CN210736890U

CN210736890U - 增减材复合机床

Info

Publication number: CN210736890U
Application number: CN201921989493.0U
Authority: CN
Inventors: 张吉平; 刘凡; 石拓; 吉绍山; 傅戈雁; 石世宏
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2029-11-18

Abstract

本实用新型公开了一种增减材复合机床。该增减材复合机床包括机械手、设置在基座上给所述激光熔覆装置提供激光源的激光控制器、送料装置、用以对被加工工件进行激光熔覆或激光熔覆堆积的激光熔覆装置、用以对被加工工件进行磨削或切削的减材工作头、与所述激光熔覆装置连接并用以给所述激光熔覆装置送料的送料装置、以及控制所述激光熔覆装置、机械手、减材工作头运行的控制装置，所述激光熔覆装置和减材工作头均设置在所述机械手上，所述控制装置控制所述机械手运动以使所述激光熔覆装置或减材工作头移动至被加工工件处。本增减材复合机床具有结构简单的优点。

Description

增减材复合机床

技术领域

本实用新型涉及一种自动化机器，具体为增减材加工机床。

背景技术

传统机床在作业时只能增材或减材中的一种功能，当人们需要对一件材料加工时，需要多个工位或多台机器才能完成加工工作，工序繁琐；如中国专利201811576656.2公开的一种MIG-TIG复合增材装置，该装置只能增材加工；如中国专利201611137079.8公开的一种CNC机床，该CNC机床只能减材加工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增减材复合机床，其能在一台机器上实现增材加工功能和减材加工功能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种增减材复合机床，包括机械手、送料装置、用以对被加工工件进行激光熔覆或激光熔覆堆积的激光熔覆装置、用以对被加工工件进行磨削或切削的减材工作头、与所述激光熔覆装置连接并用以给所述激光熔覆装置送料的送料装置、给所述激光熔覆装置提供激光源的激光控制器、以及控制所述激光熔覆装置、机械手、减材工作头运行的控制装置，所述激光熔覆装置和减材工作头均设置在所述机械手上，所述控制装置控制所述机械手运动以使所述激光熔覆装置或减材工作头移动至被加工工件处。

进一步地，所述机械手包括前旋转头，所述前旋转头包括第一安装面和与所述第一安装面垂直设置的第二安装面，所述激光熔覆装置安装在所述第一安装面上，所述减材工作头安装在第二安装面上。

进一步地，所述机械手还包括五轴联动传动机构，所述前旋转头设置在所述五轴联动传动机构上。

进一步地，所述激光熔覆装置的工作轴线与所述减材工作头的工作轴线成一角度布置。

进一步地，所述控制装置驱动前旋转头旋转以切换激光熔覆装置或减材工作头的位置。

进一步地，所述减材工作头为CNC加工装置。

进一步地，所述激光熔覆装置包括支撑架、设置在所述支撑架上的分光镜和反射聚焦镜及位于所述反射聚焦镜下方的喷嘴，喷嘴与送料装置相连接；

激光熔覆装置接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，所述分光镜将入射光束分为至少两束反射光束，再通过反射聚焦镜将至少两束反射光束聚焦成至少两束聚焦光束，至少两束所述聚焦光束形成中空无光区和焦点，所述分光镜与反射聚焦镜同轴，所述分光镜包括至少两个分光镜面。所述分光镜面为平面或弧型面；所述反射聚焦镜具有朝向分光镜面的聚焦镜面，所述聚焦镜面由弧型镜面构成。

进一步地，所述激光熔覆装置内设置有冷却通道，包括开设在所述支撑架内的供冷却介质通过的第一冷却通道、开设在所述分光镜内的供冷却介质通过的第二冷却通道及开设在所述反射聚焦镜内的供冷却介质通过的第三冷却通道，所述第一冷却通道分别于第二冷却通道和第三冷却通道连通；冷却介质的出口设置在激光熔覆装置的前端，朝向喷嘴。

