一種增減材複合製造工具機的製作方法
2023-04-26 18:45:11
一種增減材複合製造工具機的製作方法
【專利摘要】本發明屬於工具機設計領域，涉及一種增減材複合製造工具機。該增減材複合製造工具機包含床身、工作檯、主軸、數控系統、減材加工模塊和增材製造模塊。本發明公開的一種增減材複合製造工具機首先通過數控系統控制增材製造模塊在工作檯上成形所需零部件基礎結構，而後通過數控系統控制減材加工模塊對增材製造獲得的基礎結構進行減材加工，並在減材加工過程中具有對刀具施加超聲振動和氣體冷卻功能，最終完成整個增/減材增減材複合製造過程。該發明公開的一種增減材複合製造工具機可以實現零部件的高效、精密增減材複合製造，提高複雜零部件的可製造性，縮短生產周期，保證複雜零部件製造精度。
【專利說明】一種增減材複合製造工具機
【技術領域】
[0001]本發明屬於工具機設計領域，涉及一種增減材複合製造工具機。
【背景技術】
[0002]隨著航空航天、核能源、海洋工程製造業對精密複雜零部件的需求日益迫切，傳統減材製造，如車削、銑削、刨削、鑽削和磨削等減材加工工具機已經無法實現複雜零部件的製造要求。目前興起的增材製造技術，由於其具有靈活、高效、節能等特點雖然已經用於複雜零部件的製造，但增材製造設備成型的複雜零部件精度遠低於實際要求，在成型後需要在減材加工工具機上進行二次加工，導致加工效率低下、定位基準發生變化，延長了零部件的生產周期，影響複雜零部件的最終精度質量，易造成零部件無法使用或導致零部件結構需重新設計等問題；此外，減材加工對於零部件有可加工性要求，複雜零部件的加工往往比較困難，甚至不可能；這些都限制了增材製造在航空航天、核能源、海洋工程領域的發展與應用，這就是現有技術所存在的不足之處。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決目前精密複雜零部件加工過程所帶來的問題，提供一種增減材複合製造工具機，使增材加工和減材加工稱合到同一臺工具機，該工具機進行複雜零部件的增材與減材製造，在不改變定位基準的條件下，使用同一臺工具機進行增材與減材加工製造，兩者交互進行，並在減材加工過程中對刀具施加超聲振動以及氣體冷卻，提高加工效率和零部件的精度與表面質量，最終實現精密零部件的高效、精密增減材一體化複合製造。
[0004]本發明採用的技術方案如下:
[0005]—種增減材複合製造工具機，該增減材複合製造工具機包含床身、工作檯、主軸、數控系統、減材加工模塊和增材製造模塊；工作檯位於所述床身中間，主軸位於所述工作檯正上方，減材加工模塊和增材製造模塊分別位於床身兩側，與所述數控系統連接；
[0006]所述的減材加工模塊包括刀庫和刀具夾持與超聲振動機構，與數控系統連接；通過數控系統控制刀具夾持與超聲振動機構，實現從刀庫自動取/放刀具為主軸自動安裝/卸載刀具；
[0007]所述的增材製造模塊包括雷射頭、噴嘴、雷射頭夾持機構、光纖、送粉器、雷射器和冷卻氣體噴嘴，所述的噴嘴為同軸送粉噴嘴；送粉器連接到雷射頭，雷射頭再通過光纖與雷射器連接，雷射器和送粉器與所述數控系統連接；噴嘴安裝在所述雷射頭上，雷射頭夾持機構安裝在床身一側，與數控系統連接，冷卻氣體噴嘴安裝在所述床身上，通過冷卻氣對加工過程進行冷卻；所述雷射頭通過數控系統控制雷射頭夾持機構，實現在主軸上自動安裝/卸載。
[0008]與現有技術相比，本發明提出的一種增減材複合製造工具機具有以下優點:
[0009]所述的一種增減材複合製造工具機，通過減材加工和增材製造模塊的增減材複合，可以最大程度地保證零部件一次完成複雜增材製造和精密減材加工成型。
[0010]本發明所述的一種增減材複合製造工具機，可以在一次定位條件下，實現精密零部件的高效、精密增減材一體化複合製造，可以縮短生產周期，保證複雜零部件製造精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011 ] 附圖是本發明的一種增減材複合製造工具機示意圖。
