一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成形机及加工方法技术

一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机和加工方法，包括机箱，所述机床罩内底面设有工作台，机床罩内侧壁设有位于工作台上方的主轴，主轴与驱动器连接，主轴下端装接有切削工作头，主轴一侧设有减材成型刀库，主轴一侧设有外部轴，外部轴上装设有同轴送粉激光喷头，外部轴下方设有CCD相机，同轴送粉激光喷头通过激光光纤激光器连接，同轴送粉激光喷头通过冷水管与冷水机连接，同轴送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，送粉器通过保护气管与保护气供气装置连接，保护气供气装置通过气管与同轴送粉激光喷头连接。本发明专利技术可实现增减材制造的同步交互，提升加工质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成形机及加工方法
本专利技术属于增减材设备领域，具体地说是一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机及加工方法。
技术介绍
传统的激光熔融快速成形技术保留了传统3D打印可实现柔性设计和制造、减少产品开发制造的成本以及周期、可一次成形复杂结构零件等一系列优势。但采用激光熔融成形技术加工时，在零件表面流淌有一层质地致密、坚硬的不规则外层面，零件表面存在明显的台阶效应，平整度与光洁度不高，生成的金属制件由于很难再进行后处理，致使所获得的零件产品在精度和表面质量上存在较大的问题，从而严重影响了3D打印技术在精密零件制造产业上的广泛推广和应用。数控加工（减材制造）与增材制造的优缺点具有很强的互补关系，数控加工属于“减材加工”，将数控加工与增材制造进行有机集成，以实现增减材制造工艺的复合，不仅能够提高生产效率，降低生产成本，拓宽产品原料加工范围，还可以减少生产过程中切削液的使用，保护环境。尤其是对于经常使用高硬度复合金属材料、机密加工的民航工业以及国防工业，增减材复合加工技术的推广与应用将促使相关产业迎来进一步的飞跃，必将是下一步制造业关注的重点与热点。增减材复合加工技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新技术。借助于计算机生成的CAD模型，并将其按一定的厚度分层，从而将零件的三维数据信息转换为一系列的二维或三维轮廓几何信息，层面几何信息融合沉积参数和机加工参数生成增材制造加工路径数控代码，最终成型三维实体零件。然后针对成形的三维的实体零件进行测量与特征提取，并与CAD模型进行对照寻找误差区域后，基于减材制造，对零件进行进一步加工修正，直至满足产品设计要求，由此在同一台机床上可实现“加减法”的加工，是现有的数控切削加工和3D打印组合的混合型方案。这样，对于传统切削加工无法实现的特殊几何构型或特殊材料的零件，近净成形的阶段可由增材制造承担，而后期的精加工与表面处理，则由传统的减材加工承担。由于在同一台机床上完成所有加工工序，不仅避免了原本在多平台加工时工件的夹持与取放所带来的误差积累，提高制造精度与生产效率，同时也节省了车间空间，降低制造成本。现有的增减材制造设备，结构相对复杂，难以高效率的完成工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，可实现增减材制造的同步交互，既保留了3D打印增材制造的优势也保留传统切削减材加工的技术优势，同时两者互相补充。为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，包括机箱，其特征在于，所述机床罩内底面设有工作台，机床罩侧壁设有位于工作台上方的主轴，主轴与驱动器连接，主轴下端装接有切削工作头，主轴一侧设有减材成型刀库，主轴一侧设有外部轴，该外部轴上装设有同轴送粉激光喷头，外部轴下方设有CCD相机，同轴送粉激光喷头通过激光光纤激光器连接，同轴送粉激光喷头通过冷水管与冷水机连接，同轴送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，送粉器通过保护气管与保护气供气装置连接，保护气供气装置通过气管与同轴送粉激光喷头连接。所述同轴送粉激光喷头为反射式中空激光光内送粉激光喷头。所述激光器的壳体包括内层壳体和外层壳体，内层壳体和外层壳体之间形成冷却通道，该激光器的内层壳体和外层壳体之间的冷却通道通过管路与冷水机连接。所述机床罩底面设有移动机构，工作台设在该移动机构上。一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机的加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1,外部轴抓取同轴送粉激光喷头，送粉器与保护气供气装置将金属粉末与保护气送入同轴送粉激光喷头，同时激光器通过同轴送粉激光喷头同轴输出激光束，金属粉末在激光束作用下被熔化形成熔融金属，工作台按照预设加工程指令运动，熔融金属随着工作台的移动进行熔敷；S2,CCD相机实时监控熔敷过程，形成闭环反馈，将熔敷状态的数据信息进行反馈，根据熔敷质量实时控制同轴送粉激光喷头加工路径；S3,熔敷完一层后，主轴向上抬升至设定高度，工作台按照加工指令继续运动再进行熔敷形成叠层，直至叠层厚度达到切削刀具的有效刃长；S4,外部轴带动同轴送粉激光喷头向上抬升至设定的安全高度，主轴从减材成型刀库抓取切削刀具对叠层侧面用切削刀具进行切削加工；S5,反复进行激光熔敷的叠层增材造型和切削刀具切削减材加工；S6,最终形成具有精密加工表面的立体形状造型。