通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法技术

本发明专利技术涉及一种零件加工设备，该设备包括：a.加工头(370)和机动轴，包括使得在被称为工作空间的空间内部的所述头位移的旋转轴；b.将零件在所述工作空间内部定位和保持就位的装置；其特征在于，所述加工头(370)包括支承材料成形工具的装置(440)和能够供应材料的装置(250，451，452)。本发明专利技术还涉及一种由该设备实施的加工方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法
本专利技术涉及一种通过材料添加和成形相结合的加工方法与设备。根据本专利技术的方法和设备更特别地适合于加工三维外形，或者表面微观质量不能用材料添加加工方法和成形加工方法单独加工的零件。在下文中，方法被认为与其他的(方法)分别实行，此时被制造的零件在机床空间内部重新定位，所述重新定位时通过更换机床，或将零件从传递作业机床的一个区域转移至另一个区域，其中，零件被固定在安装部或加工托盘，或者，当零件安装在同一机床上时，所述机床的构造被显著地更改，使得由于例如加工头的更换而使得所述轴原始点或机床的动态性能因此发生改变，或如果机床数控系统中保存的运动补偿表被更改，或如果他们保持同样配置但不再能反映机床性能。在下文中，“加工阶段”因此指在同一零件上实施的一系列加工操作，而不改变零件的加工站，且不改变加工设备站的配置以及零件的定位。在全文中，术语“加工”指加工动作，动词“加工”通常意思指，在工具机床上将材料或零件进行加工。
技术介绍
在现有技术中，不论是通过添加还是通过去除材料的加工方法都为人所熟知。日本专利申请JP-A-2010280173描述了这样一种设备和方法，包括，在同一机床上，添加材料的加工方法和去除材料的加工方法的结合。在现有技术中，此方法的实施使用了两个不同加工设备，所述加工设备安装在同一框架上但使用不同位移轴。因此，根据现有技术，第一组执行器用来设置一层粉末，并用激光束烧结该层粉末的一部分，在所述层中，激光束的路径由镜子的运动所决定，第二组执行器包括，铣削主轴，其运动由不同于引导镜子运动的轴的数字控制而控制。这意味着两台不同的机器共用同一框架。另外，这种现有技术的材料去除的方法的目的在于，通过这样来改进执行添加加工方法的条件：修改所设置的材料表面，以便校正表面的几何形状并清洁所述表面的所有污染，使其有助于之后的操作中所设置的材料层的结合。因此，这种现有技术的主要目的在于力求保证添加加工制成的零件的材料的牢固性，相对地，其目的并不特别在于所组合的加工操作的精确度，该精确度在材料添加操作和材料切除操作之间的阶段发生改变时将不能达到。
技术实现思路
本专利技术其目的特别但不仅仅在于，制造如图1所示的复杂外形的零件。根据这个示例，并不是加以限制地而是示意性地简单示出了本专利技术解决的技术问题，待被制造的零件100，包括，刚性平板110，该刚性平板110组成基部，包括在平板中心的铣孔115和在所述铣孔115上定中心的复杂锥形形状的中空延长部120，其可以由材料添加得到。所述零件100的整体的制造具有与表面状态相关的限制，在外形复杂的延长部120的外侧部和内侧部的二者上，例如，根据标准ISO4287的粗糙度Ra为1.6μm(10-6米)。另外，所述的零件也根据几何形状的限制来实现，如板的铣孔115和在所述板处的圆锥形延长部120之间的同心度公差，以及延长部120的壁的厚度公差(e)。例如这些公差为0.05mm。根据现有技术已知的方法，具有实现的限制的该零件100不能仅通过一次定位而制造，这样，获得希望的精度非常困难并且与大批量的制造难以兼容。下文中，术语“基部”指零件初始材料，通过使用添加加工的方法在其上设置材料，其中，设置的材料能够与基部材料性质相同或性质不同。图1所示出的通过仅一次定位而制造的零件100，不论是添加加工操作，还是在涉及去除材料的加工操作，或者烧蚀加工，都需要用到一个旋转运动，甚至两个旋转运动。通常，这种零件需由零件与工具之间至少有五个位移轴的机床所制造，这五个轴包括，三个正交平移，和两个正交轴向的旋转。这种零件的制造需要连续地使用五个轴，也就是说加工工具应该相对加工表面持续地定向。现有技术中，五轴机床的结构有很多种并且是公知的。