CN115768588A - 工件的加工方法和机床 - Google Patents

Abstract

工件的加工方法具备以下步骤：以工件(400)的第1区域(460)为对象而进行增材加工；以及以宽度比第1区域(460)的宽度小的工件(400)的第2区域(470)为对象而进行增材加工。以第1区域(460)为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以工件(400)与增材加工用头(21)内的激光出射部之间成为第1距离(La)的方式相互配置增材加工用头(21)和工件(400)。以第2区域(470)为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以工件(400)与增材加工用头(21)内的激光出射部之间成为比第1距离(La)小的第2距离(Lb)的方式相互配置增材加工用头(21)和工件(400)。

Description

工件的加工方法和机床

技术领域

本发明涉及一种工件的加工方法和机床。

背景技术

例如，在国际公开第2018/211594号(专利文献1)中公开了一种增材加工用头，该增材加工用头具备：激光形成部，其具有相对配置的第1轴锥透镜和第2轴锥透镜、以及配置于第1轴锥透镜与第2轴锥透镜之间的凸透镜，该激光形成部使入射到第1轴锥透镜的激光成为环状激光并从第2轴锥透镜出射；和透镜移动机构部，其使凸透镜在激光的光轴方向上移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/211594号

发明内容

发明要解决的问题

如上述的专利文献1所公开的那样，公知有如下增材加工方法：一边朝向工件出射环状的激光，一边从该环状的激光的内侧朝向工件表面供给材料粉末。在这样的增材加工方法中，成为增材加工的对象的工件表面上的区域是各种各样的，因此，存在想要与该工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小(光斑直径)这样的要求。

另一方面，在专利文献1所公开的增材加工用头中，利用激光形成部处的凸透镜的移动使第1轴锥透镜与凸透镜之间的在激光的光轴方向上的距离变化，控制在工件表面上形成的激光的照射区域的大小。然而，设置于增材加工用头的内部的光学部件非常精密，因此，也存在想要尽可能不驱动光学部件这样的要求。

因此，本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种能够利用简易的方法与成为增材加工的对象的工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小的工件的加工方法和执行这样的工件的加工方法的机床。

用于解决问题的方案

本发明涉及一种工件的加工方法，其一边使增材加工用头和工件相对地移动，一边使环状激光从增材加工用头朝向工件出射并且从环状激光的内侧喷出材料粉末，从而对工件进行增材加工。增材加工用头具有朝向工件出射环状激光的激光出射部。工件的加工方法具备以下步骤：以工件的第1区域为对象而进行增材加工；以及以工件的第2区域为对象而进行增材加工。第1区域的与增材加工用头和工件的相对的移动方向以及环状激光的中心轴线方向正交的方向上的宽度比第2区域的与增材加工用头和工件的相对的移动方向以及环状激光的中心轴线方向正交的方向上的宽度小。以第1区域为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以工件与激光出射部之间成为第1距离的方式相互配置增材加工用头和工件。以第2区域为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以工件与激光出射部之间成为比第1距离小的第2距离的方式相互配置增材加工用头和工件。

根据如此构成的工件的加工方法，在以宽度相对较小的第1区域为增材加工的对象的情况下，将工件与激光出射部之间设为比第2距离大的第1距离，从而减小工件表面上的环状激光的照射区域。由此，能够对工件的第1区域进行精密的增材加工。另外，在以宽度相对较大的第2区域为增材加工的对象的情况下，将工件与激光出射部之间设为比第1距离小的第2距离，从而增大工件表面上的环状激光的照射区域。由此，能够对工件的第2区域进行高效的增材加工。因而，能够利用简易的方法与成为增材加工的对象的工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小。

另外，优选的是，增材加工用头能够以与环状激光的中心轴线方向正交的规定轴线为中心回转。工件的加工方法在以第1区域为对象而进行增材加工的步骤与以第2区域为对象而进行增材加工的步骤之间还具备以下步骤：使增材加工用头以规定轴线为中心回转，从而使增材加工用头的姿势变化。

根据如此构成的工件的加工方法，能够利用增材加工用头的回转动作，使增材加工用头变化成适于环状激光向成为加工对象的第1区域和第2区域出射的姿势。

另外，优选的是，在以第2区域为对象而进行增材加工的步骤中，以环状激光的中心轴线在水平方向上延伸的方式保持增材加工用头的姿势。

根据如此构成的工件的加工方法，对于环状激光的中心轴线在水平方向上延伸的情况，可能产生从环状激光的内侧朝向工件喷出的材料粉末受到重力的影响而向下方垂落的现象。因此，将工件与激光出射部之间设为相对较小的第2距离，从而能够在材料粉末向下方大幅度垂落之前使材料粉末到达工件。由此，能够使材料粉末的利用效率提高。

另外，优选的是，工件是涡轮叶片，该涡轮叶片具有前缘、后缘、在前缘与后缘之间延伸的翼面、以及配置于翼面的端部的平面状的侧面，该涡轮叶片利用增材加工修复。前缘或后缘包括第1区域。侧面包括第2区域。

根据如此构成的工件的加工方法，减小工件表面上的环状激光的照射区域，从而能够对在涡轮叶片的前缘或后缘产生的缺损等实施精密的增材加工。另外，增大工件表面上的环状激光的照射区域，从而能够对在涡轮叶片的侧面产生的整面的磨损实施高效的增材加工。

另外，优选的是，工件是涡轮叶片，该涡轮叶片具有前缘、后缘、在前缘与后缘之间延伸的翼面、以及配置于翼面的端部的平面状的侧面，该涡轮叶片利用增材加工维修。翼面包括第1区域和第2区域。

根据如此构成的工件的加工方法，减小工件表面上的环状激光的照射区域，从而能够对在涡轮叶片的翼面产生的比较小的龟裂等实施精密的增材加工。另外，增大工件表面上的环状激光的照射区域，从而能够对在涡轮叶片的翼面所产生的比较大的凹坑等实施高效的增材加工。

