CN220146695U - 一种增减材一体式制造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增减材一体式制造设备结合增减材制造，使两种加工类型能在一台设备上完成，各取所长，以一种快捷高效的生产方式加工各种形状复杂、尺寸精度高的零件，提高生产的效率的同时保证了质量。采用背靠背式的增减材执行器布局，两套系统的Z轴独立驱动，保证了相互之间不受干扰，运行稳定性更高，可使加工过程更加紧凑。此外，本发明使得在增减材制造同时进行过程中，基准平面只需一次定位，省去了多次工装定位的标定烦恼，消除了累积误差，可以保证更好的加工精度。本发明中的两个末端执行器可以替换为两种不同喷嘴尺寸或者打印丝料的打印头，或替换为两种不同尺寸的铣削头，分别可以实现多材料的增材制造或快速粗精加工方式。

Description

一种增减材一体式制造设备

技术领域

本实用新型属于增减材制造设备技术领域，更为具体地讲，涉及一种增减材一体式制造设备。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，简称AM)是一种通过逐层堆积材料来构建三维物体的制造技术。由于其加工的特殊性，可以较为轻松的加工出较为复杂的形状，且材料浪费较少、时间成本较低、设计成本可控。同样由于其层层堆叠的制造方式，成形的目标件表面质量不如传统减材制造的高，且在悬伸部分需要自底部起的支撑，比较浪费材料。

减材制造技术通过去除整块毛坯外部多余材料，得到目标形状，传统的车、铣、刨、磨等技术均在此列。减材制造技术发展了300多年，技术非常成熟，能够实现非常严格的误差，良好的加工质量。但是减材制造技术去除量较大，对材料的浪费较大，加工时间较长，少量零件的加工成本较高。

在2023年03月24日授权公告的、授权公告号为CN114474713B的中国发明专利提出一种增减材复合制造设备，减材刀头安装在增材喷嘴前方，只能在增材时打印出多的余量后，才能采用减材刀头进行加工，提升表面质量，无法便捷地在增材过程中进行减材加工。

在2022年09月23日公布的、公布号为CN115091742A提出一种增减材复合制造设备，可以实现增减材制造，但结构较为复杂，没有将增减材部分有机的整合起来，空间利用率低。

然而，以上两种技术方案均无法满足高空间利用率的全过程增减材制造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增减材一体式制造设备，实现零件在同一安装基准下的增减材制造，避免传统零件加工时需要频繁工装带来的标定问题，同时整合增减材加工的优点，既可以便捷地制造出形状复杂的零件，又可以减少支撑，提高加工件表面质量，同时满足高空间利用率。

为实现上述实用新型目的，本实用新型增减材一体式制造设备，其特征在于，包括底座、增减材工作平台、增材打印头、减材铣削头、XZ轴移动框架；

所述增减材工作平台通过其底部的四个光杆滑块以及光杆连接于底座，增减材工作平台通过底部的四个光杆滑块在光杆水平移动，移动方向为Y轴，实现增减材工作平台在Y轴方向的运动，底座与增减材移动平台构成Y轴运动结构；

所述XZ轴移动框架采用螺栓连接到底座Y轴方向的中部两侧；

所述增材打印头通过光杆连接到XZ轴移动框架Y轴方向的一侧，其能沿Y轴垂直的水平方向即X轴方向移动，也能垂直方向即Z轴方向移动；

所述减材铣削头与增材打印头采用背靠背方式安装即通过光杆连接到XZ轴移动框架Y轴方向的另一侧；

所述底座与所述XZ轴移动框架构成加工工作空间，零件放置到增减材工作平台上沿Y轴方向移动，减材铣削头与增材打印头采用背靠背方式安装并沿X、Z轴方向移动，实现对零件的增材减材。

本实用新型的目的是这样实现的。

本实用新型增减材一体式制造设备结合增减材制造，使两种加工类型能在一台设备上完成，各取所长，以一种快捷高效的生产方式加工各种形状复杂、尺寸精度高的零件，提高生产的效率的同时保证了质量。采用背靠背式的增减材执行器布局，两套系统的Z轴独立驱动，保证了相互之间不受干扰，运行稳定性更高，可使加工过程更加紧凑，同时满足高空间利用率。此外，本发明使得在增减材制造同时进行过程中，基准平面只需一次定位，省去了多次工装定位的标定烦恼，消除了累积误差，可以保证更好的加工精度。本发明中的两个末端执行器可以替换为两种不同喷嘴尺寸或者打印丝料的打印头，或替换为两种不同尺寸的铣削头，分别可以实现多材料的增材制造或快速粗精加工方式。

附图说明

图1是本实用新型增减材一体式制造设备一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示底座以及增减材工作平台组成的Y轴运动结构的结构示意图；

图3是图1所示的XZ轴移动框架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本实用新型增减材一体式制造设备一种具体实施方式的结构示意图。

