成形结构的轮廓边缘进行减材精细加工制造；同时所述控制单元还用于所述运动模块的驱动控制。
本发明的有益效果：各模块提高加工效率，提高增减材复合制造的灵活性，提出了一种增减材复合制造设备，实现增材制造得到的成形零件能够直接进行快速高效灵活地减材处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一种实施例所述增减材复合制造设备的整体结构示意图；
图2为本发明第二种实施例所述送料单元的整体结构示意图；
图3为本发明第二种实施例所述分隔板和框架的结合结构示意图；
图4为本发明第二种实施例所述分隔板和框架的拆分结构示意图；
图5为本发明第二种实施例所述载料台的位置结构示意图；
图6为本发明第三种实施例所述运动模块的结构示意图；
图7为本发明第三种实施例所述滑台的结构示意图；
图8为本发明第三种实施例所述切削减材模块的结构示意图；
图9为本发明第四种实施例所述抛光减材模块的结构示意图；
图10为本发明第四种实施例所述三维扫描振镜系统的位置示意图；
图11为本发明第五种实施例所述控制单元的位置示意图；
图12为本发明第五种实施例所述设备箱体的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1的示意，为了实现选择性激光熔融进行逐层增材制造的过程中，根据零件加工精度需求，选择不需要进行减材制造或者单独利用削铣加工，激光抛光或者联合削铣加工-激光抛光对已成形结构的轮廓边缘进行减材制造；在保证成形精度和表面质量的同时提高了零件加工的灵活性和效率，有效降低了零件的加工成本。本实施例中提出一种增减材复合制造设备，包括送料单元100、增材制造单元200和加工单元300，增材制造单元200、加工单元300均设置于送料单元100的上方二者进行零件的增材制造和精细加工。具体的，送料单元100，送料单元100包括粉料缸101、成型缸102和铺料组件103，铺料组件103设置于粉料缸101和成型缸102的上方发生平移，能够将粉料缸101上方的物料铺送至成型缸102的上方；增材制造单元200，增材制造单元200设置于成型缸102的上方，其根据待加工零件的制造参数对位于成型缸102上方的零件进行逐层增材制造；加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，切削减材模块301设置于增材制造单元200的侧面，抛光减材模块302设置于增材制造单元200上方和侧方，二者对经增材制造单元200后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工，包括削铣加工、激光抛光减材制造模块，对增材制造的已成形结构进行精细加工。还需要说明的是，本实施例中增材制造单元200为选择性激光熔融增材制造模块，选择性激光熔化将金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件；其包括除了包括本实施例所要说明的机械单元外，还应当包括第一光路单元和保护气密封单元，而本实施例中侧重于机械结构，因此光路单元和保护气密封单元图中未做出相关示意。其中第一光路单元包括第一激光器、扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦透镜，且优选的第一激光器为光纤激光器，可以选择不同波长以及保护气密封单元采用氩气密封；而机械单元即上述增材制造单元200的机械组成；保护气密封单元包括成型室密封设备、水冷机和惰性气瓶罐，均设置于该增减材复合制造设备设备之中，与增材制造单元200共同组成增材制造单元200，进行零件的增材制造。进一步的，加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，其中抛光减材模块302为激光抛光减材制造模块，激光抛光是利用激光与材料表面相互作用进行加工的，它遵循激光与材料作用的普遍规律，激光与材料间的作用方式有热作用和光化学作用，可把激光抛光分为热抛光和冷抛光，热抛光是利用激光的热效应，通过熔化、蒸发等过程去除材料；因此只要材料的热物理性能好，都可以用它来进行抛光，但由于温度梯度大而产生的热应力大，易产生裂纹，因此热抛光的效果不是很好。