进一步地，所述增减材复合机床还包括氮气罐，所述氮气罐与冷却通道连接。

本实用新型的有益效果在于：该增减材复合机床上同时设置激光熔覆装置和减材工作头，又激光熔覆装置和减材工作头均设置在机械手上，由控制装置控制机械手运动以使激光熔覆装置或减材工作头移动至被加工工件处，从而在一台机床上同时实现增材或减材加工，相比背景技术中只能增材加工的装置，或者只能减材加工的CNC机床，本实用新型具有结构简单、占地面积小的优点。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型的增减材复合机床的结构示意图；

图2为用于本实用新型的增减材复合机床的激光熔覆装置的结构示意图；

图3为图2中下支撑架的结构示意图；

图4为图3所示的下支撑架于另一方向上的结构示意图；

图5为图2所示的激光熔覆装置于另一方向上不含光路的剖视图；

图6为图2中聚光镜结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型一实施例所示的增减材复合机床的包括基座8、设置在所述基座上的机械手1、用以对被加工工件进行激光熔覆或激光熔覆堆积的激光熔覆装置2、用以对被加工工件进行磨削或切削的减材工作头3、与所述激光熔覆装置2连接并用以给所述激光熔覆装置2送料的送料装置、以及控制所述激光熔覆装置2、机械手1、减材工作头3运行的控制装置5，所述增减材复合机床还包括设置在基座8上给所述激光熔覆装置2提供激光源的激光控制器4，所述激光熔覆装置2和减材工作头3均设置在所述机械手上1，所述控制装置5控制所述机械手1运动以使所述激光熔覆装置2或减材工作头3移动至被加工工件处。在一台机床上能够实现增材或减材加工，机床结构简单。

机械手1包括五轴联动传动机构9和设置在该五轴联动传动机构9上的前旋转头7，所述激光熔覆装置2和减材工作头3设置在所述前旋转头7上。该前旋转头7的数量仅为一个。

五轴联动传动机构1可以将减材工作头3或激光熔覆装置2送到被加工工件的位置。控制装置5驱动前旋转头7旋转，从而切换减材工作头3或激光熔覆装置2的位置，分别实现减材加工和增材加工的工作。前旋转头7包括第一安装面和第二安装面，第一安装面与第二安装面垂直设置的，激光熔覆装置2安装在所述第一安装面上，减材工作头3安装在第二安装面上。

激光熔覆装置2的工作轴线垂直减材工作头3的工作轴线，在图1中，虚线X表示激光熔覆装置2的工作轴线，虚线Y表示减材工作头3的工作轴线。在其他实施例中，该激光熔覆装置2的工作轴线与减材工作头3的工作轴线也可以成一角度布置。这样的优势是可以节约工作头占用空间，减少工作区间，提高空间利用率，且两个功能不冲突，如减材头工作时，增材头可以完全避开剪材头和工件的工作区间，不影响其功能，如增材头工作时，减材头可以完全避开增材头和工件的工作区间，不影响其功能。

在其他实施方式中，机械手1也可以为其他现有结构，如可以将五轴联动传动机构9改为三轴联动机构，或者通过滑轨等方式实现。

送料装置包括送粉器6和输料管(图中未示出)，输料管的一端与激光熔覆装置2相连，另一端连接送粉器6。

减材工作头3可以采用现有技术中的用于磨削或切削的机加工工作装置，例如CNC加工装置，该CNC加工装置可以为中国专利第201611137079.8号提出的一种CNC机床上的工作头，在此不进行详细描述。

