CN213795176U - 可交换工位的增减材复合机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及增材加工技术领域，具体而言涉及可交换工位的增减材复合机床，包括：用于增材加工带有焊枪的机械臂；用于减材加工的数控机床；用于承载待加工工件的工作台；用于安装所述机械臂、数控机床和工作台的底座；控制柜，用于写入控制机械臂和数控机床的加工程序以控制机械臂和数控机床的加工；其中，所述工作台被设置成矩形的板状，通过底座上的驱动部件所驱动，在水平方向上相对于所述底座转动连接；所述机械臂和数控机床以工作台的转动轴线呈中心对称分布；本实用新型采用双工位增减材同时加工，同时对两个工件进行增减材的加工，尤其适应于精度要求高或轮廓复杂的零件，可以大幅度提高加工效率。

Description

可交换工位的增减材复合机床

技术领域

本实用新型涉及增材加工技术领域，具体而言涉及可交换工位的增减材复合机床。

背景技术

增材制造俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、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，制造出实体物品的制造技术。

现有电弧/等离子弧增材制造热流分布可控性差，热影响区域大且电弧形态受运行速度限制大，热源速度不能过快，堆焊效率不高且堆焊后表面精度低，因此在增材制造过程中，需要对有缺陷的区域进行适当减材和补充增材交替制造来提高精度。

而传统机床只能单独做增材加工或者减材加工，需要多台机器完成工件加工，装夹多次，工序复杂，影响效率；因此现有技术开始寻求一种能够同时做增减材加工的复合机床，一般是两种加工模块共用一个加工平台，零件的增减材是交替进行的，但目前这种方式加工速度较慢，仍有待于改进。

现有技术文献：

专利文献1：CN110699686A 可交换工位的增减材复合机床

专利文献2：CN107336023A 一种增减材复合加工中心

专利文献3：CN108941558B 等增减材复合成形设备及其加工方法

专利文献4：CN110052713B 零件增减材复合制造工艺

专利文献5：CN105574254B 增减材复合加工系统及方法

实用新型内容

本实用新型目的在于提供可交换工位的增减材复合机床，采用机械手臂带动焊枪做增材加工，数控机床做减材加工，工作台上建立两个加工台，可中心旋转180°交换位置，实现增材加工和减材加工位置互换，互不干涉，以提高生产效率高，缩短成品周期短，保证加工精度。

为了实现上述目的，本实用新型提供可交换工位的增减材复合机床，包括：

用于增材加工带有焊枪的机械臂；

用于减材加工的数控机床；

用于承载待加工工件的工作台；

用于安装所述机械臂、数控机床和工作台的底座；

控制柜，用于写入控制机械臂和数控机床的加工程序以控制机械臂和数控机床的加工；

其中，所述工作台被设置成矩形的板状，通过底座上的驱动部件所驱动，在水平方向上相对于所述底座转动连接；

所述机械臂和数控机床以工作台的转动轴线呈中心对称分布；

所述工作台的上端面设有两个加工台，第一加工台和第二加工台以工作台的转动轴线呈中心对称分布；

所述第一加工台和第二加工台相对于工作台转动连接。

优选的，所述底座上设有两组定位销，第一组定位销位于所述机械臂的加工区域，第二组定位销位于数控机床的加工区域。

优选的，所述工作台上开设有与所述定位销配合的销孔，所述加工台上设有与所述定位销配合的定位孔，所述定位销贯穿所述销孔延伸至所述定位孔中对工作台以及加工台进行定位。

优选的，所述底座上还设有驱动工作台升降的升降部件，以驱动所述工作台升起预定高度脱离与定位销的接触。

优选的，所述加工台上设有用于安装工件工装或载台的螺孔，所述加工台的边缘设有用于加工坐标定位的定位块。

本实用新型提供的另一种技术方案，一种增减材加工方法，利用上述方案中的可交换工位的增减材复合机床，包括以下步骤：

准备工作：将承载待加工零件的基板安装在两个加工台上，导入待加工零件的加工程序至控制柜中；

定位校准：机械臂带动焊枪在加工台的定位块增材出校准块，第一加工台和第二加工台工位转换，数控机床带动铣刀将校准块铣除，根据铣除效果反馈校准；

增减材加工：第一加工台被机械臂带动焊枪按照预定厚度增材加工，当厚度达到时，第一加工台和第二加工台工位转换，数控机床带动铣刀对工件进行减材加工，而第二加工台被机械臂带动焊枪按照预定厚度增材加工，如此循环直至加工完成。