冷抛光是利用材料吸收光子后，利用光化表层材料的化学键被打断或者是晶格结构被破坏，从而实现材料的去除。学作用时，热效应可以被忽略，因此热应力很小，不产生裂纹，也不影响周围材料且容易控制材料的去除量，特别适合于硬脆性材料的精密加工；切削减材模块301对增材制造的已成形结构进行削铣精细加工，可以进行复杂回转体外形的加工，铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征，传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形特征，数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工，铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工。
实施例2
参照图2～5的示意，示意为本实施例送料单元100的具体结构示意图，在本实施例中与第一个实施例不同之处在于：送料单元100还包括分隔板104和框架105，以及铺料组件103还包括铺料移动块103a、横跨杆103b、滑杆103c、铺粉刷103d、限位块103e。具体的，送料单元100，送料单元100包括粉料缸101、成型缸102和铺料组件103，铺料组件103设置于粉料缸101和成型缸102的上方发生平移，能够将粉料缸101上方的物料铺送至成型缸102的上方；增材制造单元200，增材制造单元200设置于成型缸102的上方，其根据待加工零件的制造参数对位于成型缸102上方的零件进行逐层增材制造；加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，切削减材模块301设置于增材制造单元200的侧面，抛光减材模块302设置于增材制造单元200上方和侧方，二者对经增材制造单元200后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工，包括削铣加工、激光抛光减材制造模块，对增材制造的已成形结构进行精细加工。还需要说明的是，本实施例中增材制造单元200为选择性激光熔融增材制造模块，选择性激光熔化将金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件；其包括除了包括本实施例所要说明的机械单元外，还应当包括第一光路单元和保护气密封单元，而本实施例中侧重于机械结构，因此光路单元和保护气密封单元图中未做出相关示意。其中第一光路单元包括第一激光器、扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦透镜，且优选的第一激光器为光纤激光器，可以选择不同波长以及保护气密封单元采用氩气密封；而机械单元即上述增材制造单元200的机械组成；保护气密封单元包括成型室密封设备、水冷机和惰性气瓶罐，均设置于该增减材复合制造设备设备之中，与增材制造单元200共同组成增材制造单元200，进行零件的增材制造。进一步的，加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，其中抛光减材模块302为激光抛光减材制造模块，激光抛光是利用激光与材料表面相互作用进行加工的，它遵循激光与材料作用的普遍规律，激光与材料间的作用方式有热作用和光化学作用，可把激光抛光分为热抛光和冷抛光，热抛光是利用激光的热效应，通过熔化、蒸发等过程去除材料；因此只要材料的热物理性能好，都可以用它来进行抛光，但由于温度梯度大而产生的热应力大，易产生裂纹，因此热抛光的效果不是很好。冷抛光是利用材料吸收光子后，利用光化表层材料的化学键被打断或者是晶格结构被破坏，从而实现材料的去除。学作用时，热效应可以被忽略，因此热应力很小，不产生裂纹，也不影响周围材料且容易控制材料的去除量，特别适合于硬脆性材料的精密加工；切削减材模块301对增材制造的已成形结构进行削铣精细加工，可以进行复杂回转体外形的加工，铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征，传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形特征，数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工，铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工。