另外，优选的是，增材加工用头能够以在水平方向上延伸的规定轴线为中心回转。工件的加工方法在以第1区域为对象而进行增材加工的步骤和以第2区域为对象而进行增材加工的步骤之前具备以下步骤：利用具有在水平方向上延伸且与规定轴线正交的旋转轴线的主轴，将工件保持为，使前缘、后缘以及翼面朝向旋转轴线的半径方向外侧地配置，使侧面朝向旋转轴线的轴向。

根据如此构成的工件的加工方法，能够利用增材加工用头的回转动作和主轴的旋转对涡轮叶片的前缘、后缘、翼面以及侧面连续地实施增材加工。

本发明涉及一种机床，其执行上述任一项所述的工件的加工方法。机床具备：增材加工用头，其具有激光出射部；工件保持部，其用于保持工件；以及移动机构部，其使增材加工用头和工件保持部相互移动。

根据如此构成的机床，能够与成为增材加工的对象的工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小。

另外，优选的是，增材加工用头具有光学透镜。光学透镜以从激光出射部到环状激光的焦点位置的距离一定的方式固定在增材加工用头内。

根据如此构成的机床，能够保持增材加工用头中的光学系统的可靠性。

发明的效果

如以上说明的这样，根据本发明，可提供一种能够利用简易的方法与成为增材加工的对象的工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小的工件的加工方法和执行这样的工件的加工方法的机床。

附图说明

图1是表示机床的主视图。

图2是表示在图1中的机床中增材加工时的加工区域内的情形的立体图。

图3是表示图1和图2中的增材加工用头的内部构造的图。

图4是表示增材加工时的工件表面的剖视图。

图5是表示本发明的实施方式1中的工件的加工方法的第1步骤的立体图。

图6是表示本发明的实施方式1中的工件的加工方法的第2步骤的立体图。

图7是表示图5中的工件的加工方法的步骤中的工件表面的俯视图。

图8是表示图6中的工件的加工方法的步骤中的工件表面的俯视图。

图9是表示涡轮叶片的立体图。

图10是表示维修图9中的涡轮叶片的步骤的整体的流程的流程图。

图11是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的步骤的流程图。

图12是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第1步骤的主视图。

图13是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第2步骤的主视图。

图14是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第3步骤的主视图。

图15是表示以涡轮侧面为第1区域而进行维修的步骤的主视图。

图16是表示以涡轮侧面为第2区域而进行维修的步骤的主视图。

图17是表示本发明的实施方式3中的工件的加工方法的步骤的流程图。

图18是表示本发明的实施方式3中的工件的加工方法的第1步骤的主视图。

图19是表示本发明的实施方式3中的工件的加工方法的第2步骤的主视图。

具体实施方式

参照附图而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。

(实施方式1)

图1是表示机床的主视图。在图1中，通过使构成机床的外观的罩体透视而示出机床的内部。图2是表示在图1中的机床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，机床100是可进行工件的增材加工(AM(Additive manufacturing：增材制造)加工)和工件的去除加工(SM(Subtractive manufacturing：减材制造)加工)的AM/SM混合加工机。机床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作为SM加工的功能。机床100是通过计算机的数值控制使工件加工用的各种动作自动化的NC(Numerically Control：数控)机床。

在本说明书中，将与机床100的左右方向(宽度方向)平行且在水平方向上延伸的轴线称为“Z轴”，将与机床100的前后方向(进深方向)平行且在水平方向上延伸的轴线称为“Y轴”，将在铅垂方向上延伸的轴线称为“X轴”。将图1中的右方向称为“+Z轴方向”，将左方向称为“-Z轴方向”。将图1中的纸面的近前方向称为“+Y轴方向”，将深处方向称为“-Y轴方向”。将图1中的上方向称为“+X轴方向”，将下方向称为“-X轴方向”。

首先，对用于执行本实施方式中的工件的加工方法的机床100的构造进行说明。机床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，设置于工厂等的地面。第1主轴台111(后述的第1主轴112)、第2主轴台116、刀具主轴121以及下刀架131设置于由防溅构件205划分形成的加工区域200。

加工区域200是进行工件的去除加工和增材加工的空间，该加工区域200被密闭，以防止伴随这些工件加工而产生的切屑、切削油或烟等异物向加工区域200的外侧漏出。

第1主轴台111和第2主轴台116在Z轴方向上彼此相对地设置。第1主轴台111和第2主轴台116分别具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件旋转、在使用了旋转刀具的铣削加工时或去除加工时保持工件的第1主轴112和第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设置有用于将工件保持成可拆装的保持盘机构。

在本实施方式中，工件由第1主轴台111的第1主轴112(与本发明中的“主轴”和“工件保持部”相对应)保持。此外，本发明中的“工件保持部”并不限于可使工件旋转的工件主轴，例如，也可以是安装于台的托盘等。

第2主轴台116设置成可利用各种输送机构、引导机构、伺服马达等在Z轴方向上移动。此外，第2主轴台116也可以是固定式的。

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X轴平行的中心轴线203为中心旋转。在刀具主轴121设置有用于将旋转刀具保持成可拆装的夹紧机构。

刀具主轴121由未图示的立柱等支承于机座136上。刀具主轴121设置成可利用设置于立柱等的各种输送机构、引导机构、伺服马达等在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上移动。安装于刀具主轴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轴平行的回转中心轴线204为中心回转(B轴回转)。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。刀具主轴121的回转范围优选是从图1中所示的姿势起±90°以上的范围。(以下，也将图1中所示的刀具主轴121的姿势称为“基准姿势”。)