优选的，第一加工台和第二加工台工位转换包括以下步骤：

升降部件驱动工作台升起至脱离定位销；

驱动部件带动工作台驱动转动180°，在此过程中，作业台被伺服电机带动转动180°；

升降部件驱动工作台下降至与定位销配合。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型可交换工位的增减材复合机床的结构示意图；

图2是本实用新型可交换工位的增减材复合机床中工作台的结构示意图；

图3是本实用新型可交换工位的增减材复合机床中机械臂的结构示意图；

图4是本实用新型可交换工位的增减材复合机床的俯视图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意可交换工位的增减材复合机床来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

虽然在普通的工件加工中，增材加工和减材加工交替的频率不高，需要增材一段时间后才进行减材加工，但是，在体积较大并且轮廓复杂的加工零件中，就需要提高增材加工和减材加工交换的频率，以达到更高的精度以及减材的可行性，因此，本实用新型采用双工位增减材同时加工，同时对两个工件进行增减材的加工，尤其适应于精度要求高或轮廓复杂的零件，可以大幅度提高加工效率。

结合图1和图4所示，本实施例中提供一种可交换工位的增减材复合机床，带有焊枪的机械臂7用于增材加工；数控机床3用于减材加工；工作台2用于承载待加工工件；均安装在底座1上；控制柜12，用于写入控制机械臂7和数控机床3的加工程序以控制机械臂7和数控机床3的加工。

如此，机械臂7、数控机床3和控制柜12等都集成安装于底座1上，方便整体运输，减少二次组装，节约调试时间。

结合图3所示，机械臂7安装在设备底座1左侧，和机床床体3对立，机器人模块7做为增材加工，机器人51上设有机器人法兰54，机器人法兰54上有安装孔，焊枪安装座53可以和机器人法兰54连接，同时焊枪安装座53又连接焊枪52。

优选的，机器人51选取六关节接机器人，灵活度高，如此，机器人51运动可以带焊枪52运动实现增材轨迹制造（机器人51被控制柜12内写入的增材制造程序所控制），焊枪52连接有焊丝，焊丝通过送丝机8实现焊丝稳定供应，送丝机8安装在设备底座1立柱上（如图1所示）。

进一步的，增材设备中还包含焊枪电源柜9、氩气瓶站10、总控制台11都相应安装在设备底座1上，焊枪电源柜9给焊枪52焊接提供焊接能量；氩气瓶站10给焊接时提供保护气体，防止焊接过程中融化的金属液被空气中的氧气氧化。

其中，总控制台11集成控制增材和减材加工、其中包括集成焊机控制及机器手控制及机床控制；机器人操作手柄13可以用来调节机器人位姿，编写控制柜12中机器人的运动程序，然后和总控制台11对接控制。

在一些实施例中，机械臂7为六关节机器人手臂，所述焊枪包括安装在机械臂上的焊接头以及安装在底座上的焊机和送丝机，所述焊机用于给焊接头提供焊接能量，所述送丝机用于给焊接头提供焊丝。

其中，所述焊枪头接上气管，所述气管连接氩气瓶，用于给焊枪头提供保护气。

在一些实施例中，数控机床包含三自由度的电主轴以及与电主轴配套使用的斗笠式刀库。

结合图1所示，数控机床3安装在设备底座1右侧部，机床床体设有三个轴方向运动，分别为X、Y、Z 三个方向，采用滚珠丝杆复运动方式，线规滑块作为运动导轨，精度高，机床电控柜5用于控制电主轴4的减材运动。

电主轴4安装在机床主轴座上，采用立式安装，可以达到转速高、精度高、刚性好的优点。电主轴4主轴带自动换刀功能，松开夹紧刀具夹头采用液压方式换刀，液压站14提供换刀动力。