本专利技术既满足同轴送粉激光熔融快速成形加工也满足高速高精切削加工，可实现增减材制造的同步交互，既保留了3D打印增材制造的优势也保留传统切削减材加工的技术优势，同时两者互相补充。附图说明附图1为本专利技术成型机的立体结构示意图；附图2为本专利技术加工方法的流程示意图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如附图1所示，本专利技术揭示了一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，包括机床罩2，所述机床罩2内底面设有工作台5，机床罩2侧壁设有位于工作台5上方的主轴4，主轴4与驱动器连接，主轴4下端装接有切削工作头14，主轴4一侧设有减材成型刀库1，主轴一侧设有外部轴15，外部轴15上装设有同轴送粉激光喷头3，外部轴15下方设有CCD相机16，同轴送粉激光喷头15通过激光光纤6与激光器7连接，同轴送粉激光喷头3通过冷水管9与冷水机8连接，同轴送粉激光喷头3通过送粉管11与送粉器12连接，送粉器12通过管路与保护气供气装置13连接，保护气供气装置13通过气管10与同轴送粉激光喷头连接。外部轴15可与外部的伺服电机连接，由伺服电机带动其沿Z轴方向上下移动，主轴由机床内相应的驱动器带动旋转或者上下移动。通过保护气供气装置向送粉器内输入惰性气体作为保护气。主轴调用减材刀库中的刀具进行熔敷零件的切削加工，而利用同轴送粉激光喷头喷出金属粉末并被激光熔融后形成熔融金属可进行增材加工。不需要通过工具头转换装置即可实时切换同轴送粉激光熔融快速成形的增材制造和切削加工的减材制造。所述同轴送粉激光喷头为反射式中空激光光内送粉激光喷头。所述激光器的壳体包括内层壳体和外层壳体，内层壳体和外层壳体之间形成冷却通道，该激光器的内层壳体和外层壳体之间的冷却通道通过管路与冷水机连接。冷水机为激光器和同轴送粉激光喷头提供冷却冷水，确保其温度不会过高，保证其正常工作。所述机床罩底面设有移动机构，工作台设在该移动机构上，可X向和Y轴移动，相应的移动机构可由电机来控制，并且在机床罩底面设置相应的导轨。所述同轴送粉激光喷头是反射式中空激光光内送粉激光喷头，送粉管将粉末送进入激光内部的路径是竖直向下，不会出现斜抛现象，同时对送粉管周围加了一圈保护气体，将粉末完全包裹在气体所形成的气帘内部，通过对粉管直径的调节，可以完全达到粉末居于激光熔池内部。另外，如附图2所示，本专利技术还揭示了一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机的加工方法，所述方法包括以下步骤：S1,外部轴抓取同轴送粉激光喷头，送粉器与保护气供气装置将金属粉末与保护气送入同轴送粉激光喷头，同时激光器通过同轴送粉激光喷头同轴输出激光束，金属粉末在激光束作用下被熔化形成熔融金属，工作台按照预设加工程指令运动，熔融金属随着工作台的移动进行熔敷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，包括机箱，其特征在于，所述机床罩内底面设有工作台，机床罩侧壁设有位于工作台上方的主轴，主轴与驱动器连接，主轴下端装接有切削工作头，主轴一侧设有减材成型刀库，主轴一侧设有外部轴，该外部轴上装设有同轴送粉激光喷头，外部轴下方设有CCD相机，同轴送粉激光喷头通过激光光纤激光器连接，同轴送粉激光喷头通过冷水管与冷水机连接，同轴送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，送粉器通过保护气管与保护气供气装置连接，保护气供气装置通过气管与同轴送粉激光喷头连接。

【技术特征摘要】
1.一种带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，包括机箱，其特征在于，所述机床罩内底面设有工作台，机床罩侧壁设有位于工作台上方的主轴，主轴与驱动器连接，主轴下端装接有切削工作头，主轴一侧设有减材成型刀库，主轴一侧设有外部轴，该外部轴上装设有同轴送粉激光喷头，外部轴下方设有CCD相机，同轴送粉激光喷头通过激光光纤激光器连接，同轴送粉激光喷头通过冷水管与冷水机连接，同轴送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，送粉器通过保护气管与保护气供气装置连接，保护气供气装置通过气管与同轴送粉激光喷头连接。2.根据权利要求1所述的带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，其特征在于，所述同轴送粉激光喷头为反射式中空激光光内送粉激光喷头。3.根据权利要求2所述的带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，其特征在于，所述激光器的壳体包括内层壳体和外层壳体，内层壳体和外层壳体之间形成冷却通道，该激光器的内层壳体和外层壳体之间的冷却通道通过管路与冷水机连接。4.根据权利要求3所述的带有外部轴的同轴送粉增减材复合成型机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李游，周广兵，旷雅胜，吴亮生，胡小虎，
申请(专利权)人：广东大族粤铭激光集团股份有限公司，广东省智能制造研究所，东莞华科京隆成形装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44