CN114851559A - 自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件，包括多轴驱动组件；加工组件，安装在所述多轴驱动组件上，包括升降件、工作头，所述升降件分别与所述多轴驱动组件以及工作头连接；工作台组件，包括旋转驱动件、转动臂、转动工作台，所述旋转驱动件与所述转动臂转动连接，所述转动臂与所述转动工作台转动连接；工作台组件与多轴驱动组件之间，是工作平面上冗余的多个自由度的协作关系，通过多个驱动单独或协同作用而形成加工轨迹与各自的调整路径；升降件提供垂直于工作平面的层层叠加运动。本发明能够通过多个自由度对工件进行增材或减材制造，且能够提高加工轨迹的加工精度和效率。

Description

自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件

技术领域

本发明涉及工件增材及减材制造技术领域，具体涉及一种自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件。

背景技术

增材制造，是通过打印材料层来操作，而不是减损预先存在的对象，此功能称为熔融沉积建模，通过增材制造设备将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品，因此，它被称为3D打印；

减材制造则是从一块材料开始，然后对其进行切割，使其在制造过程中逐渐减少，最终形成需求的形状，例如激光切割，利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现工件的切割。

激光加工中除激光切割之外，还包括激光雕刻、激光焊接、激光局部热处理等应用，而基于激光选择性烧结技术(SLS)和基于激光选择性熔融技术(SLM)是3D打印应用于工业领域内的标志性技术。

加工平面上，常见形状成形原理：一自由度转动或二自由度插补移动形成的圆弧，一自由度平行移动或二自由度插补移动形成的直线，除圆弧之外的二自由度插补移动形成的曲线，以及圆弧与直线组合形状，曲线与直线组合形状。通常X、Y直角坐标式插补，是直角台阶式插补，原理上亦可实现斜角台阶式插补或曲线插补。

现有的增材或减材制造设备，通常采用直角坐标系的直线运动平台，通过控制三个电机、以及激光切割头、或喷嘴、或挤出头，实现点、线、面、体的逐步运动成型的减材或增材加工；虽然直角坐标系工作台传动结构简单、控制要求方便，但对斜线、曲线轨迹需要进行插补，从而影响加工精度和效率。

因此，目前亟需一种能够通过多个自由度对工件进行增材或减材制造，且提高加工精度和效率的加工系统。

发明内容

为此，本发明自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件，克服了现有技术的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了自由度冗余加工系统，包括：

多轴驱动组件；

加工组件，安装在所述多轴驱动组件上，包括升降件、工作头，所述升降件分别与所述多轴驱动组件以及工作头连接，用于驱动所述工作头进行第一预设方向运动；所述工作头用于将待加工工件加工成预设形状；

工作台组件，包括旋转驱动件、转动臂、转动工作台，所述旋转驱动件与所述转动臂转动连接，用于驱动所述转动臂沿预设摆动轨迹运动；所述转动臂与所述转动工作台连接，用于驱动所述转动工作台进行第二预设方向运动。

进一步地，所述转动臂包括第一转动臂以及第二转动臂，所述旋转驱动件包括第一驱动件以及第二驱动件；所述第一转动臂分别与所述第一驱动件以及第二驱动件串联连接，所述第二转动臂与所述转动工作台串联连接；通过所述第一驱动件驱动所述第一转动臂沿第一摆动轨迹运动，通过所述第二驱动件驱动所述第二转动臂沿第二摆动轨迹运动，进而通过所述第二转动臂带动所述转动工作台运动；所述转动工作台包含旋转电机和转盘，所述旋转电机驱动所述转盘转动，所述转盘上放置待加工工件。

进一步地，所述多轴驱动组件包括第一移动件、第二移动件，所述第一移动件与所述第二移动件滑动连接，用于驱动所述第二移动件沿第一运动方向移动；所述第二移动件用于驱动所述升降件沿第二运动方向移动。

进一步地，所述升降件包括连接件、升降驱动件以及升降板，所述连接件分别与所述第二移动件以及升降驱动件固定连接，且所述连接件设有导向孔；所述升降驱动件与所述升降板连接，用于驱动所述升降板沿第三方向移动。

