CN114453750A - 一种空心零构件的增减材双工位同步加工方法及装置 - Google Patents

一种空心零构件的增减材双工位同步加工方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心零构件的增减材双工位同步加工装置，包括增材模块、磨削减材模块、龙门架、第二底座、复合工作平台，龙门架横梁内设有水平驱动装置，水平驱动装置驱动增材模块、磨削减材模块相对于龙门架横梁水平移动；复合工作平台包括旋转平台组件和平移平台组件，旋转平台组件的旋转驱动机构用于驱动旋转工作台旋转；平移平台组件的平移驱动机构用于驱动平移工作台平移，旋转平台组件位于平移工作台上，平移工作台平移时带动旋转平台组件平移。本发明结构紧凑，加工方式多样且灵活可变。

Description

一种空心零构件的增减材双工位同步加工方法及装置
技术领域
本发明涉及桌面型激光增/减材加工设备领域，尤其涉及空心零构件的增减材双工位同步加工方法及装置。
背景技术
随着我国经济体系的快速发展，作为代表机械工业(从日常生活到航空、航天、航海及国防事业)发展重要基础的回转体类零构件的使用量逐年递增。从具体加工技术及方法角度来说：⑴减材加工的精度较高，但耗能、耗时、耗材程度同样较高，且在薄壁件加工时的成品率较低；⑵等材加工的效率较高、能耗较低、原材料的损耗也较少，但其毛坯件制备过程复杂、模具的设计制造成本较高，且难以满足特殊结构的小批量定制化服务要求；⑶增材制造技术可满足零构件加工的大量特殊要求，且可完成复杂结构的高效成形，但加工精度和加工表面质量问题仍难以解决。因此，增/减材复合制造技术应运而生，以期实现复杂回转体零构件成形过程的高效率、高精度、低损耗、低成本、高柔性化等综合性需求。
现有的桌面型增/减材复合制造装备，常将增材与减材加工划分成两个较独立环节。虽然可减少零部件装夹次数、缩短加工流程、提高加工精度与效率，还在一定程度上避免了增材与减材两个加工工序之间的干涉问题。但是，这会造成装备的整体尺寸偏大，加工总耗能与总耗时中的较高比例均损失在工位往复转换环节，同时也难以实现轴向尺寸较大的零构件内壁，以及回转体半径具非线性变化特征的复杂零构件内外壁表面的精密加工。
在增/减材复合加工过程中，工作台只能实现平移或者旋转运动，在加工特殊变化直径的回转体零件时操作复杂，加工效率低。另一方面，在切削或磨削时会产生大量的细小的废屑。如果包含多工位复合制造设备的复杂传动系统中未进行针对性的密封设计，大量废屑极易伴随润滑油吸附、堆积、堵塞在传动件间的啮合部位，造成严重磨损，导致传动及加工精度下降、关键精密零配件与装备整体的服役寿命缩短、维修维护费用增大，严重时工作台甚至会出现咬死的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种空心零构件的增减材双工位同步加工方法及装置，该装置结构紧凑、尺寸大小适中便于移动，加工方式多样且灵活可变，布局合理可实现增/减材多工位同步加工互不干涉，充分考虑了传动系统运行全过程以及增/减材加工全过程的可靠性与安全性问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种空心零构件的增减材双工位同步加工装置，包括增材模块、磨削减材模块、龙门架、第二底座、复合工作平台，所述龙门架包括龙门架横梁和位于龙门架横梁两端的龙门架立柱，所述龙门架立柱固定在第二底座上，所述龙门架横梁内设有水平驱动装置，所述水平驱动装置用于驱动所述增材模块、磨削减材模块相对于龙门架横梁水平移动，所述增材模块、磨削减材模块对复合工作平台上的工件分别进行增材加工和减材加工；
所述复合工作平台包括旋转平台组件和平移平台组件，所述旋转平台组件包括第一底座、旋转驱动机构和旋转工作台，所述旋转工作台安装于第一底座上，所述旋转驱动机构用于驱动旋转工作台相对于第一底座旋转；所述平移平台组件包括第二底座、平移驱动机构和平移工作台，所述平移工作台安装于第二底座上方，所述平移驱动机构用于驱动平移工作台相对于第二底座平移，所述旋转平台组件位于平移工作台上，平移工作台平移时带动旋转平台组件平移。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述旋转驱动机构包括连接轴承和旋转驱动电机，所述第一底座的上表面开设有回转孔，所述回转孔周向外侧设有圆凸台，所述旋转工作台包括上圆台盖和垂直连接于上圆台盖下方的下回转杆，所述上圆台盖盖设于圆凸台上，所述下回转杆插入回转孔内，所述连接轴承内圈套设于下回转杆外壁，所述连接轴承外圈与回转孔侧壁连接配合，所述旋转驱动电机驱动下回转杆旋转以带动上圆台盖旋转。