此外，虽然在图1中未示出，但在第1主轴台111的周边设置有：自动换刀装置(ATC：Automatic Tool Changer)，其用于自动更换安装于刀具主轴121的刀具；和刀库，其收容向刀具主轴121安装的更换用的刀具。

下刀架131用于安装车削加工用的多个固定刀具。下刀架131是所谓的转塔形，多个固定刀具呈放射状安装，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为中心沿其周向隔开间隔的位置安装有用于保持固定刀具的多个刀具保持件。回转部132以中心轴线206为中心回转，从而保持于刀具保持件的固定刀具在周向上移动，对车削加工所使用的固定刀具进行分度。

下刀架131由未图示的鞍具等支承于机座136上。下刀架131设置成可利用设置于鞍具等的各种输送机构、引导机构、伺服马达等在X轴方向和Z轴方向上移动。

机床100还具有增材加工用头21。增材加工用头21对工件供给材料粉末并且照射激光，从而进行增材加工(指向性能量沉积法(Directed Energy Deposition))。作为材料粉末，例如，能够利用不锈钢、钴基合金、镍基合金或者钛等的金属粉末。此外，材料粉末并不限于金属粉末。

增材加工用头21以可拆装的方式设置于刀具主轴121。在增材加工时，增材加工用头21安装于刀具主轴121。刀具主轴121在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上移动，从而使增材加工用头21的增材加工的加工位置三维地位移。而且，刀具主轴121以回转中心轴线204为中心回转，从而增材加工用头21也与刀具主轴121一体地以回转中心轴线204(与本发明中的“规定轴线”相对应)为中心回转。由此，能够使增材加工用头21的增材加工的朝向(激光相对于工件的照射方向)自由变化。

在去除加工时，增材加工用头21自刀具主轴121分离，收纳于未图示的头收纳装置。

在刀具主轴121设置有夹紧机构，在将增材加工用头21向刀具主轴121安装时，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并利用液压获得松开状态的机构。

机床100还具有粉末加料器70、激光振荡装置76、以及线缆24。

粉末加料器70朝向加工区域200内的增材加工用头21导入增材加工所使用的材料粉末。粉末加料器70具有粉末加料斗72和混合部71。粉末加料斗72形成用于收容增材加工所使用的材料粉末的密闭空间。混合部71使收容于粉末加料斗72的材料粉末与材料粉末的载体用的气体混合。

激光振荡装置76使增材加工所使用的激光振荡。线缆24包括用于从激光振荡装置76朝向增材加工用头21引导激光的光纤、用于从粉末加料器70朝向增材加工用头21引导材料粉末的配管、成为空气的流路的空气配管、成为非活性气体的流路的气体配管、成为制冷剂的流路的冷却配管、电气配线以及收容这些的管构件。

接下来，详细地说明增材加工用头21的构造。图3是表示图1和图2中的增材加工用头的内部构造的图。

参照图3，增材加工用头21具有激光准直部31、环状激光形成部32、激光引导部33以及激光出射部34作为用于将从外部导入的激光朝向工件出射的光学系统。

激光准直部31、环状激光形成部32、激光引导部33以及激光出射部34按照所列举的顺序从增材加工用头21中的激光的光路的上游侧向下游侧排列。

来自线缆24(参照图1和图2)的激光经由光纤41向激光准直部31导入。激光准直部31具有准直透镜42。准直透镜42设置于中心轴线102的轴线上。激光准直部31利用准直透镜42使从光纤41输入的激光成为平行光并朝向环状激光形成部32输送。

环状激光形成部32具有轴锥透镜43和轴锥透镜45、以及球面透镜44。轴锥透镜43、球面透镜44以及轴锥透镜45按照所列举的顺序从增材加工用头21中的激光的光路的上游侧向下游侧排列设置。轴锥透镜43、球面透镜44以及轴锥透镜45设置于中心轴线102的轴线上。

轴锥透镜43具有由圆锥面构成的一面43m和由平面构成的另一面43n。轴锥透镜45具有由圆锥面构成的一面45m和由平面构成的另一面45n。轴锥透镜43和轴锥透镜45以轴锥透镜43的一面43m与轴锥透镜45的一面45m相对的方式配置。

环状激光形成部32利用轴锥透镜43、球面透镜44以及轴锥透镜45将从激光准直部31输入的激光形成为环状。从环状激光形成部32输出的激光具有环形状，换言之，具有在由与激光的行进方向正交的平面剖切的情况下绕中心轴线102的轴线呈带状环绕的形状。在本实施方式中，环状激光形成部32将从激光准直部31输入的激光形成为圆形的环形状。从环状激光形成部32出射的环状激光以中心轴线102为中心在其轴向上行进。

激光引导部33具有引导镜46和引导镜47。引导镜46和引导镜47按照所列举的顺序从增材加工用头21中的激光的光路的上游侧向下游侧排列设置。引导镜46设置于中心轴线102的轴线上。引导镜46相对于中心轴线102倾斜地设置。引导镜47设置于与中心轴线102平行的中心轴线101的轴线上。引导镜47相对于中心轴线101倾斜地设置。

激光引导部33利用引导镜46和引导镜47的反射朝向激光出射部34引导从环状激光形成部32所输入的环状激光。从激光引导部33输出的环状激光以中心轴线101为中心在其轴向上行进。

激光出射部34具有聚光透镜51和聚光透镜54、以及保护透镜56。聚光透镜51、聚光透镜54以及保护透镜56按照所列举的顺序从增材加工用头21中的激光的光路的上游侧向下游侧排列设置。聚光透镜51、聚光透镜54以及保护透镜56设置于中心轴线101的轴线上。

激光出射部34朝向工件出射从激光引导部33输入的环状激光。激光出射部34利用聚光透镜51和聚光透镜54对朝向工件出射的环状激光进行聚光。从激光出射部34出射的环状激光以中心轴线101为中心在其轴向上行进。保护透镜56是为了保护内置于增材加工用头21的透镜系统免受外部气氛的影响而设置的。