进一步地，所述升降板包括第一升降板以及第二升降板，所述第一升降板与所述升降驱动件连接，所述第二升降板与工作头连接；所述第一升降板与第二升降板之间安装有至少一个导杆，且所述导杆穿过所述连接件的导向孔；通过所述升降驱动件驱动所述第一升降板沿第三方向移动，同时所述第一升降板带动所述导杆同步移动，进而通过所述导杆带动所述第二升降板同步移动。

进一步地，所述工作头包括激光头、打印喷嘴、挤出头中的至少一种。

本发明还提供轮廓线高精度加工方法，使用所述的自由度冗余加工系统对待加工工件进行预设形状加工，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：根据待加工工件的预设形状生成第一加工轨迹路径以及第二加工轨迹路径；

步骤S2：根据第一加工轨迹路径，使升降件沿预设移动轨迹移动，将工作头沿第一预设方向运动，和/或根据第二加工轨迹路径，使转动臂沿预设摆动轨迹运动，将转动工作台置放的待加工工件沿第二预设方向运动。

进一步地，所述转动臂沿预设摆动轨迹运动的方法为：

步骤S10：使第一转动臂沿第一转动轨迹运动，将第二转动臂运动；

步骤S11：使所述第二转动臂沿第二转动轨迹运动，将所述转动工作台相对所述工作头的第二预设方向运动。

进一步地，平面轮廓线的工作头与待加工工件之间相对运动产生加工轨迹的工作方法为：

第一加工方法：所述升降件沿第一移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，且转动臂沿第一摆动轨迹运动，将所述转动工作台置放的待加工工件沿第二预设方向运动，通过所述工作头将待加工工件加工成第一预设形状；

或，第二加工方法：所述升降件沿第二移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，然后所述转动工作台将待加工工件按照第一预设速度转动，通过所述工作头将待加工工件加工成第二预设形状；

或，第三加工方法：所述升降件沿第三移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，通过所述工作头将待加工工件加工成第三预设形状；

或，第四加工方法：所述转动工作台将待加工工件按照第二预设速度转动，通过所述工作头将待加工工件加工成第四预设形状。

本发明还提供一种工件，使用所述的自由度冗余加工系统以及所述的轮廓线高精度加工方法制成。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件，通过设置三个位移自由度和三个转动串联的平台机构，构成三个旋转副和三个直线移动副，在工作平面存在一至五个自由度(三个旋转副和二个直线移动副)运动或合成运动，配备多个加工组件，并可实现多组分加工；本申请在冗余自由度下，通过调整路径，降低自由度，单自由度运动加工斜线、圆弧、以及斜线与圆弧组合形；同时在冗余自由度下，加工曲线的合成运动多、插补方法多、加工精度高；三个转动串联的转动工作头的同时，配合X、Y轴方向工作头的移动，能够加工出高精度的轮廓线。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的自由度冗余加工系统的示意图。

图2是本发明的升降件的剖视示意图。

图3是本发明的工作头出料口的横截面示意图。

图4是本发明的加工三角形线条的带斜线的加工轨迹路径示意图。

图5是本发明的加工三角形线条调整的加工轨迹路径示意图；

图6是本发明的加工直线和圆弧闭合线的加工轨迹路径示意图。

图7是本发明的加工圆平面的轮廓线的缩小填充加工轨迹路径示意图。

图8是本发明的加工圆平面的直线填充加工轨迹路径示意图。

说明书附图标记说明：1、框架，20、第一移动件，21、第二移动件，30、升降件，31、工作头，300、连接件，301、升降驱动件，302、升降板，303、直线轴承，304、丝杠螺母，305、导杆，306、固定架，310、工作头的出口，400、第一驱动件，401、第二驱动件，410、第一转动臂，411、第二转动臂，420、旋转电机，421、转盘，3020、第一升降板，3021、第二升降板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第一”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。此外，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

实施例一

参照图1-3所示，本发明提高自由度冗余加工系统的实施例，包括：

多轴驱动组件；

加工组件，安装在所述多轴驱动组件上，包括升降件30、工作头31，所述升降件30分别与所述多轴驱动组件以及工作头31连接；

工作台组件，包括旋转驱动件、转动臂、转动工作台，所述旋转驱动件与所述转动臂转动连接，所述转动臂与所述转动工作台转动连接，所述转动工作台置放有待加工工件，用于带动所述待加工工件转动。

