CN221065570U - 一种带加工中心的增减材复合制造机床 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带加工中心的增减材复合制造机床，包括机架，所述机架上水平设置有带预热的工作平台，所述工作平台的上方设置有加工主箱，所述加工主箱上安装有增材制造模块与减材切削模块，所述增材制造模块为激光熔覆增材模块，其包括的激光熔覆头的外周部设置有飞溅护罩，所述减材切削模块为铣削减材模块，其包括有主铣刀与备用铣刀；所述工作平台经第一驱动机构驱动沿X轴和Y轴进行往复平移调节、沿Z轴进行往复旋转调节；所述加工主箱经第二驱动机构驱动沿Z轴进行往复升降调节。提高了成型效率的同时，也提高了一体成型的精度，避免了二次加工。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种带加工中心的增减材复合制造机床，涉及工业制造技术领域。
背景技术
在航空制造及检测等高端精密制造领域，需要完成一些特定形状零件的加工，而单纯的通过增材加工或者减材加工已经不能满足要求。传统的减材制造已经无法满足此需求。近年来兴起的增材制造技术由于其快速、灵活、低成本（无模具）等优势能够很好的弥补传统制造工艺的不足。然而增材制造工艺所生产的金属零件往往伴随着表面精度差、应力变形大、微观组织不均匀等等问题，制约了其在高端工业领域的应用。增材制造所生产的零件往往需要在减材加工机床上进行二次成型和额外的热处理、表面处理等等，降低了加工效率并且增加了操作的复杂性。
为了提高增材制造效率，提高成型精度，并使得增材制造技术真正应用于实际工业领域，已有报道将增材技术与传统减材工艺结合起来制备金属零件。通过将增材与减材制造结合，所生产的金属零件能够拥有较好的表面精度，零件的内孔和中空等难加工部位也可以在增材制造的过程中进行铣削抛光等操作，从而极大地提高了增材制造技术在生产加工精密零件的适用性。但是高能束金属增材制造过程中熔池尺寸小，冷却速率极快，容易导致材料内部微观组织不均匀，各向异性明显，残余热应力大，因此增材与减材相结合的制造技术无法克服零件制造过程中的应力问题。
实用新型内容
鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带加工中心的增减材复合制造机床。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种带加工中心的增减材复合制造机床，包括机架，所述机架上水平设置有带预热的工作平台，所述工作平台的上方设置有加工主箱，所述加工主箱上安装有增材制造模块与减材切削模块，所述增材制造模块为激光熔覆增材模块，其包括的激光熔覆头的外周部设置有飞溅护罩，所述减材切削模块为铣削减材模块，其包括有主铣刀与备用铣刀；所述工作平台经第一驱动机构驱动沿X轴和Y轴进行往复平移调节、沿Z轴进行往复旋转调节；所述加工主箱经第二驱动机构驱动沿Z轴进行往复升降调节。
优选的，所述机架的形状为类“C”字形，所述工作平台安装在机架的下部横段上，所述加工主箱安装在机架的中部竖段上，所述机架的上部横段与下部横段相对设置，且上部横段的周部边沿设置有若干个往下投射的红外感应保护装置，所述工作平台及加工主箱均位于红外感应保护装置的投射边界的内部区域。
优选的，所述增材制造模块与减材切削模块均设置在加工主箱的底部，其中主铣刀安装在减材主轴上，所述减材主轴经加工主箱内部的电机驱动旋转；备用铣刀至少具有两把并安装在加工中心刀架库上，所述加工中心刀架库安装在加工主箱的底部。
优选的，所述主铣刀与备用铣刀之间的加工主箱底部设置有换刀机械手。
优选的，所述飞溅护罩的形状为上窄下宽的圆锥形罩体，其罩口朝下，将激光熔覆头罩设在内。
优选的，所述第一驱动机构包括经电机驱动沿Z轴往复旋转的旋转台，所述旋转台上方设置有X轴活动块，所述X轴活动块的上方设置有Y轴活动块，其中：X轴活动块与旋转台之间经X轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副连接，Y轴活动块与X轴活动块之间经Y轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副连接，所述工作平台固连在Y轴活动块顶面。
优选的，所述第二驱动机构包括连接在加工主箱与机架之间的Z轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副。