在本实施例中，如图1所示，本实用新型增减材一体式制造设备包括底座1、增减材工作平台2、增材打印头3、减材铣削头4以及XZ轴移动框架5。

如图2所示，所述增减材工作平台2通过其底部的四个光杆滑块201以及两根光杆202连接于底座，增减材工作平台2通过底部的四个光杆滑块201在两根光杆202水平移动，移动方向为Y轴，实现增减材工作平台2在Y轴方向的运动，底座1与增减材移动平台2构成Y轴运动结构。

所述XZ轴移动框架5采用螺栓连接到底座1Y轴方向的中部两侧；

所述增材打印头3通过光杆连接到XZ轴移动框架5Y轴方向的一侧，在本实施例中，为右侧，其能沿Y轴垂直的水平方向即X轴方向移动，也能垂直方向即Z轴方向移动。

所述减材铣削头4与增材打印头3采用背靠背方式安装即通过光杆连接到XZ轴移动框架5Y轴方向的另一侧。在本实施例中，为左侧。

所述底座1与所述XZ轴移动框架5构成加工工作空间，零件放置到增减材工作平台2上沿Y轴方向移动，减材铣削头4与增材打印头3采用背靠背方式安装并沿X、Z轴方向移动，实现对零件的增材减材。

图2是图1所示底座以及增减材工作平台组成的Y轴运动结构的结构示意图。

在本实施例中，如图2所示，所述底座1与增减材移动平台2构成Y轴运动结构。底座1包括底部方钢101、底座前板102、底座后板103、四个光杆安装架104、皮带转向轮安装架105、Y轴驱动电机106以及方钢角码107。

底部方钢101为4根方钢，尺寸大小相同，采用对称式布置，所述底座前板102与底座后板103均采用螺栓分别连接在底部方钢101两端上形成底座1。四个光杆安装架4采用螺栓分别连接与底座前板102、底座后板103两侧，两根光杆202长度与底座长度相适应，分别安装在一侧的两个光杆安装架4上；四个光杆滑块201通过轴承配合安装在两根光杆202上，控制增减材移动平台2的运动方向为Y轴方向；

皮带转向轮安装架105通过螺栓安装在底座后板103上，Y轴驱动电机106通过电机安装支架，采用螺栓连接固定于所述底座前板102上；Y轴驱动电机106的电机轴安装一皮带轮以及一皮带，所述皮带两端通过增减材移动平台2底部皮带固定架形成闭环，同时与皮带转向轮安装架105上的皮带轮以及Y轴驱动电机106电机轴的皮带轮相配合，带动增减材移动平台2在Y轴方向上移动。

所述XZ轴移动框架5采用螺栓连接到底座1Y轴方向的中部两侧，具体为底部方钢101为中部两侧采用螺栓分别通过一方钢角码107与XZ轴移动框架5的龙门框架501相连接。

图3是图1所示的XZ轴移动框架的结构示意图。

在本实施例中，XZ轴移动框架5与增材打印头3、减材铣削头4构成XZ移动系统。XZ轴移动框架5包括龙门框架501以及两组XZ轴运动结构，每组XZ轴运动结构包括两组Z轴运动结构和一组X轴运动结构，其中：

两组Z轴运动结构分别安装在龙门框架501X轴向两侧，Z轴运动结构包括Z轴驱动电机502、Z轴丝杆503、联轴器504、光杆丝杆固定器505、Z轴光杆506，Z轴驱动电机502采用螺栓连接通过电机安装支架安装于龙门框架501，Z轴丝杆503底部通过联轴器504与Z轴驱动电机502相连接，通过电机安装架上的孔确定轴向位置，端面与所述Z轴驱动电机外壳相接触，其顶部与光杆丝杆固定器505采用轴承配合，确保Z轴丝杆503在竖直方向稳定；Z轴光杆506底部通过电机安装架上的孔确定轴向位置，端面与Z轴驱动电机外壳502相接触，其顶部与光杆丝杆固定器505配合，确保Z轴光杆506位置固定；

X轴运动结构包括Z轴电机侧升降滑块507、Z轴皮带轮侧升降滑块508、双光杆509、X轴移动滑块510、X轴驱动电机511、执行器连接件512；

Z轴电机侧升降滑块507、Z轴皮带轮侧升降滑块508分别安装在两组Z轴运动结构上，Z轴电机侧升降滑块507与Z轴光杆506采用轴承配合连接，与Z轴丝杆503采用丝杆啮合配合，限制其移动方向为Z轴方向，并控制其移动距离，Z轴皮带轮侧升降滑块508与Z轴电机侧升降滑块507的连接方式限制其移动方向为Z轴方向，双光杆509的两端分别安装在Z轴电机侧升降滑块507、Z轴皮带轮侧升降滑块508上，X轴移动滑块510安装到双光杆509上，并可以在双光杆509上滑动，X轴驱动电机511采用螺栓连接固定于Z轴电机侧升降滑块508上，采用皮带方式带动X轴移动滑块510在双光杆509上滑动。

通过控制Z轴电机侧升降滑块507、Z轴皮带轮侧升降滑块508的调平以及两组Z轴运动结构的Z轴驱动电机502的同步驱动，可使X轴移动滑块510在水平面X轴向上移动以及垂直方向的Y轴向上移动；