通过采用上述技术方案，所述多轴驱动组件驱动所述升降件30沿预设加工轨迹路径移动，同时所述升降件30驱动所述工作头31相对所述多轴驱动组件的第一预设方向运动，同时所述旋转驱动件驱动所述转动臂沿预设摆动轨迹运动，将所述转动工作台相对所述工作头31的第二预设方向运动，进而通过所述工作头31将所述待加工工件加工成预设形状；

其中，所述预设加工轨迹路径，即指所述多轴驱动组件驱动所述升降件30沿第一运动方向和/或第二运动方向移动，具体的移动距离、移动速度由作业人员进行设定；所述第一预设方向，即指所述升降件30驱动所述工作头31沿第三运动方向移动，具体的移动距离、移动速度由作业人员进行设定；所述预设摆动轨迹，即指所述旋转驱动件驱动所述转动臂沿第一旋转方向或第二旋转方向转动，具体的转动角度、转动速度由作业人员进行设定；所述第二预设方向，即指所述转动臂在转动的同时带动所述转动工作台同步向第一旋转方向或第二旋转方向转动，具体的转动角度、转动速度由作业人员进行设定。

参考图1所示，还包括框架1，所述多轴驱动组件安装于所述框架1上，包括第一移动件20、第二移动件21，所述第一移动件20与所述第二移动件21滑动连接，所述第二移动件21与所述升降件30滑动连接。

参考图1所示，所述第一移动件20安装于所述框架1上；

其中，所述第一移动件20包括第一伺服电机、第一丝杠以及第一滑台，所述第一滑台通过第一紧固件与所述第二移动件21固定连接；所述第一伺服电机的输出轴带动所述第一丝杠旋转，与所述第一丝杠配合的第一滑台做X轴直线往复运动，由于所述第一滑台与所述第二移动件21固定连接，所述第二移动件21即和所述第一滑台保持同步运动。

参考图1所示，所述第二移动件21安装于所述第一滑台上；

其中，所述第二移动件21包括第二伺服电机、第二丝杠以及第二滑台，所述第二滑台通过第二紧固件与所述升降件30固定连接；所述第二伺服电机的输出轴带动所述第二丝杠旋转，与所述第二丝杠配合的第二滑台做Y轴直线往复运动，由于所述第二滑台与所述升降件30固定连接，所述升降件30即和所述第二滑台保持同步运动；其中，所述第二移动件21上能够安装若干套升降件30以及工作头31，若干个所述升降件30及所述工作头31各自单独控制，可以实现对双组分材料进行同时打印或依次打压，且若干个工作头31之间不产生相互干涉。

参考图2所示，所述升降件30包括连接件300、升降驱动件301以及升降板，所述连接件300分别与所述第二滑台以及升降驱动件301固定连接，且所述连接件300设有导向孔，所述导向孔内安装有直线轴承303；所述升降驱动件301在本实施例中优选为丝杠轴电机，所述丝杠轴电机的丝杠轴通过丝杠螺母304与所述升降板连接；所述丝杠轴电机驱动丝杠轴旋转带动丝杠螺母304及升降板进行Z轴直线往复运动；

参考图2所示，所述升降板包括第一升降板3020以及第二升降板3021，所述第一升降板3020通过丝杠螺母304与所述丝杠轴电机的丝杠连接；所述第二升降板3021与工作头31连接，且所述第二升降板3021安装有至少一个固定架306，用于固定所述工作头31的管路和/或高分子原料线材；所述第一升降板3020与第二升降板3021之间安装有至少一个导杆305，且所述导杆305穿过所述导向孔内的直线轴承303；

通过所述丝杠轴电机驱动丝杠轴旋转带动所述第一升降板3020进行Z轴直线往复运动，同时所述第一升降板3020带动所述导杆305同步移动，通过所述导杆305带动所述第二升降板3021同步移动，通过所述第二升降板3021带动工作头31同步移动。

参考图1所示，所述转动工作台包括旋转电机420以及转盘421，所述旋转电机420与转盘421转动连接，且所述旋转电机420与所述转盘421保持相同轴心或不同轴心；通过所述旋转电机420驱动所述转盘421进行转动，所述转盘421的转速由作业人员根据加工需求设定。