所述旋转驱动机构还包括从动轮和主动轮，从动轮固定于下回转杆的下端，旋转驱动电机驱动主动轮旋转，主动轮与从动轮啮合传动，从动轮带动旋转工作台旋转。
所述旋转工作台的下回转杆在连接轴承和从动轮之间设有轴承挡板，轴承挡板固定在第一底座上。
所述上圆台盖下底面周向设有上半槽，所述圆凸台上表面周向设有下半槽，所述上半槽和下半槽相配合组成滑动轨道，所述滑动轨道内设有多个滚珠。
所述平移驱动机构包括固定于上底座第二底座下部的第二伺服电机和X向滚珠丝杠；
所述平移工作台包括平板和位于平板下方的连接板，所述第二底座设有供连接板穿过的X向条形孔，所述连接板的下部与X向滚珠丝杠连接，所述第二伺服电机驱动X向滚珠丝杠带动连接板沿X向移动，X向滚珠丝杠与X向条形孔错位设置。
所述平移驱动机构包括输入齿轮和输出齿轮，所述输入齿轮位于第二伺服电机的输出端，所述输出齿轮位于X向滚珠丝杠上，所述输入齿轮和输出齿轮啮合传动。
所述水平驱动装置，所述水平驱动装置包括第一电机、第一支撑座和Y向滚珠丝杠，所述第一电机用于驱动Y向滚珠丝杠转动，所述Y向滚珠丝杠通过第一支撑座支撑于龙门架横梁上，所述增材模块和磨削减材模块分别与Y向滚珠丝杠连接。
所述增减材双工位同步加工装置还包括竖向驱动装置，所述竖向驱动装置支撑于龙门架立柱上并用于驱动龙门架横梁上下移动，所述竖向驱动装置包括第二电机、第三支撑座、竖向滚珠丝杠，所述第二电机用于驱动竖向滚珠丝杠转动，所述竖向滚珠丝杠通过第三支撑座支撑于龙门架立柱上。
所述磨削减材模块包括小砂轮立柱，位于小砂轮立柱外且用于磨削工件的小砂轮，以及位于小砂轮立柱内的砂轮电机、砂轮摆动轴和砂轮摆动柱，所述砂轮电机驱动水平设置的砂轮摆动轴转动以带动小砂轮摆动，所述砂轮摆动柱上下两端分别与砂轮摆动轴、小砂轮连接。
所述磨削减材模块还包括两互相啮合传动的圆锥齿轮，其中一圆锥齿轮固定于砂轮摆动轴上，所述砂轮电机驱动其中一圆锥齿轮转动带动砂轮摆动轴转动。
所述小砂轮立柱底部开设有楔形槽。
所述磨削减材模块和龙门架横梁可拆卸连接。
所述砂轮摆动轴两端固定在小砂轮立柱内侧壁上。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种空心零构件的增减材双工位同步加工方法，包括以下步骤：
将工件放置于旋转工作台上，开启增材模块发射激光在工件表面产生熔池，送料机构将原料送至增材模块下并在激光的作用下于熔池处熔化并固化在工件上，开启磨削减材模块同步对固化后的工件侧面进行减材加工，改变旋转工作台上工件和增材模块、磨削减材模块的相对位置，达到预设厚度层后，向上移动增材模块，开始下一厚度层的增材加工；
所述改变旋转工作台上工件和增材模块、磨削减材模块的相对位置包括以下方式：
方式A：开启旋转驱动机构驱动旋转工作台；
方式B：开启平移驱动机构驱动平移工作台平移；
方式C：开启水平驱动装置的第一电机驱动Y向滚珠丝杠转动，所述Y向滚珠丝杠带动增材模块和/或磨削减材模块沿水平方向移动；
所述减材加工具体包括：旋转磨削减材模块的小砂轮至与工件侧面贴合对工件进行侧面磨削。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述向上移动增材模块的具体步骤包括：开启竖向驱动装置的第二电机驱动竖向滚珠丝杠转动，竖向滚珠丝杠带动横梁向上移动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明结构布局紧凑、安全可靠、操作简便、环境友好；采用整体桌面型设计，占用空间非常有限，便于搬运移动；具有可兼容加工多种类材料(例如：树脂、金属及其复合材料等)，以及多样性加工方式的性能特点；可实现尺寸许可范围内的各类型复杂结构回转体零构件的高效近净成形，有望在民用生活器具(例如：新型环保可降解有机材料容器、餐具和儿童玩具等)、工业小批量和特种定制化精密零构件制造等应用环境中推广普及。
2、本发明的增材模块和磨削减材模块依靠水平驱动装置实现水平移动，复合工作平台的旋转工作台执行的圆周运动，平移工作台执行的水平移动，以及龙门架横梁的竖直方向的运动，即可有效实现空心零构件的增材和减材的实时同步加工。同步加工不仅可以灵活高效地完成复杂结构的内、外两侧表面的高精度减材加工，而且在合理的多自由度独立控制的运动配合与传动布置设计之下，严格控制了装备整体的质心高度以提高稳定性，基本实现了两工位的无间隙融合，节省了大量用于工位转换所需的工时与能耗，进一步缩短了加工流程和生产周期，突显了多工位一体化同步复合加工方法的短流程与近净成形优势。
3、本发明的增材模块和磨削减材模块均采用可独立拆卸的模块化装置设计，与相应套筒间可实现快速地拆卸与装配。当增材模块或磨削减材模块需维护或更换时，操作极为简便，而且铣削头可根据不同加工条件进行更换，灵活性高。当被加工材料属性存在较大变更时，可按需调整激光器型号。