此外，图1中所示的回转中心轴线204与环状激光的中心轴线方向(中心轴线101的轴向)正交，并与作为第1主轴112的旋转轴线的中心轴线201正交。增材加工用头21能以回转中心轴线204为中心回转。

增材加工用头21具有材料粉末供给部61作为用于向工件供给材料粉末的机构。

材料粉末供给部61由可送出材料粉末的管材构成。材料粉末供给部61沿着中心轴线101的轴线设置。来自线缆24(参照图1和图2)的材料粉末导入材料粉末供给部61。材料粉末供给部61具有喷出口62。喷出口62是材料粉末供给部61的喷出材料粉末的开口部。材料粉末供给部61从喷出口62朝向工件喷出材料粉末。喷出口62具有圆形的开口形状。

喷出口62配置于自激光出射部34出射的环状激光的内侧。因此，材料粉末供给部61从自激光出射部34出射的环状激光的内侧喷出材料粉末。喷出口62配置于中心轴线101的轴线上。材料从喷出口62朝向工件的供给和环状激光从激光出射部34朝向工件的出射都在中心轴线101的轴线上，是同轴的。

喷出口62在增材加工用头21中的激光的光路上配置于比聚光透镜51和聚光透镜54靠下游侧的位置。喷出口62在增材加工用头21中的激光的光路上设置于比保护透镜56靠下游侧的位置。

在引导镜47形成有贯通孔48。贯通孔48以在中心轴线101的轴线上贯通引导镜47的方式形成。贯通孔48在由与中心轴线101正交的平面剖切的情况下具有比材料粉末供给部61的截面大的开口面。在贯通孔48贯穿有材料粉末供给部61。

在聚光透镜51、聚光透镜54以及保护透镜56分别形成有贯通孔52、贯通孔55以及贯通孔57。贯通孔52、贯通孔55以及贯通孔57分别以在中心轴线101的轴线上贯通聚光透镜51、聚光透镜54和保护透镜56的方式形成。贯通孔52、贯通孔55以及贯通孔57在由与中心轴线101正交的平面剖切的情况下具有比材料粉末供给部61的截面大的开口面。在贯通孔52、贯通孔55以及贯通孔57贯穿有材料粉末供给部61。

增材加工用头21具有罩体26。罩体26具有壳体形状，形成用于收容聚光透镜51、聚光透镜54以及保护透镜56的空间。在罩体26形成有开口部27。开口部27配置于中心轴线101的轴线上。开口部27设置于在增材加工时与工件表面面对的位置。开口部27使收容聚光透镜51、聚光透镜54以及保护透镜56的空间与外部空间之间连通。环状的激光从激光出射部34经由开口部27向外部空间出射。

喷出口62优选在中心轴线101的轴向上设置于与开口部27相比向外部空间侧突出来的位置。在该情况下，能够更接近工件地配置喷出口62。

此外，喷出口62也可以在中心轴线101的轴向上设置于与开口部27重叠的位置，还可以设置于罩体26内。另外，喷出口62的位置只要是自激光出射部34出射的环状激光的内侧，就没有特别限定，也可以是从中心轴线101的轴线偏离的位置。

材料粉末供给部61也可以由多根管材构成。另外，喷出口62并不限于圆形的开口形状，例如，也可以具有圆形的环状的开口形状。在该情况下，喷出口62从自激光出射部34出射的环状的激光的内侧呈环状喷出材料粉末，从喷出口62喷出的材料粉末向工件表面上的环状的区域供给。也可以是，与越远离激光出射部34而直径越小的环状激光的形态相应地，以越远离喷出口62而环形状的直径越小的方式喷出材料粉末。

接下来，对本实施方式中的工件的加工方法进行说明。图4是表示增材加工时的工件表面的剖视图。此外，在图4中示出了表示工件表面上的归一化的激光的密度分布的曲线410。

参照图1～图4，在本实施方式中的工件的加工方法中，一边使增材加工用头21和工件400相对地移动，一边使环状激光311从增材加工用头21朝向工件400出射并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末，从而对工件400进行增材加工。

在本实施方式中，如图4中的箭头210所示，使安装有增材加工用头21的刀具主轴121移动，从而使增材加工用头21和工件400相对地移动。此外，作为使增材加工用头21和工件400相对地移动的方法，可以使保持工件400的第1主轴台111的第1主轴112旋转，也可以执行增材加工用头21的移动和第1主轴112的旋转这两者。

可使刀具主轴121在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上移动的各种输送机构、引导机构、伺服马达和使第1主轴112旋转的马达构成使增材加工用头21和第1主轴112相互移动的移动机构部。

使环状激光311从增材加工用头21朝向工件400出射，从而在工件表面形成环状的激光照射区域312。而且，从环状激光311的内侧朝向工件400喷出材料粉末，从而向工件表面上的包含比激光照射区域312的外周缘312p靠内侧的范围在内的区域供给材料粉末。由此，使材料粉末熔敷于工件表面。

图5和图6是表示本发明的实施方式1中的工件的加工方法的步骤的立体图。图7是表示图5中的工件的加工方法的步骤中的工件表面的俯视图。图8是表示图6中的工件的加工方法的步骤中的工件表面的俯视图。

参照图5～图8，工件的加工方法具备以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤和以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤。第1区域460的与增材加工用头21和工件400的相对的移动方向(箭头210所示的增材加工用头21的移动方向)以及环状激光311的中心轴线方向(中心轴线101的轴向)正交的方向(箭头220所示的方向)上的宽度Wa比第2区域470的与增材加工用头21和工件400的相对的移动方向(箭头210所示的增材加工用头21的移动方向)以及环状激光311的中心轴线方向(中心轴线101的轴向)正交的方向(箭头220所示的方向)上的宽度Wb小(Wa＜Wb)。