通过采用上述技术方案，多轴驱动组件的设置，驱动升降件30带动工作头31进行X轴方向、Y轴方向的移动，通过升降件30的设置，驱动工作头31进行Z轴方向的移动，且所述升降件30与所述多轴驱动组件组合成空间直角坐标系移动装置；通过旋转驱动件、转动臂的设置，将转盘421和转动臂串联为二自由度的，或，仅由转盘421构成单自由度的圆柱坐标系工作台。

所述工作头31包括激光头、打印喷嘴、挤出头中的至少一种；所述工作头的出料口310截面形状为圆形、或长方形、或参考图3所示的两条直线以及两个半圆组成的腰型孔。

实施例二

参照图1所示，本实施例与实施例一基本上一致，区别之处在于，所述转动臂包括第一转动臂140以及第二转动臂141，所述旋转驱动件包括第一驱动件400以及第二驱动件401。

其中，所述第一转动臂140分别与所述第一驱动件400以及第二驱动件401串联连接，所述第二转动臂141与所述转动工作台串联连接；通过所述第一驱动件400驱动所述第一转动臂140转动，通过所述第二驱动件401驱动所述第二转动臂141转动，进而通过所述第二转动臂141带动所述转动工作台转动；所述第一转动臂140以及所述第二转动臂141的长度不同，当旋转相同的角度后，对于转动工作台的中心会产生不同大小的位移，在所述第一转动臂140以及所述第二转动臂141组合旋转运动下，会出现位移/角度更大的区域，即总旋转角度小但产生的位移大，可以减少打印时间，在这个区域可以用于高效率打印，而这个比值小的区域，即总旋转角度大但产生的位移小，可以增加打印的精度，用于高精度打印。

实施例三

参照图1-3所示，具体的，本实施例中提供轮廓线高精度加工方法，使用实施例一所述的自由度冗余加工系统对待加工工件进行预设形状加工，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：根据待加工工件的预设形状生成第一加工轨迹路径以及第二加工轨迹路径；

步骤S2：根据第一加工轨迹路径，使升降件30沿预设移动轨迹移动，同时使工作头31相对多轴驱动件的第一预设方向运动，和/或根据第二加工轨迹，使转动臂沿预设摆动轨迹运动，将转动工作台相对所述工作头31的第二预设方向运动。

在步骤S1中，首先，确定激光头或喷嘴的高度，或对3D打印的分层高度与分层轮廓线，从而确定了工作平面，使升降件上工作头移动到预设高度；然后，根据待加工工件的预设形状分解成第一加工轨迹路径以及第二加工轨迹路径，及其第一加工轨迹路径和第二加工轨迹路径的起点；其中，所述待加工工件的预设形状的加工参数由作业人员根据实际加工需求设定；所述预设高度由作业人员根据实际加工需求设定。

在步骤S2中，首先，根据第一加工轨迹路径和第二加工轨迹路径的起点，多轴驱动组件驱动的工作头和工作台组件驱动的转盘上待加工工件各自经调整路径到达起点；然后，根据第一加工轨迹路径，使工作头沿第一预设方向运动，同时根据第二加工轨迹路径，使转盘上待加工工件沿第二预设方向运动；第一工作路径以及第二工作路径瞬时合成为相对运动的加工轨迹。

其中，二个移动直角坐标系的所述多轴驱动组件与三个转动串联坐标系的所述工作台组件之间，是工作平面上冗余的五个自由度的协作关系；所述升降件运动是提供垂直于工作平面的分层叠加与工作头高度调整；在所述工作平面中，五个驱动分别是工作台组件的第一驱动件、第二驱动件、旋转电机，以及多轴驱动组件的第一移动件、第二移动件，通过这五个驱动单独或协同作用。

在所述工作头加工过程中，所述工作头与所述转盘上待加工工件之间的相对运动形成加工轨迹；其中，多轴驱动组件驱动的转盘上待加工工件加工过程的绝对运动作为第一加工轨迹路径，所述工作台组件驱动工作头加工过程的绝对运动作为第一加工轨迹路径；