4.本发明实现了具有高温、高速等高危险性加工设备的环境友好性设计，合理增设气密性防护罩(外罩)，隔绝装备内工作环境与外部环境，提高加工质量以及操作人员安全性。
5、本发明的复合工作平台，将旋转平台组件和平移平台组件集成为一体，旋转工作台在旋转的同时，依托下方的平移工作台实现平移功能，在制作回转体零件时，在同一平面上制作多个直径相同或不同的回转体零件，大大扩展了回转体零件的适用范围，节能，生产效率高。另一方面，本发明旋转工作台和第一底座、第二底座和平移工作台的配合，实现传动和加工的密封性分隔，通过不干涉系统部件运动的传动系统密封性设计，有效避免了因加工中产生的各类碎屑的渗入、堆积而导致精密传动零部件的非正常磨损，进而确保了装备服役期的加工精度与有效服役寿命。
6、本发明的旋转工作台上方的加工空间与下方的传动空间，通过上圆台盖和下圆凸台的插入式交叉错位的配合方式，实现密封性分隔。同时，装置中所涉及可能与加工空间有接触的各传动导向槽(如水平丝杠安装孔、竖向丝杠安装孔)均配备有弹性密封橡胶块进行包裹，实现密封性分隔。通过不干涉系统部件运动的传动系统密封性设计，有效避免了因加工中产生的各类碎屑的渗入、堆积而导致精密传动零部件的非正常磨损，进而确保了装备服役期的加工精度与有效服役寿命。另外，上圆台盖和下圆凸台的相对转动，采用圆盘滚珠滑道实现低运动阻力配合；上圆台盖的驱动部分采用圆锥齿轮进行传动配合；横梁的高度调节以及增减材加工模块的位移调节均采用滚珠丝杠进行传动配合，上述传动件均具有工业标准化程度高、制造成本低廉、使用稳定性高、传动过程的精度与可控性均较高的特点。进一步为实现民用及工业的推广普及提供便利。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明装置的结构示意图(移除外罩)。
图3是本发明装置的另一视角结构示意图(移除外罩)。
图4是本发明复合工作平台的结构示意图。
图5是本发明第一底座的结构示意图。
图6是本发明第一底座的半剖侧视图。
图7是本发明旋转工作台的半剖侧视图。
图8是本发明旋转平台组件的立体结构示意图。
图9是本发明旋转工作台的侧视图。
图10是图9中A-A线剖视图。
图11是本发明旋转工作台及其驱动结构的立体结构示意图。
图12是本发明平移平台组件的结构示意图。
图13是本发明平移平台组件的结构示意图(移除第二底座和下底板)。
图14是本发明平移工作台的驱动结构的结构示意图。
图15是本发明龙门架横梁和龙门架立柱的结构示意图(移除部分外壳)。
图16是本发明龙门架立柱内竖向驱动装置的结构示意图。
图17是本发明龙门架横梁的结构示意图。
图18是本发明水平驱动装置的结构示意图。
图19是本发明龙门架立柱的侧视图。
图20是图19中B-B线剖视图。
图21是本发明增材模块的结构示意图。
图22是本发明套筒的结构示意图。
图23是本发明磨削减材模块的结构示意图。
图24是本发明磨削减材模块的结构示意图(移除部分零件)。
图25是本发明磨削减材模块的锲形槽的结构示意图。
图中各标号表示：
1、第一底座；101、回转孔；102、圆凸台；1021、下半槽；2、外罩；3、第二底座；31、X向条形孔；4、下底板；5、龙门架；51、龙门架立柱；511、第一电机安装孔；512、竖向丝杠安装孔；513、水平隔板；514、第二条形孔；52、龙门架横梁；521、水平丝杠安装孔；522、第二电机安装孔；523、竖直隔板；524、第一条形孔；6、磨削减材模块；61、小砂轮；62、小砂轮立柱；621、锲形槽；63、砂轮微调壳体；64、立柱接头；65、砂轮电机；66、砂轮摆动轴；67、砂轮摆动柱；68、圆锥齿轮；7、平移驱动机构；71、第二伺服电机；72、输入齿轮；73、输出齿轮；74、X向滚珠丝杠；8、定料机构；81、辊筒支架；82、小辊筒；9、旋转工作台；901、下回转杆；902、上圆台盖；9021、上半槽；10、滚珠；100、第二支撑座；11、旋转驱动机构；111、连接轴承；112、轴承挡板；113、从动轮；114、主动轮；115、旋转驱动电机；12、增材模块；121、激光头；122、送丝头；16、水平驱动装置；161、第一电机；162、第一支撑座；163、Y向滚珠丝杠；1631、水平丝杠本体；1632、水平丝杠螺母；164、套筒；1641、套筒本体；1642、延伸杆；165、弹性联轴器；17、竖向驱动装置；171、第二电机；172、第三支撑座；173、竖向滚珠丝杠；1731、竖向丝杠本体；1732、竖向丝杠螺母；20、平移工作台；201、平板；202、连接板；2021、竖板；2022、横板；60、送料机构；601、辊轮支架；602、送料辊轮。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