执行器连接件512安装在X轴移动滑块510上，对于两组XZ轴运动结构的执行器连接件512采用螺栓连接的方式，一个执行器连接件512连接增材打印头3，另一个执行器连接件512连接减材铣削头4，从而带动增材打印头3、减材铣削头4在水平面X轴向上移动以及垂直方向的Y轴向上移动。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种增减材一体式制造设备，其特征在于，包括底座、增减材工作平台、增材打印头、减材铣削头、XZ轴移动框架；

所述增减材工作平台通过其底部的四个光杆滑块以及光杆连接于底座，增减材工作平台通过底部的四个光杆滑块在光杆水平移动，移动方向为Y轴，实现增减材工作平台在Y轴方向的运动，底座与增减材移动平台构成Y轴运动结构；

所述XZ轴移动框架采用螺栓连接到底座Y轴方向的中部两侧；

所述增材打印头通过光杆连接到XZ轴移动框架Y轴方向的一侧，其能沿Y轴垂直的水平方向即X轴方向移动，也能垂直方向即Z轴方向移动；

所述减材铣削头与增材打印头采用背靠背方式安装即通过光杆连接到XZ轴移动框架Y轴方向的另一侧；

所述底座与所述XZ轴移动框架构成加工工作空间，零件放置到增减材工作平台上沿Y轴方向移动，减材铣削头与增材打印头采用背靠背方式安装并沿X、Z轴方向移动，实现对零件的增材减材。

2.根据权利要求1所述的增减材一体式制造设备，其特征在于，底座包括底部方钢、底座前板、底座后板、四个光杆安装架、皮带转向轮安装架、Y轴驱动电机以及方钢角码；

底部方钢为4根方钢，尺寸大小相同，采用对称式布置，所述底座前板与底座后板均采用螺栓分别连接在底部方钢两端上形成底座，四个光杆安装架采用螺栓分别连接与底座前板、底座后板两侧，两根光杆长度与底座长度相适应，分别安装在一侧的两个光杆安装架上；

四个光杆滑块通过轴承配合安装在两根光杆上，控制增减材移动平台的运动方向为Y轴方向；

皮带转向轮安装架通过螺栓安装在底座后板上，Y轴驱动电机通过电机安装支架，采用螺栓连接固定于所述底座前板上，Y轴驱动电机的电机轴安装一皮带轮以及一皮带，所述皮带两端通过增减材移动平台底部皮带固定架形成闭环，同时与皮带转向轮安装架上的皮带轮以及Y轴驱动电机轴的皮带轮相配合，带动增减材移动平台在Y轴方向上移动。

3.根据权利要求1所述的增减材一体式制造设备，其特征在于，XZ轴移动框架与增材打印头、减材铣削头构成XZ移动系统；XZ轴移动框架包括龙门框架以及两组XZ轴运动结构，每组XZ轴运动结构包括两组Z轴运动结构和一组X轴运动结构，其中：

两组Z轴运动结构分别安装在龙门框架X轴向两侧，Z轴运动结构包括Z轴驱动电机、Z轴丝杆、联轴器、光杆丝杆固定器、Z轴光杆，Z轴驱动电机采用螺栓连接通过电机安装支架安装于龙门框架，Z轴丝杆底部通过联轴与Z轴驱动电机相连接，通过电机安装架上的孔确定轴向位置，端面与所述Z轴驱动电机外壳相接触，其顶部与光杆丝杆固定器采用轴承配合，确保Z轴丝杆在竖直方向稳定，Z轴光杆底部通过电机安装架上的孔确定轴向位置，端面与Z轴驱动电机外壳相接触，其顶部与光杆丝杆固定器配合，确保Z轴光杆位置固定；

X轴运动结构包括Z轴电机侧升降滑块、Z轴皮带轮侧升降滑块、双光杆、X轴移动滑块、X轴驱动电机、执行器连接件；Z轴电机侧升降滑块、Z轴皮带轮侧升降滑块分别安装在两组Z轴运动结构上，Z轴电机侧升降滑块与Z轴光杆采用轴承配合连接，与Z轴丝杆采用丝杆啮合配合，限制其移动方向为Z轴方向，并控制其移动距离，Z轴皮带轮侧升降滑块与Z轴电机侧升降滑块的连接方式限制其移动方向为Z轴方向，双光杆的两端分别安装在Z轴电机侧升降滑块、Z轴皮带轮侧升降滑块上，X轴移动滑块安装到双光杆上，并可以在双光杆上滑动，X轴驱动电机采用螺栓连接固定于Z轴电机侧升降滑块上，采用皮带方式带动X轴移动滑块在双光杆上滑动；

通过控制Z轴电机侧升降滑块、Z轴皮带轮侧升降滑块的调平以及两组Z轴运动结构的Z轴驱动电机的同步驱动，可使X轴移动滑块在水平面X轴向上移动以及垂直方向的轴向上移动；

执行器连接件安装在轴移动滑块上，对于两组XZ轴运动结构的执行器连接件采用螺栓连接的方式，一个执行器连接件连接增材打印头，另一个执行器连接件连接减材铣削头，从而带动增材打印头、减材铣削头在水平面X轴向上移动以及垂直方向的Y轴向上移动。