具体的，液压站14通过油管和电主轴尾部进油口连接，液压站14底部有固定板，固定在设备底座1上。

进一步的，电主轴4高速转动会产生热影响性能，需要接入冷却水，电主轴冷水机15提供冷却水通过水管和电主轴4尾部进出水口连接，电主轴冷水机15底部有固定板，固定在设备底座1上。

优选的，机床床体3还配有斗笠式刀库6，设有最少10把刀，满足减材加工，给减材复杂加工提供多种刀具，斗笠式刀库6安装在机床床体3侧部。

结合图1和图2所示，工作台2被设置成矩形的板状，通过底座1上的驱动部件所驱动，可以在水平方向上相对于底座1转动；机械臂7和数控机床3以工作台2的转动轴线呈中心对称分布；工作台2的上端面设有两个加工台34、36，第一加工台34和第二加工台36以工作台2的转动轴线呈中心对称分布。

如此，工作台2转动180°之后，第一加工台34和第二加工台36会互换加工位置，改变加工方式，第一加工台34由增材加工变成减材加工，第二加工台36由减材加工变成增材加工，实现双工位增减材同时加工，以此来提高工作效率。

但是在180°转动后使得加工台上工件的角度变化，为了保持增材加工和减材加工的坐标系相同，简化增减材加工的写入程序，使加工台在转换工位后再转动180°，保持原有的角度，因此，机械臂7和数控机床3在第一次校准完毕后，可以独立的在各自的参考系下以一个模型为基准保持高精度的加工，相当于机械臂7和数控机床3在交替的加工一个零件，而实际是同时对两个工件进行增减材加工，以提高加工效率。

第一加工台34和第二加工台36相对于工作台2转动连接，加工台2的下端面固定有用于驱动第一加工台34和第二加工台36转动的伺服电机，利用驱动轴35和驱动轴37带动第一加工台34和第二加工台36转动。

如此，在工作台2转动了180°后，第一加工台34和第二加工台36互换了加工位置，在此过程中驱动第一加工台34和第二加工台36相对于工作台2转动180°，使更换了位置的第一加工台34和第二加工台36上的工件无变化，机械臂7和数控机床3中写入的加工程序可以与现有技术中一个工作台中写入的加工程序相同，不需要重新改变。

结合图1-2所示，为了保持定位精度高，在加工过程中不会因加工外力而导致工作台2、第一加工台34和第二加工台36发生位移，底座1上设有两组定位销41、43，第一组定位销位于机械臂7的加工区域，第二组定位销位于数控机床3的加工区域。

具体的，工作台2上开设有与定位销41、43配合的销孔，加工台34、36上设有与定位销41、43配合的定位孔（图中未示出），定位销41、43贯穿销孔延伸至定位孔中对工作台2以及加工台34、36进行定位。

如此，保持工作台2、第一加工台34和第二加工台36不会在加工过程中发生移动，实现可靠的定位，以实现高精度的加工。

为了保证能够使工作台2能够相对于底座1转动，底座1上还设有驱动工作台2升降的升降部件，以驱动工作台2升起预定高度脱离与定位销41、43的接触，使工作台2被驱动部件33所驱动而转动180°。

结合图2所示，第一加工台34和第二加工台36上设有螺孔，用于安装承载工件的载台或工装，第一加工台34和第二加工台36的边缘设有用于加工坐标定位的定位块，当载台安装后与定位块的高度相同。

如此，在加工前，控制机械臂7上的焊枪52先在第一加工台34的定位块上增材出一条校准块，其中，焊枪52具有高度自动跟随系统，采用激光测距传感器控制加工厚度，例如SICK的OD2系列传感器，可以保持增材的厚度与预先设定的高度相同，其宽度可能因热流的原因而变化，然后将转变第一加工台34的位置，使其移动至数控机床3下方，然后电主轴4根据校准程序对校准块进行减材加工，然后人工测量校准块与理想中的减材部分的误差，再手动校准数控机床3，保持数控机床3和机械臂7共同加工的精度。