本实施例中送料单元100还包括分隔板104和框架105；框架104左右间隔设置构成粉料缸101和成型缸102，框架105设置于分隔板104的上方，且框架105的左右两端还设置前置材料回收缸105a和后置材料回收缸105b；同时送料单元100还包括左右对称均设置于粉料缸101和成型缸102内的升降台101a、光杆101b、螺纹杆101c、上轴块101d和下轴块101e；光杆101b和螺纹杆101c均穿过升降台101a后上方与上轴块101d抵触限位，且下方与下轴块101e抵触限位，且螺纹杆101c与升降台101a之间丝杆配合，位于粉料缸101内的升降台101a上方设置载料台101f。
进一步的，铺料组件103还包括铺料移动块103a、横跨杆103b、滑杆103c、铺粉刷103d、限位块103e；铺料移动块103a设置于横跨杆103b的两端，横跨杆103b横跨于粉料缸101和成型缸102上方发生左右移动，铺粉刷103d设置于横跨杆103b左或右侧，滑杆103c穿过铺料移动块103a后其两端被限位块103e限位，本实施例该制造设备还包括驱动单元400，驱动单元400包括升降电机401和铺粉驱动402；升降电机401设置于粉料缸101和成型缸102底部的下轴块101e上，且升降电机401的输出轴与螺纹杆101c连接，铺粉驱动402驱动铺料移动块103a的水平移动。铺粉驱动402包括铺粉电机402a、转轴402b和传送带402c；传送带402c设置于滑杆103c的下方，铺粉电机402a设置于传送带402c的两端，转轴402b与铺粉电机402a的的输出端连接。铺料移动块103a还包括设置于其底部的卡槽103a-1和上下间隔设置于其侧面的滑杆孔103a-2，传送带402c设置于卡槽103a-1内且二者不发生相对转动，传送带402c的转动带动铺料移动块103a的同步移动。需要说明的是，本实施例利用传送带402c与卡槽103a-1相配合的方式，将传送带402c嵌入卡槽103a-1内且二者不能发生相对移动，因此当传送带402c被电机带动转动时，铺料移动块103a能够发生左右的移动；不难发现，滑杆孔103a-2上下两个设置可以根据实际的需求选择上下孔来进行调节一定的高度，来实现对不同层数加工参数的需求，实际上本实施例可以采用滑杆孔103a-2和滑杆103c之间丝杆运动的方式，即滑杆103c为螺纹杆，滑杆孔103a-2设置于螺纹杆配合的螺纹，但本实施例采用在底部设置传送带402c带动的方式，相对于上述传统的螺杆方式，具有如下优点，若采用传统的螺纹丝杆方式，其螺纹运动间的存在摩擦力会导致磨损较大，从而影响寿命，以及对抗摩擦力产生耗费的能量会较大；因此一般的做法是采用滚珠丝杆方式进行替换，虽然该方式的滚动摩擦系数小、传动效率高，其效率可达90％以上，摩擦系数f＝0.002～0.005，因此相对于传统螺纹丝杆具有磨损小且寿命长的特点，且可用调整装置调整间隙以及刚度均得到提高，不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。但是其具有结构复杂，制造困难导致成本较高、在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构、且承受能力不如滑动螺旋传动大的缺点。因此本实施例中采用皮带传动与铺料移动块103a结合的方式，能够解决滚珠丝杆制造成本较高的问题，因此具有工作时传动平稳无噪声，且能缓冲、吸振，同时造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护的优点。
实施例3