激光熔覆装置2可采用现有的光内送粉技术，具体的，如图2所示，激光熔覆装置2包括支撑架70、设置在所述支撑架70上的分光镜22和反射聚焦镜23、位于所述反射聚焦镜23下方的喷嘴24及安装在所述支撑架70上的中间轴25，所述分光镜22将入射光束10分为至少两束反射光束50，再通过反射聚焦镜23将两束反射光束50聚焦成两束聚焦光束30，两束所述聚焦光束30形成中空无光区和焦点40。图2中，黑色阴影部分所指为光路部分，该光路部分包括入射光束10、反射光束50、聚焦光束30及在被加工工件80上所形成的焦点40。请结合图2、图3及图4，所述支撑架70包括下支撑架211和固定在所述下支撑架211上的上支撑架212，所述下支撑架211包括呈环形结构的上支撑架安装部2111、于所述上支撑架安装部2111上向上凸伸形成的反射聚焦镜安装部2112、位于所述上支撑架安装部2111的中空内固定件2113及连接固定件2113和上支撑架安装部2111的支撑筋板2114，所述反射聚焦镜安装部2112呈环形，所述上支撑架安装部2111的外圆直径大于反射聚焦镜安装部2112的外圆直径。所述上支撑架212安装在所述上支撑架安装部2111上，所述反射聚焦镜23安装在所述反射聚焦镜安装部2112上，所述固定件2113包括相背设置的分光镜安装面2115和中间轴安装面2116，所述分光镜22固定在分光镜安装面2115上。所述中间轴25固定在所述中间轴安装面2116上，该中间轴25位于分光镜22下方，所述喷嘴24安装在该中间轴25上。所述固定件2113与上支撑架安装部2111不相接，两者之间形成有供聚焦光束30穿过的环形中空2117。所述支撑筋板2114的投影位于所述环形中空2117内，所述支撑筋板2114与聚焦光束30错开。在本实施例中，该支撑筋板2114位于环形中空2117内，且该支撑筋板2114将环形中空2117划分成供两束聚焦光束30穿过的两个弧形区。在本实施例中，该所述喷嘴24位于中空无光区内，在本实施例中，由于喷嘴24设置在中间轴25上，且位于中空无光区内，所以本实施例的激光熔覆送料装置采用光内送料。所述上支撑架212和下支撑架211围设形成一腔体(未标号)，所述反射聚焦镜23、分光镜22位于所述腔体内，所述上支撑架212的上方设置有入射光束入口2121。请参见图2至图6，所述支撑架21与入射光束10、反射光束50、聚焦光束30均错开设置，具体的：所述入射光束10、反射光束50、聚焦光束30均与支撑筋板2114错开设置，该聚焦光束30从环形中空2117内穿过。通过将支撑架70与入射光束10、反射光束50、聚焦光束30均错开设置，以使得该支撑架70与入射光束10、反射光束50、聚焦光束30均不干涉，减少光路的能量损耗，提高能量利用率，另外，通过此种设计，避免了现有技术中在光路经过的区域涂镀吸光材料，从而有助于降低工艺难度，有助于降低成本。所述分光镜22包括至少两个分光镜面，所述分光镜面为平面或弧型面。请结合图6，所述反射聚焦镜23为中空圆柱体结构，所述聚焦镜面231为弧型镜面，或者，所述聚焦镜面231由至少两个弧型镜面构成。请参见图2，所述分光镜22与反射聚焦镜23同轴。

请参见图5，所述激光熔覆装置2内形成有供冷却介质流动以给所述支撑架70、分光镜22、反射聚焦镜23降温的冷却系统。所述光路冷却系统包括开设在所述支撑架70内的且供冷却介质通过的第一冷却通道213、开设在所述分光镜22内的且供冷却介质通过的第二冷却通道222及开设在所述反射聚焦镜23内的且供冷却介质通过的第三冷却通道232。所述第一冷却通道213分别于第二冷却通道222和第三冷却通道232连通。

增减材复合机床还设置有氮气罐9，用来储存氮气，氮气罐9与冷却通道连接，用于给冷却通道提供氮气。

在本实施例中，冷却介质最好是氮气，可以防止被加工工件被氧化，当然，在其他实施方式中，该冷却介质也可以为其他材料，例如氩气。

进一步地，激光熔覆送料装置还包括中间轴25，所述支撑架212包括下支撑架211，所述中间轴25安装在所述下支撑架211上，所述中间轴25位于所述分光镜22和反射聚焦镜23的下方，所述喷嘴24安装在所述中间轴25上，且位于所述中空无光区内，所述下支撑架211内设置有第一送料通道(未图示)，所述下支撑架211上设置有由所述第一送料通道贯穿所述下支撑架211一侧的送料入口，所述中间轴25内设置有送料导槽(未图示)，所述喷嘴24内设置有贯穿所述喷嘴24的第二送料通道(未图示)，所述送料导槽的一端与第一送料通道连通，另一端与第二送料通道连通。