本实用新型提供另一种实施方案，上述方案中可交换工位的增减材复合机床的增减材加工方法，包括以下步骤：

准备工作：将承载待加工零件的基板安装在两个加工台第一加工台34和第二加工台36上，导入待加工零件的加工程序至控制柜12中；

定位校准：控制机械臂7上的焊枪52先在第一加工台34的定位块上增材出一条校准块，可选的，校准块可以是矩形或圆盘形，其中，焊枪52具有高度自动跟随系统，采用激光测距传感器控制加工厚度，可以保持增材的厚度与预先设定的高度相同，其宽度可能因热流的原因而变化，然后将转变第一加工台34的位置，使其移动至数控机床3下方，然后电主轴4根据校准程序对校准块进行减材加工，然后人工测量校准块与理想中的减材部分的误差，再手动校准数控机床3，保持数控机床3和机械臂7共同加工的精度；

如校准块模型为10mm直径的圆，中心点位于原点，定位块上具有一个十字准星，便于观察原点，而实际增材出的圆向外延伸了一毫米，减材时，使刀具沿模型的外沿走一圈，若减材加工后，圆的左侧距离圆中心11mm，圆的右侧距离圆中心9mm，则说明数控机床3的加工系相对于机械臂7的机械臂向左偏移了1mm，然后再手动校准后再一次校准，当实际减材出的与理想模型相同，则校准完成，可以进行加工。

增减材加工：第一加工台34被机械臂7带动焊枪52按照预定轨迹和预定厚度一圈一圈的增材加工，当厚度达到时，第一加工台34和第二加工台36工位转换，数控机床3带动铣刀对工件进行减材加工，减材时刀具按照模型的内层和外层走一圈，使多余的部分被铣除，而第二加工台34被机械臂7带动焊枪52按照预定厚度增材加工，如此循环直至加工完成。

具体的，第一加工台34和第二加工台36工位转换包括以下步骤：

升降部件32驱动工作台2升起至脱离定位销41、43；驱动部件33带动工作台2驱动转动180°，在此过程中，作业台34、36被伺服电机带动转动180°；升降部件32驱动工作台2下降至与定位销41、43配合。

结合以上实施例，本实用新型采用双工位增减材同时加工，同时对两个工件进行增减材的加工，尤其适应于精度要求高或轮廓复杂的零件，可以大幅度提高加工效率，并且不需要改写现有技术中导入到加工模块中的加工程序，机械臂7和数控机床3可以独立的在各自的参考系下以一个模型为基准保持高精度的加工，以提高加工效率。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，包括：

用于增材加工带有焊枪的机械臂；

用于减材加工的数控机床；

用于承载待加工工件的工作台；

用于安装所述机械臂、数控机床和工作台的底座；

控制柜，用于写入控制机械臂和数控机床的加工程序以控制机械臂和数控机床的加工；

其中，所述工作台被设置成矩形的板状，通过底座上的驱动部件所驱动，在水平方向上相对于所述底座转动连接；

所述机械臂和数控机床以工作台的转动轴线呈中心对称分布；

所述工作台的上端面设有两个加工台，第一加工台和第二加工台以工作台的转动轴线呈中心对称分布；

所述第一加工台和第二加工台相对于工作台转动连接。

2.根据权利要求1所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述底座上设有两组定位销，第一组定位销位于所述机械臂的加工区域，第二组定位销位于数控机床的加工区域。

3.根据权利要求2所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述工作台上开设有与所述定位销配合的销孔，所述加工台上设有与所述定位销配合的定位孔，所述定位销贯穿所述销孔延伸至所述定位孔中对工作台以及加工台进行定位。

4.根据权利要求3所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述底座上还设有驱动工作台升降的升降部件，以驱动所述工作台升起预定高度脱离与定位销的接触。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述加工台上设有用于安装工件工装或载台的螺孔，所述加工台的边缘设有用于加工坐标定位的定位块。

6.根据权利要求5所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述加工台的下端面固定有用于驱动加工台转动的伺服电机。

7.根据权利要求5所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述机械臂为六关节机器人手臂，所述焊枪包括安装在机械臂上的焊接头以及安装在底座上的焊机和送丝机，所述焊机用于给焊接头提供焊接能量，所述送丝机用于给焊接头提供焊丝。

8.根据权利要求5所述的可交换工位的增减材复合机床，其特征在于，所述数控机床包含三自由度的电主轴以及与电主轴配套使用的斗笠式刀库。

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