如图5所示，以第1区域460为对象而进行增材加工的步骤包括以工件400与激光出射部34之间成为第1距离La的方式相互配置增材加工用头21和工件400的步骤。如图6所示，以第2区域470为对象而进行增材加工的步骤包括以工件400与激光出射部34之间成为比第1距离La小的第2距离Lb(Lb＜La)的方式相互配置增材加工用头21和工件400的步骤。

第1区域460和第2区域470是工件表面上的互不相同的区域。第1区域460和第2区域470也可以是工件表面上的不连续地配置的区域。第1区域460和第2区域470也可以是工件表面上的朝向互不相同的方向的区域。第1区域460和第2区域470处的工件表面的形态既可以是平面，也可以是弯曲面。第1区域460处的工件表面的形态与第2区域470处的工件表面的形态既可以彼此相同，也可以不同。

随着增材加工用头21和工件400的相对的移动，第1区域460的宽度Wa既可以恒定，也可以变化。随着增材加工用头21和工件400的相对的移动，第2区域470的宽度Wb既可以恒定，也可以变化。在第1区域460的宽度Wa和/或第2区域470的宽度Wb随着增材加工用头21和工件400的相对的移动而变化的情况下，也满足Wa＜Wb的关系。

第2区域470的投影到与环状激光311的中心轴线方向(中心轴线101的轴向)正交的平面的情况下的面积比第1区域460的投影到与环状激光311的中心轴线方向(中心轴线101的轴向)正交的平面的情况下的面积大。第2区域470的投影到与环状激光311的中心轴线方向正交的平面的情况下的面积也可以与第1区域460的投影到与环状激光311的中心轴线方向正交的平面的情况下的面积相等，还可以比第1区域460的投影到与环状激光311的中心轴线方向正交的平面的情况下的面积小。

以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤与以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤的先后并没有特别限定。

在以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤的期间内，增材加工用头21和工件400的相对的移动方向既可以恒定，也可以连续地变化，还可以间歇地变化。在以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤的期间内，增材加工用头21和工件400的相对的移动方向既可以恒定，也可以连续地变化，还可以间歇地变化。

在以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤的期间内，工件400与激光出射部34之间的第1距离La既可以恒定，也可以变化。在以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤的期间内，工件400与激光出射部34之间的第2距离Lb既可以恒定，也可以变化。在第1距离La和/或第2距离Lb变化的情况下，也满足Lb＜La的关系。

在以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤的期间内，环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末从增材加工用头21的出射既可以连续地执行，也可以间歇地执行。在以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤的期间内，环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末从增材加工用头21的出射既可以连续地执行，也可以间歇地执行。

在以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤与以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤之间，增材加工的加工条件(材料粉末的种类、激光的振荡能量或者增材加工用头21和工件400的相对的移动速度(增材加工用头21的输送速度)等)既可以彼此相同，也可以不同。

工件的加工方法在以工件400的第1区域460为对象而进行增材加工的步骤与以工件400的第2区域470为对象而进行增材加工的步骤之间，也可以还具备如下步骤：使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末从增材加工用头21的出射停止，并且使增材加工用头21和工件400相对地移动。在该情况下，使增材加工用头21和工件400相对地移动的步骤也可以包括使增材加工用头21以回转中心轴线204(参照图1和图2)为中心回转的步骤。

如图5和图7所示，在以工件表面上的相对较小的宽度Wa的第1区域460为增材加工的对象的情况下，将工件400与激光出射部34之间设为比第2距离Lb大的第1距离La，从而减小工件表面上的环状的激光照射区域312的直径(光斑直径)Da。由此，能够对工件400的第1区域460进行精密的增材加工。

如图6和图8所示，在以工件表面上的相对较大的宽度Wb的第2区域470为增材加工的对象的情况下，将工件400与激光出射部34之间设为比第1距离La小的第2距离Lb，从而增大工件表面上的环状的激光照射区域312(光斑直径)的直径Db。由此，能够对工件400的第2区域470进行高效的增材加工。

对于在基于指向性能量沉积法的工件的增材加工中使用了环状激光的情况，具有如下这样的特征：即使工件表面上的光斑直径变大，激光的强度分布也不会大幅度降低，能够将在工件表面形成的熔池的温度保持得较高。因此，即使是在激光照射区域312(光斑直径)的直径Db较大的情况下，也可进行供给到工件表面上的材料粉末的高效的熔敷。

如以上说明的这样，根据本实施方式中的工件的加工方法，能够利用简易的方法与成为增材加工的对象的工件表面上的区域相应地控制激光的照射区域的大小。

参照图3，作为使工件表面上的激光照射区域312的直径变化的方法，例如，存在在激光的光轴方向上驱动环状激光形成部32中的光学透镜的方法。在该情况下，需要将光学透镜的驱动装置设置于增材加工用头21，因此，存在增材加工用头21的构造变得复杂、增材加工用头21中的光学系统的可靠性受损的可能性。

另一方面，对于本实施方式中的工件的加工方法，调整工件400与激光出射部34之间的距离，从而使工件表面上的激光照射区域312的直径变化。因此，环状激光形成部32中的光学透镜(轴锥透镜43、球面透镜44以及轴锥透镜45)以使从激光出射部34到环状激光311的焦点位置的距离一定的方式固定在增材加工用头21内。因而，能够使增材加工用头21的构造简易、并且保持增材加工用头21中的光学系统的可靠性。

此外，在本实施方式中，对机床是以具有车削功能和铣削功能的复合加工机为基础的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，机床也可以是以具有铣削功能的加工中心为基础的AM/SM混合加工机，还可以是仅可进行增材加工的AM加工机。

(实施方式2)