在所述工作头不加工过程中，所述工作头和所述转盘上待加工工件各自绝对运动形成各自的调整路径。

平面轮廓线的工作头与待加工工件之间相对运动产生加工轨迹的加工方法为：

第一加工方法为：多轴驱动组件驱动所述升降件30沿第一移动轨迹移动，将所述升降件30驱动所述工作头31沿第一预设方向运动，且通过旋转驱动件驱动转动臂沿第一摆动轨迹运动，通过所述转动臂带动所述转动工作台，将置放的待加工工件沿第二预设方向运动，通过所述工作头31将待加工工件加工成第一预设形状；

或，第二加工方法为：多轴驱动组件驱动所述升降件30沿第二移动轨迹移动，将所述升降件30驱动所述工作头31沿第一预设方向运动，然后所述转动工作台带动待加工工件按照第一预设速度转动，通过所述工作头31将待加工工件加工成第二预设形状；

或，第三加工方法为：多轴驱动组件驱动所述升降件30沿第三移动轨迹移动，将所述升降件30驱动所述工作头31沿第一预设方向运动，通过所述工作头31将待加工工件加工成第三预设形状；

或，第四加工方法为：所述转动工作台将待加工工件按照第二预设速度转动，通过所述工作头31将待加工工件加工成第四预设形状。其中，所述工作头31与所述待加工工件之间的相对移动形成平面的加工轨迹路径或调整路径，所述加工轨迹路径是加工行程轨迹，所述调整路径是不加工的状态调整路径。

在所述第一加工方法中，所述工作头31进行X和/或Y轴移动，且进行Z轴的移动，所述转动工作台同时转动以及所述转动臂同时转动，用于形成非垂直相交直线或平面曲线或平面任意曲线的高精度的加工轨迹；平面曲线和采用拟合方法形成平面任意曲线，借助于工作头31与所述待加工工件之间相对运动的精度分析和插补方法，控制各自由度的驱动电机来实现加工轨迹路径，且参与相对运动的自由度数越多，曲线的加工轨迹路径精度越高；其中，所述工作头31、第一移动件20、第二移动件21、升降件30、转动工作台、摆动臂以及旋转驱动件的运行参数由作业人员根据加工工件的形状和/或尺寸进行设定；其中，所述多轴驱动组件有二个移动自由度，所述工作台组件有三个转动自由度，除所述多轴驱动组件的二个移动自由度(二轴联动)之外，任意二个(二轴联动)或三个(三轴联动)或四个(四轴联动)或共五个(五轴联动)所述工作台组件的转动自由度，形成调整路径与加工轨迹路径间隔实施加工方法，或者部分或全部加工轨迹形成的中间没有调整路径的加工方法。在所述第二加工方法中，所述工作头31进行X和/或Y轴移动，且进行Z轴的移动，所述转动工作台同时转动，用于形成以转盘421回转中心为圆心的、高精度圆形的加工轨迹；其中，加工含圆弧的图形时，首先选择精度最高的圆弧采用转盘421转动方式完成加工轨迹；其中，所述工作头31、第一移动件20、第二移动件21、升降件30、转动工作台的运行参数由作业人员根据加工工件的形状和/或尺寸进行设定；其中，能够加工圆弧与直线的组合，即首先，将所述工作头31和所述转盘421置放的待加工工件，形成各自的调整路径，达到路径设定的起点，仅存在所述工作台组件的加工轨迹路径，且仅存在旋转电机驱动所述转盘转动，为一个转动自由度方式加工圆弧；然后，将工作头31和所述转盘421置放的待加工工件，形成各自的调整路径，达到路径设定的起点，仅存在所述多轴驱动组件的加工轨迹路径，且找正第一运动方向或第二运动方向，实现一个移动自由度方式加工坐标轴的垂直线和/或斜线；重复圆弧-垂直线和/或斜线的加工过程，直至加工轨迹封闭。