如图1至25所示，一种本实施例的空心零构件的增减材双工位同步加工装置，包括增材模块12、磨削减材模块6、龙门架5、第二底座3、复合工作平台，龙门架5包括龙门架横梁52和位于龙门架横梁52两端的龙门架立柱51，龙门架立柱51固定在第二底座3上，龙门架横梁52内设有水平驱动装置16，水平驱动装置16用于驱动增材模块12、磨削减材模块6相对于龙门架横梁52水平移动，增材模块12、磨削减材模块6对复合工作平台上的工件分别进行增材加工和减材加工；复合工作平台包括旋转平台组件和平移平台组件，旋转平台组件包括第一底座1、旋转驱动机构11和旋转工作台9，旋转工作台9安装于第一底座1上，旋转驱动机构11用于驱动旋转工作台9相对于第一底座1旋转；平移平台组件包括第二底座3、平移驱动机构7和平移工作台20，平移工作台20安装于第二底座3上方，平移驱动机构7用于驱动平移工作台20相对于第二底座3平移，旋转平台组件位于平移工作台20上，平移工作台20平移时带动旋转平台组件平移。
龙门架5包括龙门架横梁52和位于龙门架横梁52两端的龙门架立柱51，龙门架立柱51位于旋转工作台9两侧增材模块12和磨削减材模块6安装于龙门架横梁52上，龙门架横梁52相对于龙门架立柱51可上下移动，增材模块12和磨削减材模块6相对于龙门架横梁52可水平移动。
如图4-11所示，本实施例的旋转驱动机构11包括连接轴承111和旋转驱动电机115，第一底座1的上表面开设有回转孔101，回转孔101周向外侧设有圆凸台102，旋转工作台9包括上圆台盖902和垂直连接于上圆台盖902下方的下回转杆901，上圆台盖902盖设于圆凸台102上，下回转杆901插入回转孔101内，连接轴承111内圈套设于下回转杆901外壁，连接轴承111外圈与回转孔101侧壁连接配合，旋转驱动电机115驱动下回转杆901旋转以带动上圆台盖902旋转。
旋转工作台9上方的加工空间与第一底座1下方的传动空间，通过上圆台盖902和圆凸台102的插入式交叉错位的配合方式，实现密封性分隔，通过不干涉系统部件运动的传动系统密封性设计，有效避免了因加工中产生的各类碎屑的渗入、堆积而导致精密传动零部件的非正常磨损，进而确保了装备服役期的加工精度与有效服役寿命。
旋转驱动机构11还包括从动轮113和主动轮114，从动轮113固定于下回转杆901的下端，旋转驱动电机115驱动主动轮114旋转，主动轮114与从动轮113啮合传动，从动轮113带动旋转工作台9旋转。上圆台盖902的驱动部分的主动轮114和从动轮113均采用圆锥齿轮进行传动配合，传动精度和可控性较高。
本实施例中，旋转工作台9设置于第一底座1中心位置，第一底座1包括上表面和设置于上表面外侧下方的侧面，从动轮113、主动轮114、旋转驱动电机115安装于第一底座1上表面和侧面围成的空间内，即从动轮113、主动轮114、旋转驱动电机115安装于第一底座1上表面下方，从动轮113位为盘形锥齿轮，主动轮114为锥齿轮，旋转驱动电机115为伺服电机，通过伺服电机与锥齿轮的啮合传动，达到控制旋转工作台9旋转的目的。
旋转工作台9的下回转杆901在连接轴承111和从动轮113之间设有轴承挡板112，轴承挡板112固定在第一底座1上。
上圆台盖902下底面周向设有上半槽9021，圆凸台102上表面周向设有下半槽1021，上半槽9021和下半槽1021相配合组成滑动轨道，滑动轨道内设有多个滚珠10。上圆台盖902和圆凸台102的相对转动，采用滚珠10在滑动轨道内滑动实现低运动阻力配合。
本实施例中，滑动轨道的内圆侧比外圆侧略低，并且滑动轨道与滚珠10啮合，圆凸台102与上圆台盖902之间为滚动摩擦，大大减小了摩擦阻力，从而降低了能耗，提高了精度，并且，此设计使得旋转工作台9上方的加工空间与旋转工作台9下方的传动空间相隔离，磨削粉尘不能进入传动空间，密封性能大大提高。
如图12至14所示，平移平台组件，包括第二底座3、安装于第二底座3上方的平移工作台20以及固定于第二底座3下部的第二伺服电机71和X向滚珠丝杠74；平移工作台20包括平板201和位于平板201下方的连接板202，第二底座3设有供连接板202穿过的X向条形孔31，连接板202的下部与X向滚珠丝杠74连接，第二伺服电机71驱动X向滚珠丝杠74带动连接板202沿X向移动，X向滚珠丝杠74与X向条形孔31错位设置。
本发明将控制单轴(本实施例中只有一个X向滚珠丝杠74由电机驱动)传动的第二伺服电机71布置于第二底座3下方，电机等零部件质量集中在第二底座3下，降低装置整机重心并减轻工作台运动载荷，在提高装置稳定性的同时实现高效节能的功效；本发明对传动系统设计了较为完善的密封结构，X向滚珠丝杠74与连接板202相对应的X向条形孔31错位设置，当磨削时，磨屑掉入条形孔时，随着X向条形孔31向下掉落，而不会影响用于传动的X向滚珠丝杠74的运动，延长传动零件使用寿命。