参照图6～8的示意，示意为本实施例运动模块500和切削减材模块301的具体结构，本实施例与上述实施例不同在于：运动模块500还包括运动光杆501、运动滑块502、横向导轨503、纵向导轨504、支撑座505、步进电机506、横向光杆507、连接件508和滑台509；切削减材模块301包括切削导轨601、滑块602、主轴夹具603、切削丝杠604、下丝杠支撑座605、上丝杠支撑座606、横板607、竖板608、滑板609、主轴电机610、电机支撑座611。具体的，送料单元100，送料单元100包括粉料缸101、成型缸102和铺料组件103，铺料组件103设置于粉料缸101和成型缸102的上方发生平移，能够将粉料缸101上方的物料铺送至成型缸102的上方；增材制造单元200，增材制造单元200设置于成型缸102的上方，其根据待加工零件的制造参数对位于成型缸102上方的零件进行逐层增材制造；加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，切削减材模块301设置于增材制造单元200的侧面，抛光减材模块302设置于增材制造单元200上方和侧方，二者对经增材制造单元200后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工，包括削铣加工、激光抛光减材制造模块，对增材制造的已成形结构进行精细加工。还需要说明的是，本实施例中增材制造单元200为选择性激光熔融增材制造模块，选择性激光熔化将金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件；其包括除了包括本实施例所要说明的机械单元外，还应当包括第一光路单元和保护气密封单元，而本实施例中侧重于机械结构，因此光路单元和保护气密封单元图中未做出相关示意。其中第一光路单元包括第一激光器、扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦透镜，且优选的第一激光器为光纤激光器，可以选择不同波长以及保护气密封单元采用氩气密封；而机械单元即上述增材制造单元200的机械组成；保护气密封单元包括成型室密封设备、水冷机和惰性气瓶罐，均设置于该增减材复合制造设备设备之中，与增材制造单元200共同组成增材制造单元200，进行零件的增材制造。进一步的，加工单元300包括切削减材模块301和抛光减材模块302，其中抛光减材模块302为激光抛光减材制造模块，激光抛光是利用激光与材料表面相互作用进行加工的，它遵循激光与材料作用的普遍规律，激光与材料间的作用方式有热作用和光化学作用，可把激光抛光分为热抛光和冷抛光，热抛光是利用激光的热效应，通过熔化、蒸发等过程去除材料；因此只要材料的热物理性能好，都可以用它来进行抛光，但由于温度梯度大而产生的热应力大，易产生裂纹，因此热抛光的效果不是很好。冷抛光是利用材料吸收光子后，利用光化表层材料的化学键被打断或者是晶格结构被破坏，从而实现材料的去除。学作用时，热效应可以被忽略，因此热应力很小，不产生裂纹，也不影响周围材料且容易控制材料的去除量，特别适合于硬脆性材料的精密加工；切削减材模块301对增材制造的已成形结构进行削铣精细加工，可以进行复杂回转体外形的加工，铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征，传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形特征，数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工，铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工。
本实施例中送料单元100还包括分隔板104和框架105；框架104左右间隔设置构成粉料缸101和成型缸102，框架105设置于分隔板104的上方，且框架105的左右两端还设置前置材料回收缸105a和后置材料回收缸105b；同时送料单元100还包括左右对称均设置于粉料缸101和成型缸102内的升降台101a、光杆101b、螺纹杆101c、上轴块101d和下轴块101e；光杆101b和螺纹杆101c均穿过升降台101a后上方与上轴块101d抵触限位，且下方与下轴块101e抵触限位，且螺纹杆101c与升降台101a之间丝杆配合，位于粉料缸101内的升降台101a上方设置载料台101f。