在所述第三加工方法中，所述工作头31进行X、Y、Z轴的移动，将所述转动工作台调整到位后，所述转动工作台以及转动臂不转动，即为常用的直角坐标系方法，用于形成高精度的加工轨迹；其中，所述工作头31、第一移动件20、第二移动件21、升降件30的运行参数由作业人员根据加工工件的形状和/或尺寸进行设定；其中，能够加工矩形、三角形等直线的组合，即首先，将所述工作头31和所述转盘421置放的待加工工件，形成各自的调整路径，达到路径的起点，没有所述工作台组件的加工轨迹路径，仅有所述多轴驱动组件和/或升降件30的加工轨迹路径，为一个移动自由度方式加工坐标轴的垂直线，或二个移动自由度方式加工坐标轴的斜线；然后，重新调整路径，找正第一运动方向或第二运动方向，再次加工坐标轴的垂直线和/或斜线，且重复加工坐标轴的垂直线和/或斜线，直至加工轨迹路径封闭。

在所述第四加工方法中，所述工作头31进行X、Y、Z轴的移动，将所述转动工作台调整到位后，所述工作头31保持不动，仅所述旋转电机420驱动转盘421转动；其中，能够加工圆形、圆弧，即将所述工作头31和所述转盘421置放的待加工工件，形成各自的调整路径，达到路径的起点，没有所述多轴驱动组件的加工轨迹路径，仅有所述工作台组件的加工轨迹路径，且仅有旋转电机驱动所述转盘转动，为一个转动自由度方式加工圆形。

其中，在激光切割中，所述加工轨迹路径是激光头在Z轴方向调整好焦距后的切割轨迹；在喷墨打印中，所述加工轨迹路径是打印喷嘴在Z轴方向调整高度后，轮廓线的打印轨迹，即采用有或没有填充轨迹，或者，从外向内的轮廓线缩小法的填充轨迹，或者，X或Y轴方向直线填充法的填充轨迹；在3D打印中，以水平面与打印物体截面上的轮廓线为基础，所述加工轨迹路径是挤出头在Z轴方向调整高度后，轮廓线的打印轨迹，即采用从外向内的轮廓线缩小的填充轨迹，或者，X或Y方向直线填充法的填充轨迹，从而形成打印平面层，再从下向上的打印平面层形成三维物体；所述第一预设形状、第二预设形状、第三预设形状以及第四预设形状，由作业人员根据实际生产需求进行设定。

进一步的，所述工作头31的加工轨迹路径调整方法为：

多轴驱动组件驱动所述升降件30沿第一预设调整轨迹移动，同时所述升降件30驱动所述工作头31相对所述多轴驱动组件的第一预设调整方向运动，同时旋转驱动件驱动转动臂沿第二预设调整轨迹运动，通过所述转动臂带动所述转动工作台相对所述工作头31的第二预设调整方向运动，同时通过所述工作头31为所述待加工工件进行过渡加工。

其中，所述第一预设调整轨迹由作业人员根据实际需求设定的，第一移动件20、第二移动件21的移动调整轨迹；所述第一预设调整方向由作业人员根据实际需求设定的，升降件30的移动调整轨迹；所述第二预设调整轨迹由作业人员根据实际需求设定的，所述转动臂的移动调整轨迹；所述第二预设调整方向由作业人员根据实际需求设定的，所述转动臂带动所述转动工作台的移动调整轨迹；在调整运动过程中，所述工作头31不进行加工。

在调整运动过程中，工作头31和转盘421上待加工工件的上一个加工轨迹终点到下一个加工轨迹起点，其各自运动路径是不完全重合的，目标终点，由作业人员根据实际需求设定的。

其中，所述加工轨迹路径调整方法用于下述二种状况：

1、在上一段加工轨迹路径的末端和下一段加工轨迹路径起始之前，所述工作头31、转动工作台各自运动，在到达目的地处后，所述工作头31与转动工作台的相对位移为预设范围，从而实现了工作头31与转动工作台之间的相对角度的调整，再进行下一段加工轨迹路径；其中，在不影响工件的使用要求的情况下，在上一段加工轨迹路径的末端和下一段加工轨迹路径起始之前，采用过渡加工轨迹路径处理；所述预设范围由作业人员根据实际加工需求进行设定；

2、用于待加工工件上另一处轮廓线的加工前，所述工作头31与转动工作台之间的相对位置和/或相对角度的调整。

参考图4所示，X、Y轴方向工作头31进行激光切割或喷墨加工三角形线条时，三角形的一条直线是Y轴方向单自由度方式形成的加工轨迹，精度高、速度快，三角形的另外二条斜线是X、Y轴方向二自由度方式台阶的插补形成的加工轨迹。