本实施例中，第二底座3下方设有下底板4，下底板4和第二底座3组成了固定底座，先安装位于第二底座3下方的零件，再安装下底板4。
连接板202包括横板2022和竖板2021，竖板2021的一端连接于平板201，竖板2021的另一端与横板2022的一端连接，横板2022的另一端与X向滚珠丝杠74连接，第二伺服电机71与其中一个X向滚珠丝杠74的一端连接并驱动X向滚珠丝杠74旋转，以带动横板2022沿X向移动。
横板2022在靠近X向滚珠丝杠74一侧设有限位孔，限位孔与X向滚珠丝杠74凹凸配合连接。
X向滚珠丝杠74通过第二支撑座100与第二底座3连接固定。本实施例中，第二支撑座100为橡胶材料制备而成。
所述平移驱动机构7包括输入齿轮72和输出齿轮73，所述输入齿轮72位于第二伺服电机71的输出端，所述输出齿轮73位于X向滚珠丝杠74上，所述输入齿轮72和输出齿轮73啮合传动。
如图15、18所示，增减材双工位同步加工装置还包括水平驱动装置16，水平驱动装置16支撑于龙门架横梁52上并用于驱动增材模块12和磨削减材模块6沿水平方向移动，水平驱动装置16包括第一电机161、第一支撑座162和Y向滚珠丝杠163，第一电机161用于驱动Y向滚珠丝杠163转动，Y向滚珠丝杠163通过第一支撑座162支撑于龙门架横梁52上，增材模块12和磨削减材模块6分别与Y向滚珠丝杠163连接。
Y向滚珠丝杠163包括水平丝杠本体1631和两个水平丝杠螺母1632，水平丝杠螺母1632套接于水平丝杠本体1631上并沿水平丝杠本体1631水平移动，增材模块12和磨削减材模块6分别与两个水平丝杠螺母1632连接。
增材模块12与磨削减材模块6分别装配在两旋转方向相反的Y向滚珠丝杠163上，两Y向滚珠丝杠163通过弹性联轴器165连接，且两者的水平丝杠螺母1632旋向方向相反(水平丝杠螺母1632与各自所属Y向滚珠丝杠163的旋向相同)。第一电机161驱动其中一Y向滚珠丝杠163旋转，通过弹性联轴器165将扭矩传递到另一Y向滚珠丝杠163上。当第一电机161正转，Y向滚珠丝杠163上的两水平丝杠螺母1632就会沿水平丝杠本体1631长度方向逐渐靠近；当第一电机161反转，Y向滚珠丝杠163上的两水平丝杠螺母1632就会沿水平丝杠本体1631长度方向逐渐远离。龙门架横梁52内通过第一电机161与Y向滚珠丝杠163传动连接，控制两个反向配合的水平丝杠螺母1632往相反方向移动，实现增材模块12与磨削减材模块6的联动效果。
如图22所示，水平驱动装置16还包括套筒164，套筒164套设于水平丝杠螺母1632上，增材模块12和磨削减材模块6分别通过套筒164与两个水平丝杠螺母1632连接。通过拆卸套筒164和水平丝杠螺母1632实现增材模块12和磨削减材模块6的拆卸与装配，当增材模块12或磨削减材模块6需维护或更换时，操作极为简便。当被加工材料属性存在较大变更时，可按需调整激光器型号；同样在磨削减材模块6中可实现立式磨削与立式铣削的离线互换，由此进一步提高了装备可加工方式的柔性、多样性和适用性。
本实施例中，套筒164包括套筒本体1641和延伸杆1642，套筒本体1641内壁与水平丝杠螺母1632配合连接，延伸杆1642的一端与套筒本体1641外壁连接，另一端与增材模块12或磨削减材模块6可拆卸连接。
本实施例中，龙门架横梁52的数量为一个，增材模块12和磨削减材模块6安装于龙门架横梁52上并在同一水平驱动装置16的驱动下沿水平方向移动。
如图17所示，龙门架横梁52包括水平丝杠安装孔521、第二电机安装孔522、竖直隔板523和第一条形孔524，竖直隔板523将水平丝杠安装孔521和第二电机安装孔522分隔开，第一条形孔524与水平丝杠安装孔521相连通且靠近龙门架横梁52下侧设置，便于套筒164沿龙门架横梁52水平方向移动，水平丝杠安装孔521用于安装Y向滚珠丝杠163的水平丝杠本体1631和水平丝杠螺母1632，第二电机安装孔522用于安装第一电机161。
本实施例中，套筒164的延伸杆1642自龙门架横梁52内穿过水平丝杠安装孔521延伸到龙门架横梁52外部，水平丝杠安装孔521沿长度方向设有密封橡胶块(图中未示出)，一方面密封橡胶块用于密封水平丝杠安装孔521，阻挡磨屑进入，另一方面，密封橡胶块不能阻挡延伸杆1642移动，因此，密封橡胶块设置于水平丝杠安装孔521两侧，延伸杆1642位于两密封橡胶块之间。
在其他实施例中，水平丝杠安装孔521内竖直设有支撑隔板(图中未示出)，支撑隔板用于支撑弹性联轴器165。