[0012]圖中:1床身；2工作檯；3主軸；4刀庫；5刀具夾持與超聲振動機構；6雷射頭；7噴嘴；8雷射頭夾持機構；9光纖；10送粉器；11雷射器；12數控系統；13冷卻氣體噴嘴。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明進行舉實例詳細說明，實施例:
[0014]—種增減材複合製造工具機包含床身1、工作檯2、主軸3、減材加工模塊、增材製造模塊和數控系統12，其中減材加工模塊包括刀庫4、刀具夾持與超聲振動機構5 ;增材製造模塊包括雷射頭6、噴嘴7、雷射頭夾持機構8、光纖9、送粉器10、雷射器11和冷卻氣體噴嘴13。所述工作檯2位於所述床身I中間，通過兩根分別可繞X軸和Z軸旋轉的旋轉軸與床身相連，進而可以沿X軸和Z軸旋轉；所述主軸3通過兩根軸線方向與所述Z軸方向平行的直線導軌實現在水平滑臺的定位支撐，並且可沿Z軸方向升降；所述水平滑臺通過三根軸線方向與所述X軸方向平行的直線導軌實現在工具機立柱Z軸方向的定位支撐，並且可沿X軸方向作直線運動；所述工具機立柱通過兩根軸線方向與所述Y軸方向平行的直線導軌實現在所述床身的定位支撐，並且可沿Y軸方向作直線運動；所述數控系統12通過光纜連接所述減材加工模塊和所述增材製造模塊，並對其進行控制。在所述減材加工模塊中，刀庫4與所述數控系統12相連，通過刀具夾持與超聲振動機構5實現從刀庫自動取/放刀具為主軸自動安裝/卸載刀具；刀具夾持與超聲振動機構5受到所述數控系統12控制，採用機械手換刀方式進行換刀。在所述增材製造模塊中，雷射器11和送粉器10分別通過光纖9和送分管與雷射頭6相連，並且受到數控系統12的控制；所述雷射頭6通過雷射頭夾持機構實現在主軸3上自動安裝/卸載；雷射噴嘴7和所述雷射頭6通過螺紋連接；採用同軸送粉方式進行增材製造。
[0015]本工具機的工作原理如下:首先根據實際零部件結構要求進行增材製造，通過數控系統12控制雷射頭夾持機構8在主軸3上自動安裝雷射頭11，而後通過數控系統12控制送粉器10輸送粉末,控制雷射器11輸出雷射經過光纖9傳輸至雷射頭6,雷射頭6輸出的雷射和送粉器10輸出的粉末在工作檯2相互作用，結合主軸3的運動，在工作檯2上成形所需零部件基礎結構，增材製造結束後通過數控系統12控制雷射頭夾持機構8在主軸3上自動卸下雷射頭11。下一步進行減材加工，首先通過數控系統12控制刀具夾持與超聲振動機構5在主軸3上自動安裝所需刀具，通過工作檯2和主軸3的聯合運動在工作檯2上按照最終零部件精度要求對增材製造獲得的基礎結構進行減材加工，加工過程中通過冷卻氣體噴嘴13對加工區進行冷卻。加工結束後，通過數控系統12控制刀具夾持與超聲振動機構5在主軸3上自動卸下刀具放回刀庫4，完成整個增減材複合製造過程。
[0016]以上所述實例僅為本發明的一種【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種增減材複合製造工具機，其特徵在於，該增減材複合製造工具機包含床身、工作檯、主軸、數控系統、減材加工模塊和增材製造模塊；工作檯位於所述床身中間，主軸位於所述工作檯正上方，減材加工模塊和增材製造模塊分別位於床身兩側，與所述數控系統連接；所述的減材加工模塊包括刀庫和刀具夾持與超聲振動機構，與數控系統連接；通過數控系統控制刀具夾持與超聲振動機構，實現從刀庫自動取/放刀具為主軸自動安裝/卸載刀具； 所述的增材製造模塊包括雷射頭、噴嘴、雷射頭夾持機構、光纖、送粉器、雷射器和冷卻氣體噴嘴，所述的噴嘴為同軸送粉噴嘴；送粉器連接到雷射頭，雷射頭再通過光纖與雷射器連接，雷射器和送粉器與所述數控系統連接；噴嘴安裝在所述雷射頭上，雷射頭夾持機構安裝在床身一側，與數控系統連接，冷卻氣體噴嘴安裝在所述床身上，通過冷卻氣對加工過程進行冷卻；所述雷射頭通過數控系統控制雷射頭夾持機構，實現在主軸上自動安裝/卸載。
【文檔編號】B23P23/04GK104384936SQ201410479453
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】張璧, 馬廣義, 吳東江 申請人:大連理工大學