进一步的，铺料组件103还包括铺料移动块103a、横跨杆103b、滑杆103c、铺粉刷103d、限位块103e；铺料移动块103a设置于横跨杆103b的两端，横跨杆103b横跨于粉料缸101和成型缸102上方发生左右移动，铺粉刷103d设置于横跨杆103b左或右侧，滑杆103c穿过铺料移动块103a后其两端被限位块103e限位，本实施例该制造设备还包括驱动单元400，驱动单元400包括升降电机401和铺粉驱动402；升降电机401设置于粉料缸101和成型缸102底部的下轴块101e上，且升降电机401的输出轴与螺纹杆101c连接，铺粉驱动402驱动铺料移动块103a的水平移动。铺粉驱动402包括铺粉电机402a、转轴402b和传送带402c；传送带402c设置于滑杆103c的下方，铺粉电机402a设置于传送带402c的两端，转轴402b与铺粉电机402a的的输出端连接。铺料移动块103a还包括设置于其底部的卡槽103a-1和上下间隔设置于其侧面的滑杆孔103a-2，传送带402c设置于卡槽103a-1内且二者不发生相对转动，传送带402c的转动带动铺料移动块103a的同步移动。需要说明的是，本实施例利用传送带402c与卡槽103a-1相配合的方式，将传送带402c嵌入卡槽103a-1内且二者不能发生相对移动，因此当传送带402c被电机带动转动时，铺料移动块103a能够发生左右的移动；不难发现，滑杆孔103a-2上下两个设置可以根据实际的需求选择上下孔来进行调节一定的高度，来实现对不同层数加工参数的需求，实际上本实施例可以采用滑杆孔103a-2和滑杆103c之间丝杆运动的方式，即滑杆103c为螺纹杆，滑杆孔103a-2设置于螺纹杆配合的螺纹，但本实施例采用在底部设置传送带402c带动的方式，相对于上述传统的螺杆方式，具有如下优点，若采用传统的螺纹丝杆方式，其螺纹运动间的存在摩擦力会导致磨损较大，从而影响寿命，以及对抗摩擦力产生耗费的能量会较大；因此一般的做法是采用滚珠丝杆方式进行替换，虽然该方式的滚动摩擦系数小、传动效率高，其效率可达90％以上，摩擦系数f＝0.002～0.005，因此相对于传统螺纹丝杆具有磨损小且寿命长的特点，且可用调整装置调整间隙以及刚度均得到提高，不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。但是其具有结构复杂，制造困难导致成本较高、在需要防止逆转的机构中，要加自锁机构、且承受能力不如滑动螺旋传动大的缺点。因此本实施例中采用皮带传动与铺料移动块103a结合的方式，能够解决滚珠丝杆制造成本较高的问题，因此具有工作时传动平稳无噪声，且能缓冲、吸振，同时造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护的优点。
进一步的，本实施例中提供的增减材复合制造设备还包括运动模块500，运动模块500包括运动光杆501、运动滑块502、横向导轨503、纵向导轨504、支撑座505、步进电机506、横向光杆507、连接件508和滑台509；运动光杆501的两端固接于支撑座505上；运动滑块502放置固接运动光杆501上；两条平皮带分别通过固接在步进电机506上的滑轮带动运动滑块502实现同步往复直线运动；步进电机506固接在支撑座505的上侧；横向导轨503和纵向导轨504分别横向、纵向固接于两支撑座505之间；横向光杆507固接在运动滑块502上；滑台509放置在固接在运动光杆501的轴承上；两条平皮带分别通过连接件508固接在滑台509上，需要说明的可以是但不局限于连接件508为与设置于滑台509上的滑槽相配合的嵌入块，平皮带放入滑槽后通过连接件508将其压紧实现无法相对运动，同理可以知晓运动滑块502上平皮带的设置方式。切削减材模块301包括切削导轨601、滑块602、主轴夹具603、切削丝杠604、下丝杠支撑座605、上丝杠支撑座606、横板607、竖板608、滑板609、主轴电机610、电机支撑座611；切削导轨601固接在竖板608上，且与滑块602滑动连接；主轴夹具603固接在滑板609的外侧；电机支撑座611固接在竖板608上；滑块602固接在滑板609的内侧；横板607固接在竖板608上；切削丝杠604的一端放置在下丝杠支撑座605内的轴承上，通过联轴器与主轴电机610相连，且另一端放置在上丝杠支撑座606内的轴承上。