参考图5所示，激光切割或喷墨加工三角形线条，先沿Y轴方向加工轨迹加工一条边；所述工作头31以及转动工作台各自运动，到达目的地处所述工作头31与转动工作头31的相对位移采用预设范围，从而实现工作头31与转动工作头31之间的相对角度的调整，通过这样的调整路径，再沿X轴方向加工轨迹加工另一条边；同样通过调整路径，Y轴方向加工轨迹加工最后一条边，三角形的三条边均为X或Y轴方向单自由度移动方式形成加工轨迹。

参考图6所示，激光切割或喷墨打印，直线和圆弧的闭合线，其流程是：圆弧的加工轨迹(转盘旋转中心是沿Z轴平行轴的单自由度转动方式形成，精度高、速度快，而不是X、Y轴方向二自由度移动方式的台阶插补形成)、调整路径、Y轴方向加工轨迹、调整路径、X轴方向加工轨迹、调整路径、Y轴方向加工轨迹，闭合线的圆弧为沿Z轴平行轴的单自由度转动方式、直线均为X或Y轴方向单自由度移动方式形成加工轨迹。

参考图7所示，喷墨打印或3D打印圆平面的轮廓线缩小填充法，打印一圈到起点前最近距离时，向圆心方向移动一个喷嘴或挤出头的打印宽度，再打印同心圆，全部连续打印过程；或者对打印宽度小应用场合，采用平面螺旋线的连续打印方法；其中所述打印宽度由喷墨打印的喷嘴或3D打印的挤出头决定。

参考图8所示，喷墨打印或3D打印圆平面的X或Y方向直线填充法，起点在圆形一侧的圆线上，打印一圈到起点前最近距离时，按照打印宽度、沿Y轴方向直线段填充，直线段之间的过渡圆弧与轮廓线的距离也是按照打印宽度；其中，所述打印宽度由喷墨打印的喷嘴或3D打印的挤出头决定。实施例四

参照图1-3所示，本实施例与实施例三基本上一致，区别之处在于，本实施例中，所述转动臂沿预设摆动轨迹运动的第一方法为：

步骤S10：通过所述第一驱动件400驱动第一转动臂140沿第一转动轨迹运动，将所述第二驱动件401以及第二转动臂141运动；

步骤S11：所述第二驱动件401驱动所述第二转动臂141相对所述第一转动臂140沿第二转动轨迹运动，将所述转动工作台相对所述工作头31的第二预设方向运动。

其中，所述第一转动轨迹运动即指所述第一驱动件400驱动所述第一转动臂140顺时针或逆时针转动，所述第二转动轨迹运动即指所述第二驱动件401驱动所述第二转动臂141顺时针或逆时针转动；其中，所述第一转动臂140以及第二转动臂141的转动角度、转动速度由作业人员根据实际加工需求设定。

本实施中，所述转动臂沿预设摆动轨迹运动的第二方法为：

通过所述第一驱动件400驱动第一转动臂140沿第一转动轨迹运动，将所述第二驱动件401以及第二转动臂141运动，进而通过所述第二转动臂141带动所述转动工作台相对所述工作头31的第二预设方向运动；

或，所述第二驱动件401驱动所述第二转动臂141相对所述第一转动臂140沿第二转动轨迹运动，将所述转动工作台相对所述工作头31的第二预设方向运动。

其中，在本实施例中，作业人员能够根据实际加工需求，只控制第一驱动件400驱动第一转动臂140运动，同时通过第一转动臂140带动第二转动臂141以及所述转动工作台运动；或，只控制所述第二驱动件401驱动所述第二转动臂141运动，通过所述第二转动臂141带动所述工作头31运动。

实施例五

本实施例还提供一种工件，使用实施例一或二所述的自由度冗余加工系统，以及实施例三或四所述的轮廓线高精度加工方法制成。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.自由度冗余加工系统，其特征在于，包括：

多轴驱动组件；

加工组件，安装在所述多轴驱动组件上，包括升降件、工作头，所述升降件分别与所述多轴驱动组件以及工作头连接，用于驱动所述工作头进行第一预设方向运动；所述工作头用于将待加工工件加工成预设形状；