在本实施方式中，对使用机床100并利用增材加工维修涡轮叶片的工件的加工方法进行说明。本实施方式中的工件的加工方法与实施方式1中的工件的加工方法相比较，基本上具备同样的结构。以下对于重复的结构不重复进行其说明。

图9是表示涡轮叶片的立体图。参照图9，首先，对利用本实施方式中的工件的加工方法维修的涡轮叶片500的构造进行说明。

涡轮叶片500具有前缘510、后缘520、翼面540以及一对涡轮侧面530。

前缘510是在涡轮叶片500的旋转时空气等流体所流入的叶片前端部，呈边缘形状。后缘520是在涡轮叶片500的旋转时流体所流出的叶片后端部，呈边缘形状。

翼面540在前缘510与后缘520之间延伸。翼面540在前缘510与后缘520之间一边弯曲一边延伸。在涡轮叶片500的旋转时经由前缘510流入的流体在翼面540上流动而去向后缘520。翼面540具有正压面540P和负压面540N。在正压面540P由在翼面540上流动的流体作用有相对较大的压力，在负压面540N由在翼面540上流动的流体作用有相对较小的压力。

一对涡轮侧面530分别配置于翼面540的两端部。涡轮侧面530由平面构成。涡轮侧面530由与前缘510以及后缘520的延伸方向正交的平面构成。

涡轮叶片500例如由镍基合金或Ti-6Al-4V等金属材料形成。

若涡轮叶片500的使用次数增加，则会在前缘510或后缘520产生缺损、在涡轮侧面530产生整面的磨损、或者在翼面540产生比较小的龟裂或比较大的凹坑。对产生了这样的缺损等的涡轮叶片500进行维修。

图10是表示维修图9中的涡轮叶片的步骤的整体的流程的流程图。

参照图9和图10，对维修涡轮叶片500的步骤的整体的流程进行说明。首先，由第1主轴台111的第1主轴112保持涡轮叶片500(S101)。

在本步骤中，将涡轮叶片500保持为，使前缘510、后缘520以及翼面540朝向作为第1主轴112的旋转轴线的中心轴线201的半径方向外侧地配置，使涡轮侧面530朝向中心轴线101的轴向地配置(参考后述的图12等)。

接着，进行维修前的涡轮叶片500的测量(S102)。在本步骤中，使用保持于刀具主轴121的测量探头等测量涡轮叶片500的形状，确定涡轮叶片500的维修部位。此外，S102和后述的S106中的涡轮叶片500的测量也可以以非接触式进行。S102和后述的S106中的涡轮叶片500的测量也可以不是由机床100进行，而是由专用的测量装置进行。

接着，对涡轮叶片500进行增材加工前的切削加工(S103)。在本步骤中，在之前的步骤中所确定的涡轮叶片500的维修部位处，去除龟裂部分、修整成适于增材加工的表面形状。

接着，对涡轮叶片500进行增材加工(S104)。在本步骤中，使用与构成涡轮叶片500的金属材料相同的材料粉末进行增材加工，从而对涡轮叶片500的维修部位进行增厚。

接着，对涡轮叶片500进行增材加工后的切削加工(S105)。在本步骤中，对在之前的步骤中增材到涡轮叶片500的增厚部进行切削加工，从而对涡轮叶片500的表面进行精加工。

接着，进行涡轮叶片500的测量(S106)。在本步骤中，最终确认进行了维修的涡轮叶片500的形状。

此外，在以上说明了的维修涡轮叶片500的步骤中，S103和S105中的涡轮叶片500的切削加工的步骤和S102和S106中的涡轮叶片500的测量的步骤并不是必须实施的。

本实施方式中的工件的加工方法将本发明中的工件的加工方法应用于上述的S104中的涡轮叶片500的增材加工。以下，详细地说明本实施方式中的工件的加工方法。

图11是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的步骤的流程图。图12～图14是表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的步骤的主视图。在图12～图14中示意性地示出了保持于第1主轴台111的第1主轴112的涡轮叶片500和在涡轮叶片500产生的缺损511、521。在进行了图10中的S103中的增材加工前的切削加工的情况下，缺损511、521对应于对缺损部分进行了切削加工而成的加工痕迹。

参照图11和图12，首先，使增材加工用头21与后缘520相对配置(S110)。

在本步骤中，使第1主轴112旋转，以使后缘520配置于中心轴线201的上方。将刀具主轴121设为基准姿势，并且将安装于刀具主轴121的增材加工用头21配置于与在后缘520产生的缺损521向上方分开的位置。此时，将激光出射部34与缺损521之间的X轴方向上的距离设为L1。

接着，维修在后缘520产生的缺损521(第1区域460)(S120)。本步骤与本发明中的“以工件的第1区域为对象而进行增材加工的步骤”相对应。

在本步骤中，一边维持激光出射部34与缺损521之间的距离L1，一边使增材加工用头21沿着X轴方向移动。使环状激光311从增材加工用头21朝向缺损521出射，并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末。

利用上述增材加工，将材料粉末熔敷而成的金属层增厚于在后缘520产生的缺损521。在针对后缘520结束了所需要的增材加工之后，使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末的喷出停止。

参照图11和图13，接着，使增材加工用头21与前缘510相对配置(S130)。

在本步骤中，使第1主轴112旋转180°。在将刀具主轴121设为基准姿势的状态下，将安装于刀具主轴121的增材加工用头21配置于与在前缘510产生的缺损511向上方分开的位置。此时，将激光出射部34与缺损511之间的X轴方向上的距离设为L2。距离L1和距离L2的大小关系并没有特别限定。距离L1和距离L2也可以是彼此相等的值。

接着，维修在前缘510产生的缺损511(第1区域460)(S140)。本步骤与本发明中的“以工件的第1区域为对象而进行增材加工的步骤”相对应。

在本步骤中，一边维持激光出射部34与缺损511之间的距离L2，一边使增材加工用头21沿着X轴方向移动。使环状激光311从增材加工用头21朝向缺损511出射，并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末。