优选的，所述工作平台的内部设置有电磁加热圈。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、带预热的工作平台作为一种有利于减少温度差的方法，以加热零件，能够改善待成形零件内部性能，降低表面粗糙度，减少熔覆时的温度差，使成形效果更佳。在金属制造过程中同时耦合激光熔覆增材制造和减材切削加工，通过此两项辅助工艺的互相配合能够使增材过程中的逐层改性更加有效，具体的切削过程能够去除凝固熔池表面的氧化层，极大地提高表面的平整度。解决现有技术中增材制造零件的适用性差、加工操作复杂、表面粗糙度高、加工精度差以及减材制造零件刀具磨损的问题。因此可直接应用于各类高端结构零件和精密零件的加工及再制造，应用前景广阔。
2、机床含有激光熔覆增材技术与铣削减材技术，利用激光作为热源熔化专用覆层材料，实现增材制造，为使机床空间最大化利用，设置主铣刀与备用铣刀，满足不同形状的加工，实现减材制造。提高了成型效率的同时，也提高了一体成型的精度，避免了二次加工。
3、机床装有飞溅护罩，能够吸附熔覆时产生的火花与飞溅，以免影响成型质量。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例的构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种带加工中心的增减材复合制造机床，包括机架1，所述机架上水平设置有带预热的工作平台2，所述工作平台的上方设置有加工主箱3，所述加工主箱上安装有增材制造模块与减材切削模块，所述增材制造模块为激光熔覆增材模块，其包括的激光熔覆头4的外周部设置有飞溅护罩5，所述减材切削模块为铣削减材模块，其包括有主铣刀6与备用铣刀7；所述工作平台经第一驱动机构驱动沿X轴和Y轴进行往复平移调节、沿Z轴进行往复旋转调节；所述加工主箱经第二驱动机构驱动沿Z轴进行往复升降调节。所述工作平台用于放置待成形零件，待成形零件在电阻热和压力的作用下形成三维实体，所述减材切削模块对所述三维实体进行减材处理。通过设置的增材制造模块对三维实体进行成型，再通过减材切削模块对成型的三维实体进行减材，从而提高成型效率的同时，提高了一体成型的精度，避免了二次加工。
激光熔覆堆焊技术是现有技术，是指在金属表面利用激光作为热源熔化专用覆层材料，利用堆焊原理熔覆一定厚度具有特殊性能材料的工艺过程。激光熔覆堆焊技术具有传统堆焊技术无法比拟的优点：可准确控制热输入量，激光扫描速度快，工件加热速度、冷却速度快，热畸变小，厚度、成分和稀释率可控性好，可获得组织致密、性能优越的堆焊层；节省贵重金属材料，可实现在普通材料上覆盖高性能（耐磨、耐高温、耐蚀等）的堆焊层；激光加工为无接触加工，无加工惯性；所以工业应用中展现了广阔的应用前景，激光堆焊修复方法在中小型等部件的修复中发挥着日渐突出的作用。
在本实用新型实施例中，所述飞溅护罩的材料为具有磁性的铝合金镀镍材质。
在本实用新型实施例中，所述机架的形状为类“C”字形，所述工作平台安装在机架的下部横段上，所述加工主箱安装在机架的中部竖段上，所述机架的上部横段与下部横段相对设置，且上部横段的周部边沿设置有若干个往下投射的红外感应保护装置8，所述工作平台及加工主箱均位于红外感应保护装置的投射边界的内部区域。
在本实用新型实施例中，所述增材制造模块与减材切削模块均设置在加工主箱的底部，其中主铣刀安装在减材主轴9上，所述减材主轴经加工主箱内部的电机驱动旋转；备用铣刀至少具有两把并安装在加工中心刀架库10上，所述加工中心刀架库安装在加工主箱的底部。
在本实用新型实施例中，所述主铣刀与备用铣刀之间的加工主箱底部设置有换刀机械手11。换刀机械手与刀架库为现有技术，利用机床本身与刀架库的运动实现换刀，满足不同形状的加工，实现减材制造。
在本实用新型实施例中，所述飞溅护罩的形状为上窄下宽的圆锥形罩体，其罩口朝下，将激光熔覆头罩设在内。
在本实用新型实施例中，所述第一驱动机构包括经电机驱动沿Z轴往复旋转的旋转台12，所述旋转台上方设置有X轴活动块13，所述X轴活动块的上方设置有Y轴活动块14，其中：X轴活动块与旋转台之间经X轴向的滚珠丝杆副15、滑块滑轨移动副16连接，Y轴活动块与X轴活动块之间经Y轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副连接，所述工作平台固连在Y轴活动块顶面。
在本实用新型实施例中，所述第二驱动机构包括连接在加工主箱与机架之间的Z轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副。