实施例4
参照图9～10的示意，本实施例中该抛光减材模块302还包括一对激光器701、一对反射镜702、棱镜703、三维扫描振镜系统704、设备的顶部横板705和侧部竖板706，抛光减材模块302为激光抛光减材制造模块，其中一对激光器701固接在顶部横板705上；顶部横板705分别固接增减材复合制造设备的上表面；一对反射镜702固接在顶部横板705上；棱镜703固接在顶部横板705上，一对反射镜702和棱镜703位于同一水平线上；且三维扫描振镜系统704固接侧部竖板706上；侧部竖板706固接在在增减材复合制造设备的侧面。同样的，本实施例中激光抛光减材制造模块包括除了上述结构外，还应当包括包括第二光路单元、扫描单元和加工单元共同作用对零件进行精细加工，其中第二光路单元组包括第二激光器、第三激光器、合光棱镜系统、偏振转换装置；扫描单元包括三维扫描振镜系统；加工单元300还包括多个切削减材加工头。作为本实施例的优选，其中第二激光器、第三激光器为皮秒激光器；光棱镜系统安装在第二激光器、第三激光器之间；合光棱镜系统包括分别安装在第二激光器、第三激光器一端的两面反射镜以及安装在两面反射镜之间的用于合光的棱镜；第一面反射镜、第二面反射镜以及用于合光的棱镜位于同一水平线上；三维扫描振镜系统包括激光三维扫描振镜以及安装在激光扫描振镜下方的场镜。
实施例5
参照图11～12的示意，本实施例与上述实施例不同之处在于：设备还还包括控制单元800，该控制单元700与送料单元100、增材制造单元200、加工单元300连接以及驱动单元400和运动模块500连接，并设置于设备箱体900的侧面，通过电气连接实现控制上述单元模块的运动，而设备箱体900通过面板与框架的配合构成箱体。控制单元800能够控制加工单元300根据加工精度需求选择不需要进行减材制造、单独利用削铣减材模块301、单独利用抛光减材模块302，或者同时联合削铣和抛光对已成形结构的轮廓边缘进行减材精细加工制造；同时控制单元700还用于运动模块500的驱动控制。
控制单元800包括激光束扫描控制单元和设备控制单元，当然本实施例中示意为控制设备，该控制设备包括设置于控制盒表面的控制屏幕、控制按键以及设置于控制盒内部分主控制芯片。其中激光束扫描控制单元是计算机通过控制卡向激光三维扫描振镜发出控制信号，控制激光三维扫描振镜运动以实现激光扫描；设备控制单元包括基本控制系统、电机控制系统、加工控制系统；计算机通过控制卡向激光三维扫描振镜发出的控制信号包括设置的扫描振镜的运动速度和扫描延时；基本控制系统系统初始化、状态信息处理、故障诊断和人机交互功能；电机控制系统对电机系统进行各种控制，提供对七个步进电机的协调控制以及对成型活塞、供粉活塞、铺粉滚筒的运动控制；加工控制系统设置自动成型设备的各种参数，如调整激光功率、成型缸、铺粉缸上升下降参数。
本实施例中该增减材复合制造设备在实际使用的过程中：具体应用时接通该增减材复合制造设备的电源，开启选择性激光熔融增材制造模块，即增材制造单元200的运作，通过控制单元800上的控制面板，控制一对升降电机401，带动两侧的升降台101a，将成型缸102中的升降台101a和沿着一对光杆101b移动到最高端，将粉料缸101中的升降台101a移动至某一位置，其中升降台101a5上铺满金属粉末，金属粉末上侧与升降台101a上侧高度水平；控制一对升降电机401，使成型缸102中的升降台101a略微下降，粉料缸101的升降台101a略微上升，且接触到带有接触传感器的基台限位块时自动停止移动；控制一对铺粉电机402a，通过一条平皮带(图中未示出)使粉料缸101中的升降台101a上的铺粉刷103d从右向左铺粉至成型缸102中的升降台101a上；控制一对步进电机506，通过两条平皮带(图中未示出)带动一对运动滑块502实现Y轴移动和滑台509的X轴移动，开启固接在滑台509上的选择性激光熔融增材制造激光器，使激光照射在成型缸102中的升降台101a上的金属粉末上。由此过程重复进行，实现选择性激光熔融增材制造。