利用上述增材加工，将材料粉末熔敷而成的金属层增厚于在前缘510产生的缺损511。在针对前缘510结束了所需要的增材加工之后，使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末的喷出停止。

参照图11和图14，接着，使增材加工用头21与涡轮侧面530相对配置(S150)。

在本步骤中，使刀具主轴121自基准姿势顺时针回转90°。使增材加工用头21与刀具主轴121一起以回转中心轴线204为中心回转，从而使增材加工用头21的姿势变化。将安装于刀具主轴121的增材加工用头21配置于与涡轮侧面530向+Z轴方向分开的位置。此时，将激光出射部34与涡轮侧面530之间的Z轴方向上的的距离设为L3。距离L3比距离L1小、且比距离L2小(L3＜L1、L3＜L2)。

接着，维修产生了整面的磨损的涡轮侧面530(第2区域470)(S160)。本步骤与本发明中的“以工件的第2区域为对象而进行增材加工的步骤”相对应。

在本步骤中，一边维持激光出射部34与涡轮侧面530之间的距离L3，一边使增材加工用头21沿着X轴方向(或Y轴方向)往复移动。使环状激光311从增材加工用头21朝向涡轮侧面530出射，并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末。

利用上述增材加工，在产生了整面的磨损的涡轮侧面530设置材料粉末熔敷而成金属层。在针对涡轮侧面530结束了所需要的增材加工之后，使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末的喷出停止。

根据这样的结构，能够对在前缘510和后缘520产生的缺损511、521实施精密的增材加工，并且对在涡轮侧面530产生的整面的磨损实施高效的增材加工。

另外，使保持涡轮叶片500的第1主轴112旋转、使增材加工用头21以回转中心轴线204为中心回转，从而能够在由第1主轴112保持着涡轮叶片500的状态下连续地加工前缘510、后缘520以及涡轮侧面530。

图15是表示以涡轮侧面为第1区域而进行维修的步骤的主视图。图16是表示以涡轮侧面为第2区域而进行维修的步骤的主视图。

参照图15和图16，在维修涡轮侧面530的步骤时，从增材加工用头21出射的环状激光311的中心轴线101在水平方向上延伸，从增材加工用头21喷出的材料粉末沿着在该水平方向上延伸的中心轴线101去向涡轮侧面530。

如图15所示，在以涡轮侧面530为第1区域460而进行增材加工的情况下，激光出射部34与涡轮侧面530之间的距离La设定成相对较大的值(La＞Lb)。因此，产生如下可能性：从增材加工用头21喷出的材料粉末在重力的作用下随着远离增材加工用头21而下垂，向相对于在涡轮侧面530的表面形成的激光照射区域312偏移了的区域供给。

如图16所示，相对于此，在以涡轮侧面530为第2区域470而进行增材加工的情况下，激光出射部34与涡轮侧面530之间的距离Lb设定成相对较小的值(Lb＜La)。由此，能够抑制从增材加工用头21喷出的材料粉末的下垂量，而向激光照射区域312(图8中的外周缘312p)的内侧供给更多的材料粉末。结果，能够使材料粉末的利用效率提高。

根据如此构成的、本发明的实施方式2中的工件的加工方法，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。

(实施方式3)

本实施方式中的工件的加工方法与实施方式2中的工件的加工方法相比较，基本上具备同样的结构。以下对于重复的结构不重复进行其说明。

图17是表示本发明的实施方式3中的工件的加工方法的步骤的流程图。图18和图19是表示本发明的实施方式3中的工件的加工方法的步骤的主视图。在图18和图19中示意性地示出了保持于第1主轴台111的第1主轴112的涡轮叶片500以及在涡轮叶片500产生的龟裂541和凹坑542。在进行了图10中的S103中的增材加工前的切削加工的情况下，龟裂541以及凹坑542对应于对龟裂部分以及凹坑部分进行了切削加工而成的加工痕迹。

参照图17和图18，首先，使增材加工用头21与翼面540的负压面540N相对配置(S210)。

在本步骤中，使第1主轴112旋转，以使翼面540的负压面540N配置于中心轴线201的上方。将刀具主轴121设为基准姿势，并且将安装于刀具主轴121的增材加工用头21配置于与在负压面540N产生的龟裂541向上方分开的位置。此时，将激光出射部34与龟裂541之间的X轴方向上的距离设为L4。

接着，维修在负压面540N产生的龟裂541(第1区域460)(S220)。本步骤与本发明中的“以工件的第1区域为对象而进行增材加工的步骤”相对应。

在本步骤中，一边维持激光出射部34与龟裂541之间的距离L4，一边使增材加工用头21沿着X轴方向移动。使环状激光311从增材加工用头21朝向龟裂541出射，并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末。

利用上述增材加工，将材料粉末熔敷而成的金属层增厚于在负压面540N产生的龟裂541。在针对负压面540N结束了所需要的增材加工之后，使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末的喷出停止。

参照图17和图19，接着，使增材加工用头21与翼面540的正压面540P相对配置(S230)。

在本步骤中，使第1主轴112旋转180°。在将刀具主轴121设为基准姿势的状态下，将安装于刀具主轴121的增材加工用头21配置于与在正压面540P产生的凹坑542向上方分开的位置。此时，将激光出射部34与凹坑542之间的X轴方向上的的距离设为L5。距离L5比距离L4小(L5＜L4)。

接着，维修在正压面540P产生的凹坑542(第2区域470)(S240)。本步骤与本发明中的“以工件的第2区域为对象而进行增材加工的步骤”相对应。

在本步骤中，一边维持激光出射部34与凹坑542之间的距离L5，一边使增材加工用头21沿着X轴方向往复移动。使环状激光311从增材加工用头21朝向凹坑542出射，并且从环状激光311的内侧喷出材料粉末。