工作台组件，包括旋转驱动件、转动臂、转动工作台，所述旋转驱动件与所述转动臂转动连接，用于驱动所述转动臂沿预设摆动轨迹运动；所述转动臂与所述转动工作台连接，用于驱动所述转动工作台进行第二预设方向运动。

2.根据权利要求1所述的自由度冗余加工系统，其特征在于，所述转动臂包括第一转动臂以及第二转动臂，所述旋转驱动件包括第一驱动件以及第二驱动件；所述第一转动臂分别与所述第一驱动件以及第二驱动件串联连接，所述第二转动臂与所述转动工作台串联连接；通过所述第一驱动件驱动所述第一转动臂沿第一摆动轨迹运动，通过所述第二驱动件驱动所述第二转动臂沿第二摆动轨迹运动，进而通过所述第二转动臂带动所述转动工作台运动；所述转动工作台包含旋转电机和转盘，所述旋转电机驱动所述转盘转动，所述转盘上放置待加工工件。

3.根据权利要求1所述的自由度冗余加工系统，其特征在于，所述多轴驱动组件包括第一移动件、第二移动件，所述第一移动件与所述第二移动件滑动连接，用于驱动所述第二移动件沿第一运动方向移动；所述第二移动件用于驱动所述升降件沿第二运动方向移动。

4.根据权利要求3所述的自由度冗余加工系统，其特征在于，所述升降件包括连接件、升降驱动件以及升降板，所述连接件分别与所述第二移动件以及升降驱动件固定连接，且所述连接件设有导向孔；所述升降驱动件与所述升降板连接，用于驱动所述升降板沿第三方向移动。

5.根据权利要求4所述的自由度冗余加工系统，其特征在于，所述升降板包括第一升降板以及第二升降板，所述第一升降板与所述升降驱动件连接，所述第二升降板与工作头连接；所述第一升降板与第二升降板之间安装有至少一个导杆，且所述导杆穿过所述连接件的导向孔；通过所述升降驱动件驱动所述第一升降板沿第三方向移动，同时所述第一升降板带动所述导杆同步移动，进而通过所述导杆带动所述第二升降板同步移动。

6.根据权利要求1所述的自由度冗余加工系统，其特征在于，所述工作头包括激光头、打印喷嘴、挤出头中的至少一种。

7.轮廓线高精度加工方法，使用权利要求1-6任一项所述的自由度冗余加工系统对待加工工件进行预设形状加工，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：根据待加工工件的预设形状生成第一加工轨迹路径以及第二加工轨迹路径；

步骤S2：根据第一加工轨迹路径，使升降件沿预设移动轨迹移动，将工作头沿第一预设方向运动，和/或根据第二加工轨迹路径，使转动臂沿预设摆动轨迹运动，将转动工作台置放的待加工工件沿第二预设方向运动。

8.根据权利要求7所述的轮廓线高精度加工方法，其特征在于，所述转动臂沿预设摆动轨迹运动的方法为：

步骤S10：使第一转动臂沿第一转动轨迹运动，将第二转动臂运动；

步骤S11：使所述第二转动臂沿第二转动轨迹运动，将所述转动工作台相对所述工作头的第二预设方向运动。

9.根据权利要求7所述的轮廓线高精度加工方法，其特征在于，平面轮廓线的工作头与待加工工件之间相对运动产生加工轨迹的工作方法为：

第一加工方法：所述升降件沿第一移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，且转动臂沿第一摆动轨迹运动，将所述转动工作台置放的待加工工件沿第二预设方向运动，通过所述工作头将待加工工件加工成第一预设形状；

或，第二加工方法：所述升降件沿第二移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，然后所述转动工作台将待加工工件按照第一预设速度转动，通过所述工作头将待加工工件加工成第二预设形状；

或，第三加工方法：所述升降件沿第三移动轨迹移动，将所述工作头沿第一预设方向运动，通过所述工作头将待加工工件加工成第三预设形状；

或，第四加工方法：所述转动工作台将待加工工件按照第二预设速度转动，通过所述工作头将待加工工件加工成第四预设形状。

10.一种工件，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的自由度冗余加工系统以及权利要求7-9任一项所述的轮廓线高精度加工方法制成。

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