如图15、16所示，增减材双工位同步加工装置还包括竖向驱动装置17，竖向驱动装置17支撑于龙门架立柱51上并用于驱动龙门架横梁52上下移动，竖向驱动装置17包括第二电机171、第三支撑座172、竖向滚珠丝杠173，第二电机171用于驱动竖向滚珠丝杠173转动，竖向滚珠丝杠173通过第三支撑座172支撑于龙门架立柱51上。
竖向滚珠丝杠173包括竖向丝杠本体1731和竖向丝杠螺母1732，竖向丝杠螺母1732套接于竖向丝杠本体1731上并沿竖向丝杠本体1731上下移动，龙门架横梁52与竖向丝杠螺母1732连接。
本实施例中，竖向滚珠丝杠173的数量为两个，每个竖向滚珠丝杠173的两端均设有第三支撑座172，两个竖向丝杠螺母1732均与龙门架横梁52连接，用于支撑龙门架横梁52，其中一个竖向滚珠丝杠173通过第二电机171驱动，另一个竖向滚珠丝杠173为从动，两个竖向滚珠丝杠173便于龙门架横梁52的稳定移动。第二电机171为伺服电机。竖向滚珠丝杠173的竖向丝杠螺母1732平行并固定住龙门架横梁52，通过龙门架立柱51内的第二电机171来控制龙门架横梁52沿Z轴方向上下移动，龙门架横梁52在两侧竖向丝杠螺母1732的固定和带动作用下带着增材模块12、磨削减材模块6沿Z轴方向上下移动。
如图16、19、20所示，龙门架立柱51对称设置在龙门架横梁52两侧，龙门架立柱51包括第一电机安装孔511、竖向丝杠安装孔512、水平隔板513和第二条形孔514，第一电机安装孔511、竖向丝杠安装孔512、水平隔板513远离龙门架横梁52一侧设置，第二条形孔514靠近龙门架横梁52一侧设置且与竖向丝杠安装孔512相连通，用于供竖向丝杠螺母1732通过，且竖向丝杠螺母1732能在第二条形孔514内上下移动，第一电机安装孔511和竖向丝杠安装孔512之间通过水平隔板513隔开，水平隔板513用于支撑竖向丝杠本体1731，第一电机安装孔511用于安装第一电机161。
本实施例中，第二条形孔514靠近竖向丝杠安装孔512一侧设置，第二条形孔514与竖向丝杠螺母1732相互配合。并且，在贯穿的第二条形孔514沿长度方向通过两块密封橡胶块相夹实现相对密封，实现龙门架立柱51内传动空间与旋转工作台9上方加工空间的完全隔离。
如图1所示，本实施例中，第二底座3上方罩设有外罩2，外罩2上开设有置物口，置物口上安装有可关闭和打开置物口的罩门。本实施例中，外罩2为透明罩，便于观察核心部件的工作状况，另一方面，外罩2用于密封保护核心部件，隔绝装备内工作环境与外部环境，提高加工质量以及操作人员安全性。
外罩2开设有进气孔和出气孔，用于将外罩2内抽真空或通入保护气体。本实施例中，进气孔和出气口分别相对设置于外罩2的侧壁上且分别靠近外罩2的上部和下部设置。一般惰性气体或者二氧化碳等保护气体都是比空气重的，进气口在下部，出气孔在上部，在加工过程是保持慢速进气的，外罩2内是负高压状态。
如图2、3所示，复合工作台一侧设有送料机构60，送料机构60包括送料辊轮602和用于支撑送料辊轮602的辊轮支架601，工作时送料辊轮602上环绕代加工原料丝材，根据加工进度将原料丝材同步输送至增材模块12处。
如图21所示，增材模块12包括激光头121和送丝头122，在送丝头122入料口上方设有定料机构8，定料机构8包括辊筒支架81和两小辊筒82，两小辊筒82支撑于辊筒支架81上，用于定位原料丝材。
激光头121的激光发射方向和送丝头122的送丝方向呈一定夹角α，送丝头122的送丝方向为竖直方向，激光发射方向与送丝方向的夹角α为45°(其他实施例中，0＜α＜90°均可取得相同或相似的技术效果)，实现增材加工时同步送丝。在送丝头122布置小辊筒82，并且小辊筒82中间设置与丝相当的圆凹槽，增强精确度，两小辊筒82下方的送丝头122上方开设有供原料丝材通过的送丝孔。本实施例中，激光头121的激光发射方向垂直于工件表面。
如图23、24、25所示，磨削减材模块6包括小砂轮61、小砂轮立柱62、砂轮微调壳体63、立柱接头64、砂轮摆动轴66、砂轮摆动柱67和两互相啮合传动的圆锥齿轮68，立柱接头64上端与套筒164连接，立柱接头64下端通过砂轮微调壳体63与小砂轮立柱62连接，砂轮电机65与其中一圆锥齿轮68同轴，另一圆锥齿轮68通过横向设置的砂轮摆动轴66与小砂轮立柱62固定连接，砂轮摆动轴66与砂轮摆动柱67垂直连接，砂轮摆动柱67下端与小砂轮61连接，由此，通过驱动砂轮摆动轴66以实现小砂轮61的摆动，增强对曲面的铣削精度。小砂轮立柱62底部开成锲形槽621，即保证小砂轮61的旋转又起到一定的密封作用。
本发明中，以沿X向滚珠丝杠74的长度方向为X向，以沿Y向滚珠丝杠163的长度方向为Y向(即沿龙门架横梁52的长度方向)，以垂直于旋转工作台9上表面的方向为Z向(即龙门架立柱51的长度方向)，第一底座1的移动方向和增材模块12或磨削减材模块6的移动方向垂直。