诚然，在其他实施方式中，上述激光熔覆装置2也可以采用其他现有的增材装置。

综上所述，激光熔覆装置2和减材工作头3均设置在所述机械手1上，控制装置5控制所述机械手1运动以使所述激光熔覆装置2或减材工作头3移动至被加工工件处，在一台机床上实现增材或减材加工，具有机床结构简单的优点；激光熔覆装置2与减材工作头3分别安装在前旋转头7的两个安装面上，激光熔覆装置2的工作轴线与减材工作头3的工作轴线垂直，通过控制装置5驱动前旋转头7旋转，从而实现激光熔覆装置2或减材工作头3位置切换。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种增减材复合机床，其特征在于，包括机械手、送料装置、用以对被加工工件进行激光熔覆或激光熔覆堆积的激光熔覆装置、用以对被加工工件进行磨削或切削的减材工作头、与所述激光熔覆装置连接并用以给所述激光熔覆装置送料的送料装置、给所述激光熔覆装置提供激光源的激光控制器、以及控制所述激光熔覆装置、机械手、减材工作头运行的控制装置，所述激光熔覆装置和减材工作头均设置在所述机械手上，所述控制装置控制所述机械手运动以使所述激光熔覆装置或减材工作头移动至被加工工件处。

2.如权利要求1所述的增减材复合机床，其特征在于，所述机械手包括前旋转头；所述前旋转头包括第一安装面和与所述第一安装面垂直设置的第二安装面，所述激光熔覆装置安装在所述第一安装面上，所述减材工作头安装在第二安装面上。

3.如权利要求2所述的增减材复合机床，其特征在于，所述机械手还包括五轴联动传动机构，所述前旋转头设置在所述五轴联动传动机构上。

4.如权利要求2所述的增减材复合机床，其特征在于，所述激光熔覆装置的工作轴线与所述减材工作头的工作轴线成一角度布置。

5.如权利要求4所述的增减材复合机床，其特征在于，所述控制装置驱动前旋转头旋转以切换激光熔覆装置或减材工作头的位置。

6.如权利要求1所述的增减材复合机床，其特征在于，所述减材工作头为CNC加工装置。

7.如权利要求1所述的增减材复合机床，其特征在于，所述激光熔覆装置包括支撑架、设置在所述支撑架上的分光镜和反射聚焦镜及位于所述反射聚焦镜下方的喷嘴，喷嘴与送料装置相连接；

激光熔覆装置接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，所述分光镜将入射光束分为至少两束反射光束，再通过反射聚焦镜将至少两束反射光束聚焦成至少两束聚焦光束，至少两束所述聚焦光束形成中空无光区和焦点，所述分光镜与反射聚焦镜同轴，所述分光镜包括至少两个分光镜面，所述分光镜面为平面或弧型面；所述反射聚焦镜具有朝向分光镜面的聚焦镜面，所述聚焦镜面由弧型镜面构成。

8.如权利要求7所述的增减材复合机床，其特征在于，所述激光熔覆装置内设置有冷却通道，包括开设在所述支撑架内的供冷却介质通过的第一冷却通道、开设在所述分光镜内的供冷却介质通过的第二冷却通道及开设在所述反射聚焦镜内的供冷却介质通过的第三冷却通道，所述第一冷却通道分别于第二冷却通道和第三冷却通道连通；冷却介质的出口设置在激光熔覆装置的前端，朝向喷嘴。

9.如权利要求8所述的增减材复合机床，其特征在于，所述增减材复合机床还包括氮气罐，所述氮气罐与冷却通道连接。