在本实用新型实施例中，所述工作平台的内部设置有电磁加热圈。待加工零件固定好位置后，由工作平台预热控制单元给出指令进行预热，到达设定的温度后断电，等待增材制造。
在本实用新型实施例中，所述加工主箱的底端还设置有现有技术的X射线探伤系统，在零件再制造时，实时监测修复状态，未能修复的部分将经控制模块反馈到熔覆系统，进行往复增材直到到达预期设定的状态。X射线探伤系统包括X射线源、探测器、显示和分析系统，其中X射线源产生高能量的X射线束，通常使用射线管或放射性同位素作为X射线源。探测器用于接收通过物体后剩余的X射线，通常采用闪烁体或固态探测器。显示和分析系统将探测器接收到的信号转换为图像或数据，并对其进行处理和分析。
在实际应用中，X射线探测设备会将X射线束照射到待检测物体上，探测器接收通过物体后的X射线，并将其转换为电信号。通过分析接收到的信号强度和能量分布，可以获得物体内部的结构信息和缺陷情况。
在本实用新型实施例中，该带加工中心的增减材复合制造机床的工作原理为：工作平台用于放置待成形零件，带预热的工作平台作为一种有利于减少温度差的方法，以加热零件，能够改善待成形零件内部性能，降低表面粗糙度，减少熔覆时的温度差，使成形效果更佳。在金属制造过程中同时耦合激光熔覆增材制造和减材切削加工，通过此两项辅助工艺的互相配合能够使增材过程中的逐层改性更加有效，具体的切削过程能够去除凝固熔池表面的氧化层，极大地提高表面的平整度。解决现有技术中增材制造零件的适用性差、加工操作复杂、表面粗糙度高、加工精度差以及减材制造零件刀具磨损的问题。因此可直接应用于各类高端结构零件和精密零件的加工及再制造，应用前景广阔。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：包括机架，所述机架上水平设置有带预热的工作平台，所述工作平台的上方设置有加工主箱，所述加工主箱上安装有增材制造模块与减材切削模块，所述增材制造模块为激光熔覆增材模块，其包括的激光熔覆头的外周部设置有飞溅护罩，所述减材切削模块为铣削减材模块，其包括有主铣刀与备用铣刀；所述工作平台经第一驱动机构驱动沿X轴和Y轴进行往复平移调节、沿Z轴进行往复旋转调节；所述加工主箱经第二驱动机构驱动沿Z轴进行往复升降调节。
2.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述机架的形状为类“C”字形，所述工作平台安装在机架的下部横段上，所述加工主箱安装在机架的中部竖段上，所述机架的上部横段与下部横段相对设置，且上部横段的周部边沿设置有若干个往下投射的红外感应保护装置，所述工作平台及加工主箱均位于红外感应保护装置的投射边界的内部区域。
3.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述增材制造模块与减材切削模块均设置在加工主箱的底部，其中主铣刀安装在减材主轴上，所述减材主轴经加工主箱内部的电机驱动旋转；备用铣刀至少具有两把并安装在加工中心刀架库上，所述加工中心刀架库安装在加工主箱的底部。
4.根据权利要求3所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述主铣刀与备用铣刀之间的加工主箱底部设置有换刀机械手。
5.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述飞溅护罩的形状为上窄下宽的圆锥形罩体，其罩口朝下，将激光熔覆头罩设在内。
6.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述第一驱动机构包括经电机驱动沿Z轴往复旋转的旋转台，所述旋转台上方设置有X轴活动块，所述X轴活动块的上方设置有Y轴活动块，其中：X轴活动块与旋转台之间经X轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副连接，Y轴活动块与X轴活动块之间经Y轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副连接，所述工作平台固连在Y轴活动块顶面。
7.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述第二驱动机构包括连接在加工主箱与机架之间的Z轴向的滚珠丝杆副、滑块滑轨移动副。
8.根据权利要求1所述的带加工中心的增减材复合制造机床，其特征在于：所述工作平台的内部设置有电磁加热圈。
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