在选择性激光熔融增材制造的过程中，根据零件不同精度的需求的不同结构选择是否需要进行减材制造或者对减材制造方式的种类和数目做出选择。若需要进行削铣加工减材制造，控制关闭选择性激光熔融增材制造模块，即增材制造单元200的运作，控制切削减材模块301的运作，成型缸102中的升降台101a停止移动；控制一对步进电机506，通过两条平皮带带动(图中未示出)一对运动滑块502实现Y轴移动和滑台509的X轴移动；控制主轴电机610，使主轴夹具603实现Z轴移动。使刀具与选择性激光熔融增材制造得到的已成形结构的轮廓边缘接触并对轮廓进行削铣加工。由此过程重复进行，实现削铣加工减材制造。
若需要进行激光抛光减材制造，控制关闭增材制造单元200的运作，控制开启激光抛光减材制造模块，即抛光减材模块302的运作，成型缸102中的升降台101a停止移动；控制一对Y轴步进电机506，通过两条平皮带(图中未示出)带动一对运动滑块502使Y轴运动模块500的滑块移动至设备最右端；开启一对激光器701，开启三维扫描振镜系统704，控制三维扫描振镜系统704的激光三维扫描振镜以及安装在激光扫描振镜下方的场镜的角度，使激光照射在已成形结构的轮廓边缘上，由此过程重复进行，实现激光抛光减材制造；完成激光抛光减材制造后，控制一对步进电机506，通过两条平皮带带动(图中未示出)一对运动滑块502使Y轴运动模块500内的滑块移动至原来位置，控制重新开启选择性激光熔融增材制造模块的运作。加工结束后，切断所有电源，清理加工现场，对各部分进行清洁、干燥等处理，并定期进行相应的维护和保养，以供下次加工继续使用。本实施例实现增材制造得到的成形零件能够直接进行快速高效灵活地减材处理，降低零件的加工成本，提高了加工效率。将选择性激光熔融增材制造与削铣加工，激光抛光减材制造相结合，可以在同一台设备上实现増材制造和减材制造，快速实现结构复杂的零件的精密成型与加工，相较于传统的加工方式，具有加工时间短的优点，相较于单独的増材制造方式，具有表面精度高的特点。可以增材制造的过程中，根据零件加工精度需求，选择不需要进行减材制造或者单独利用削铣加工，激光抛光或者联合削铣加工-激光抛光对已成形结构的轮廓边缘进行减材制造。在保证成形精度和表面质量的同时提高了零件加工的灵活性和效率，有效降低了零件的加工成本。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种增减材复合制造设备，其特征在于：包括，
送料单元(100)，所述送料单元(100)包括粉料缸(101)、成型缸(102)和铺料组件(103)，所述铺料组件(103)设置于所述粉料缸(101)和所述成型缸(102)的上方发生平移，能够将所述粉料缸(101)上方的物料铺送至所述成型缸(102)的上方；
增材制造单元(200)，所述增材制造单元(200)设置于所述成型缸(102)的上方，其根据待加工零件的制造参数对位于所述成型缸(102)上方的零件进行逐层增材制造；
加工单元(300)，所述加工单元(300)包括切削减材模块(301)和抛光减材模块(302)，所述切削减材模块(301)设置于所述增材制造单元(200)的侧面，所述抛光减材模块(302)设置于所述增材制造单元(200)上方和侧方，二者对经所述增材制造单元(200)后已成形零件的结构轮廓边缘进行减材精细加工，其中抛光减材模块(302)为激光抛光减材制造模块，切削减材模块(301)对增材制造的已成形结构进行削铣精细加工；
所述送料单元(100)还包括分隔板(104)和框架(105)；
所述框架(105)左右间隔设置构成所述粉料缸(101)和所述成型缸(102)，所述框架(105)设置于所述分隔板(104)的上方，且所述框架(105)的左右两 端还设置前置材料回收缸(105a)和后置材料回收缸(105b)；
所述送料单元(100)还包括左右对称均设置于所述粉料缸(101)和所述成型缸(102)内的升降台(101a)、光杆(101b)、螺纹杆(101c)、上轴块(101d)和下轴块(101e)；