本发明的空心零构件的增减材双工位同步加工方法，包括以下步骤：将工件放置于旋转工作台9上，开启增材模块12发射激光在工件表面产生熔池，送料机构60将原料送至增材模块12下并在激光的作用下于熔池处熔化并固化在工件上，开启磨削减材模块6同步对固化后的工件侧面进行减材加工，改变旋转工作台9上工件和增材模块12、磨削减材模块6的相对位置，达到预设厚度层后，向上移动增材模块12，开始下一厚度层的增材加工；
改变旋转工作台9上工件和增材模块12、磨削减材模块6的相对位置包括以下方式：
方式A：开启旋转驱动机构11驱动旋转工作台9；
方式B：开启平移驱动机构7驱动平移工作台20平移；
方式C：开启水平驱动装置16的第一电机161驱动Y向滚珠丝杠163转动，Y向滚珠丝杠163带动增材模块12和/或磨削减材模块6沿水平方向移动；
减材加工包括：旋转磨削减材模块6的小砂轮61至与工件侧面贴合对工件进行侧面磨削。
本实施例中，向上移动增材模块12的具体步骤包括：开启竖向驱动装置17的第二电机171驱动竖向滚珠丝杠173转动，竖向滚珠丝杠173带动龙门架横梁52向上移动。
本发明能够用于一体成型制作回转体零件，回转中心竖直，管径可变，圆环类零件和空心管件等，适用范围广。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：
1、龙门架横梁52的数量为两个，增材模块12和磨削减材模块6分别安装于两龙门架横梁52上并分别在不同水平驱动装置16的驱动下沿水平方向移动，增材模块12与其中一个套筒164连接，磨削减材模块6与另一个套筒164连接。增材模块12和磨削减材模块6的X轴与Z轴的运动相互独立，实现了更加复杂的结构件加工。
2、每个龙门架立柱51上半部分内部安装有两组竖向驱动装置17，两组竖向驱动装置17分别用于驱动两龙门架横梁52。龙门架立柱51上开设有分别与两组竖向驱动装置17相配合的安装孔。在其他实施例中，两组龙门架5分别用于安装增材模块12和磨削减材模块6也可取得相同或相似的技术效果。
3.Y向滚珠丝杠163包括水平丝杠本体1631和两个水平丝杠螺母1632，水平丝杠螺母1632套接于水平丝杠本体1631上并沿水平丝杠本体1631水平移动，增材模块12和磨削减材模块6分别与两个水平驱动装置16的水平丝杠螺母1632连接。套筒164分别套设于两个水平驱动装置16的水平丝杠螺母1632上，便于拆卸增材模块12和磨削减材模块6。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种空心零构件的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：
包括增材模块(12)、磨削减材模块(6)、龙门架(5)、第二底座(3)、复合工作平台，所述龙门架(5)包括龙门架横梁(52)和位于龙门架横梁(52)两端的龙门架立柱(51)，所述龙门架立柱(51)固定在第二底座(3)上；
所述龙门架横梁(52)内设有水平驱动装置(16)，所述水平驱动装置(16)用于驱动所述增材模块(12)、磨削减材模块(6)相对于龙门架横梁(52)水平移动，所述增材模块(12)、磨削减材模块(6)对复合工作平台上的工件分别进行增材加工和减材加工；
所述复合工作平台包括旋转平台组件和平移平台组件，所述旋转平台组件包括第一底座(1)、旋转驱动机构(11)和旋转工作台(9)，所述旋转工作台(9)安装于第一底座(1)上，所述旋转驱动机构(11)用于驱动旋转工作台(9)相对于第一底座(1)旋转；
所述平移平台组件包括第二底座(3)、平移驱动机构(7)和平移工作台(20)，所述平移工作台(20)安装于第二底座(3)上方，所述平移驱动机构(7)用于驱动平移工作台(20)相对于第二底座(3)平移，所述旋转平台组件位于平移工作台(20)上，平移工作台(20)平移时带动旋转平台组件平移。
2.根据权利要求1所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述旋转驱动机构(11)包括连接轴承(111)和旋转驱动电机(115)，所述第一底座(1)的上表面开设有回转孔(101)，所述回转孔(101)周向外侧设有圆凸台(102)，所述旋转工作台(9)包括上圆台盖(902)和垂直连接于上圆台盖(902)下方的下回转杆(901)，所述上圆台盖(902)盖设于圆凸台(102)上，所述下回转杆(901)插入回转孔(101)内，所述连接轴承(111)内圈套设于下回转杆(901)外壁，所述连接轴承(111)外圈与回转孔(101)侧壁连接配合，所述旋转驱动电机(115)驱动下回转杆(901)旋转以带动上圆台盖(902)旋转。