利用上述增材加工，将材料粉末熔敷而成的金属层增厚于在正压面540P产生的凹坑542。在针对正压面540P结束了所需要的增材加工之后，使环状激光311从增材加工用头21的出射和材料粉末的喷出停止。

根据这样的结构，能够对在负压面540N产生的龟裂541实施精密的增材加工，并且对在正压面540P产生的凹坑542实施高效的增材加工。另外，使保持涡轮叶片500的第1主轴112旋转，从而能够在由第1主轴112保持着涡轮叶片500的状态下连续地加工翼面540的负压面540N和正压面540P。

此外，本发明中的工件的加工方法也可以应用于在翼面540的相同的面内产生了龟裂和凹坑的情况，还可以应用于在翼面540产生了有大有小的凹坑的情况。也可以将在实施方式2中说明了的维修涡轮叶片的步骤和在本实施方式中说明了的维修涡轮叶片的步骤适当组合。

根据如此构成的、本发明的实施方式3中的工件的加工方法，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。

应该认为此次所公开的实施方式在所有方面都是例示，并非限制性的。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，意图在于包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。

产业上的可利用性

本发明主要应用于工件的增材加工。

附图标记说明

21、增材加工用头；24、线缆；26、罩体；27、开口部；31、激光准直部；32、环状激光形成部；33、激光引导部；34、激光出射部；41、光纤；42、准直透镜；43、45、轴锥透镜；43m、45m、一面；43n、45n、另一面；44、球面透镜；46、47、引导镜；48、52、55、57、贯通孔；51、54、聚光透镜；56、保护透镜；61、材料粉末供给部；62、喷出口；70、粉末加料器；71、混合部；72、粉末加料斗；76、激光振荡装置；100、机床；101、102、201、202、203、206、中心轴线；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；123、主轴端面；131、刀架；132、回转部；136、机座；200、加工区域；204、回转中心轴线；205、防溅构件；311、环状激光；312、激光照射区域；312p、外周缘；400、工件；410、曲线；460、第1区域；470、第2区域；500、涡轮叶片；510、前缘；511、521、缺损；520、后缘；530、涡轮侧面；540、翼面；540N、负压面；540P、正压面；541、龟裂。

Claims (8)

1.一种工件的加工方法，其一边使增材加工用头和工件相对地移动，一边使环状激光从所述增材加工用头朝向所述工件出射并且从所述环状激光的内侧喷出材料粉末，从而对所述工件进行增材加工，其中，

所述增材加工用头具有朝向所述工件出射所述环状激光的激光出射部，

所述加工方法具备以下步骤：

以所述工件的第1区域为对象而进行增材加工；以及

以所述工件的第2区域为对象而进行增材加工，

所述第1区域的与所述增材加工用头和所述工件的相对的移动方向以及所述环状激光的中心轴线方向正交的方向上的宽度比所述第2区域的与所述增材加工用头和所述工件的相对的移动方向以及所述环状激光的中心轴线方向正交的方向上的宽度小，

以所述第1区域为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以所述工件与所述激光出射部之间成为第1距离的方式相互配置所述增材加工用头和所述工件，

以所述第2区域为对象而进行增材加工的步骤包括以下步骤：以所述工件与所述激光出射部之间成为比所述第1距离小的第2距离的方式相互配置所述增材加工用头和所述工件。

2.根据权利要求1所述的工件的加工方法，其中，

所述增材加工用头能够以与所述环状激光的中心轴线方向正交的规定轴线为中心回转，

所述工件的加工方法在以所述第1区域为对象而进行增材加工的步骤与以所述第2区域为对象而进行增材加工的步骤之间还具备以下步骤：使所述增材加工用头以所述规定轴线为中心回转，从而使所述增材加工用头的姿势变化。

3.根据权利要求2所述的工件的加工方法，其中，

在以所述第2区域为对象而进行增材加工的步骤中，以所述环状激光的中心轴线在水平方向上延伸的方式保持所述增材加工用头的姿势。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的工件的加工方法，其中，

所述工件是涡轮叶片，该涡轮叶片具有前缘、后缘、在所述前缘与所述后缘之间延伸的翼面、以及配置于所述翼面的端部的平面状的侧面，该涡轮叶片利用增材加工修复，

所述前缘或所述后缘包括所述第1区域，

所述侧面包括所述第2区域。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的工件的加工方法，其中，

所述工件是涡轮叶片，该涡轮叶片具有前缘、后缘、在所述前缘与所述后缘之间延伸的翼面、以及配置于所述翼面的端部的平面状的侧面，该涡轮叶片利用增材加工维修，

所述翼面包括所述第1区域和所述第2区域。

6.根据权利要求4或5所述的工件的加工方法，其中，

所述增材加工用头能够以在水平方向上延伸的规定轴线为中心回转，

所述工件的加工方法在以所述第1区域为对象而进行增材加工的步骤和以所述第2区域为对象而进行增材加工的步骤之前还具备以下步骤：利用具有在水平方向上延伸且与所述规定轴线正交的旋转轴线的主轴，将所述工件保持为，使所述前缘、所述后缘以及所述翼面朝向所述旋转轴线的半径方向外侧地配置，使所述侧面朝向所述旋转轴线的轴向。

7.一种机床，其执行权利要求1～6中任一项所述的工件的加工方法，其中，

该机床具备：

所述增材加工用头，其具有所述激光出射部；

工件保持部，其用于保持所述工件；以及

移动机构部，其使所述增材加工用头和所述工件保持部相互移动。

8.根据权利要求7所述的机床，其中，

所述增材加工用头具有光学透镜，

所述光学透镜以从所述激光出射部到所述环状激光的焦点位置的距离一定的方式固定在所述增材加工用头内。

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