所述光杆(101b)和所述螺纹杆(101c)均穿过所述升降台(101a)后上方与所述上轴块(101d)抵触限位，且下方与所述下轴块(101e)抵触限位，且所述螺纹杆(101c)与所述升降台(101a)之间丝杆配合，位于所述粉料缸(101)内的所述升降台(101a)上方设置载料台(101f)；
所述铺料组件(103)还包括铺料移动块(103a)、横跨杆(103b)、滑杆(103c)、铺粉刷(103d)、限位块(103e)；
所述铺料移动块(103a)设置于所述横跨杆(103b)的两端，所述横跨杆(103b)横跨于所述粉料缸(101)和所述成型缸(102)上方发生左右移动，所述铺粉刷(103d)设置于所述横跨杆(103b)左或右侧，所述滑杆(103c)穿过所述铺料移动块(103a)后其两端被所述限位块(103e)限位；
还包括驱动单元(400)，所述驱动单元(400)包括升降电机(401)和铺粉驱动(402)；
所述升降电机(401)设置于所述粉料缸(101)和所述成型缸(102)底部的所述下轴块(101e)上，且所述升降电机(401)的输出轴与所述螺纹杆(101c)连接，所述铺粉驱动(402)驱动所述铺料移动块(103a)的水平移动；
还包括运动模块(500)，所述运动模块(500)包括运动光杆(501)、运动滑块(502)、横向导轨(503)、纵向导轨(504)、支撑座(505)、步进电机(506)、横向光杆(507)、连接件(508)和滑台(509)；
还包括控制单元(800)，所述控制单元(800)能够控制所述加工单元(300)根据加工精度需求选择不需要进行减材制造、单独利用所述切削减材模块(301)、单独利用所述抛光减材模块(302)，或者同时联合削铣和抛光对已成形结构的轮廓边缘进行减材精细加工制造；同时所述控制单元(800)还用于所述运动模块(500)的驱动控制。
2.如权利要求1所述的增减材复合制造设备，其特征在于：所述铺粉驱动(402)包括铺粉电机(402a)、转轴(402b)和传送带(402c)；
所述传送带(402c)设置于所述滑杆(103c)的下方，所述铺粉电机(402a)设置于所述传送带(402c)的两端，所述转轴(402b)与所述铺粉电机(402a)的的输出端连接。
3.如权利要求2所述的增减材复合制造设备，其特征在于：所述铺料移动块(103a)还包括设置于其底部的卡槽(103a-1)和上下间隔设置于其侧面的滑杆孔(103a-2)，所述传送带(402c)设置于所述卡槽(103a-1)内且二者不发生相对转动，所述传送带(402c)的转动带动所述铺料移动块(103a)的同步移动。
4.如权利要求3所述的增减材复合制造设备，其特征在于：所述运动光杆(501)的两端固接于所述支撑座(505)上；所述运动滑块(502)滑动设在所述运动光杆(501)上；所述步进电机(506)固接在所述支撑座(505)的上侧；所述横向导轨(503)和所述纵向导轨(504)分别横向、纵向固接于两所述支撑座(505)之间；所述横向光杆(507)固接在所述运动滑块(502)上；所述滑台(509)滑动设在所述横向光杆(507)上。
5.如权利要求4所述的增减材复合制造设备，其特征在于：所述切削减材模块(301)包括切削导轨(601)、滑块(602)、主轴夹具(603)、切削丝杠(604)、下丝杠支撑座(605)、上丝杠支撑座(606)、横板(607)、竖板(608)、滑板(609)、主轴电机(610)、电机支撑座(611)；
所述切削导轨(601)固接在所述竖板(608)上，且与所述滑块(602)滑动连接；所述主轴夹具(603)固接在所述滑板(609)的外侧；所述电机支撑座(611)固接在所述竖板(608)上；所述滑块(602)固接在所述滑板(609)的内侧；所述横板(607)固接在所述竖板(608)上；所述切削丝杠(604)的一端放置在所述下丝杠支撑座(605)内的轴承上，通过联轴器与所述主轴电机(610)相连，且另一端放置在上丝杠支撑座(606)内的轴承上。
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