3.根据权利要求2所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述旋转驱动机构(11)还包括从动轮(113)和主动轮(114)，从动轮(113)固定于下回转杆(901)的下端，旋转驱动电机(115)驱动主动轮(114)旋转，主动轮(114)与从动轮(113)啮合传动，从动轮(113)带动旋转工作台(9)旋转。
4.根据权利要求2或3所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述上圆台盖(902)下底面周向设有上半槽(9021)，所述圆凸台(102)上表面周向设有下半槽(1021)，所述上半槽(9021)和下半槽(1021)相配合组成滑动轨道，所述滑动轨道内设有多个滚珠(10)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述平移驱动机构(7)包括固定于上底座第二底座(3)下部的第二伺服电机(71)和X向滚珠丝杠(74)；
所述平移工作台(20)包括平板(201)和位于平板(201)下方的连接板(202)，所述第二底座(3)设有供连接板(202)穿过的X向条形孔(31)，所述连接板(202)的下部与X向滚珠丝杠(74)连接，所述第二伺服电机(71)驱动X向滚珠丝杠(74)带动连接板(202)沿X向移动，X向滚珠丝杠(74)与X向条形孔(31)错位设置。
6.根据权利要求5所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述平移驱动机构(7)还包括输入齿轮(72)和输出齿轮(73)，所述输入齿轮(72)位于第二伺服电机(71)的输出端，所述输出齿轮(73)位于X向滚珠丝杠(74)上，所述输入齿轮(72)和输出齿轮(73)啮合传动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述水平驱动装置(16)，所述水平驱动装置(16)包括第一电机(161)、第一支撑座(162)和Y向滚珠丝杠(163)，所述第一电机(161)用于驱动Y向滚珠丝杠(163)转动，所述Y向滚珠丝杠(163)通过第一支撑座(162)支撑于龙门架横梁(52)上，所述增材模块(12)和磨削减材模块(6)分别与Y向滚珠丝杠(163)连接。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的增减材双工位同步加工装置，其特征在于：所述增减材双工位同步加工装置还包括竖向驱动装置(17)，所述竖向驱动装置(17)支撑于龙门架立柱(51)上并用于驱动龙门架横梁(52)上下移动，所述竖向驱动装置(17)包括第二电机(171)、第三支撑座(172)、竖向滚珠丝杠(173)，所述第二电机(171)用于驱动竖向滚珠丝杠(173)转动，所述竖向滚珠丝杠(173)通过第三支撑座(172)支撑于龙门架立柱(51)上。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述空心零构件的增减材双工位同步加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
将工件放置于旋转工作台(9)上，开启增材模块(12)发射激光在工件表面产生熔池，送料机构(60)将原料送至增材模块(12)下并在激光的作用下于熔池处熔化并固化在工件上，开启磨削减材模块(6)同步对固化后的工件端侧面进行减材加工，改变旋转工作台(9)上工件和增材模块(12)、磨削减材模块(6)的相对位置，达到预设厚度层后，向上移动增材模块(12)，开始下一厚度层的增材加工；
所述改变旋转工作台(9)上工件和增材模块(12)、磨削减材模块(6)的相对位置包括以下方式：
方式A：开启旋转驱动机构(11)驱动旋转工作台(9)；
方式B：开启平移驱动机构(7)驱动平移工作台(20)平移；
方式C：开启水平驱动装置(16)的第一电机(161)驱动Y向滚珠丝杠(163)转动，所述Y向滚珠丝杠(163)带动增材模块(12)和/或磨削减材模块(6)沿水平方向移动；
所述减材加工具体包括：旋转磨削减材模块(6)的小砂轮(61)至与工件侧面贴合对工件进行侧面磨削。
10.根据权利要求9所述的增减材双工位同步加工方法，其特征在于：所述向上移动增材模块(12)的具体步骤包括：开启竖向驱动装置(17)的第二电机(171)驱动竖向滚珠丝杠(173)转动，竖向滚珠丝杠(173)带动龙门架横梁(52)向上移动。
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