为了使加工程序能在不同机床配置之间的具有一定程度的可携带性，根据一种广泛熟知的方法，编程通过描述工具的活动部分的端点的运动来实现。为了在机床上执行所述程序，每个刀具都与“校验尺”相关联，即当工具安装在所述机床主轴上时，在机床参考系中，定义所述工具的活动部分的位置的数值文件。该校验尺文件集成在机床的控制系统的存储器中保存的动态工作表中，其中，所述工作表将编程的位移命令转换为机动化轴的位移的形式，其目的在于获得想要的路径。因此，特别地由于机床的结构是平行的，简单的位移，例如平移，而导致根据结构而操纵五个机动化轴或甚至更多的移动。为了达到所需加工精度，特别地在高速进给的条件下，数控加工机床利用具有补偿表的现有技术进行加工。这些表能够修正机床误差，特别是机床的机械误差。这些误差来源于多处：制造缺陷，刚度变化，变形，热膨胀等等。因此，所有数控机床都具有工作空间，在所述工作空间中机床的精度和性能是最佳的，在所述空间之外，性能下降。沿着一条路径，使用校验尺导致其脱离最佳工作空间的工具，或使用在结构上添加的质量改变机床的动态性能的刀具，将导致机床在不利的工况下工作，或需要重新加载新的补偿表，这等同于使用另一台机床和改变加工阶段。文献EP1614497描述了一种使用同一机床，添加加工和烧蚀加工相结合的设备和加工方法。这种加工模式的转换通过在加工头的末端或者直接在机床主轴上安装添加加工设备实现。该添加加工设备包括，熔化装置，材料供应设备和鼓风装置。因此，由于添加加工与同一机床烧蚀加工时性能不同，该添加加工设备安装在机床头处会显著地改变运动质量和机床性能。文献EP0529816描述了一种添加加工和烧蚀加工相结合的设备和方法。添加加工设备永久地安装在烧蚀加工主轴附近，使得在两种加工配置中，机床质量几乎相同。该文献教示将添加加工设备加于现有的用于通过材料去除加工的机床上。因此，为了保持自动更换工具的能力及避免烧蚀加工操作时该设备与零件之间的干涉，添加加工设备放置成远离机床主轴。因此，当使用添加加工时，机床在这样一个空间内工作，该空间在最佳工作空间边界或甚至是外部。如文献中所述，由于机床是串联结构，仅包括三个正交线性位移轴，所以效果并不显著。此外，该文献描述了由坯件的添加加工，即构成毛坯材的材料块。精度由烧蚀加工得到，使得添加加工获得的精度比机床精度低几个数量级。该文献中所教示的技术方案不能适用于这样的情况：在添加加工或者烧蚀加工操作中的一个需要具有与制造的表面相关的工具方向的持续控制的位移。本专利技术的目的在于解决现有技术的不方便之处，以及为此涉及一种加工零件的设备，所述设备包括：a.加工头和机动轴，所述机动轴包括在称谓工作空间的空间内的所述头位移的转动轴；b.用于使所述工作空间内的零件的定位和保持就位的装置c.使得加工头包括，支承材料成形工具的装置和能够供应材料的工具。因此，根据本专利技术的设备使得能够借助于相同的装置驱动的同一个加工头从添加加工过渡到成形加工，反之亦然。在加工操作更替时，加载的质量保持相同。本专利技术还涉及一种借助于之前设备执行的加工方法，该方法包括以下步骤：i.在添加操作期间，用供料装置在零件上设置材料层；ii.在成形操作期间，用成形工具将零件的一部分成形；iii.添加操作和成形操作沿着在所述空间中三个方向延伸的路径在同一阶段中执行，供应装置和成形工具与这些路径垂直定向。因此，由于在相同阶段内制造，即不改变零件的位置，不改变加工站的配置，在添加操作和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工零件(100，700)的设备，所述设备包括：a.加工头(370)和机动轴(311，312，313，314，315)，所述机动轴(311，312，313，314，315)包括使所述头在被称为工作空间的空间内部位移的旋转轴线(314，315)；b.使所述零件(100)在所述工作空间内部定位和保持就位的装置；c.其特征在于，所述加工头(370)包括支承材料成形工具的装置(440)和能够供应材料的装置(250，451，452)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 FR 11611261.一种用于加工零件(100，700)的设备，所述设备包括：a.加工头(370)和机动轴，所述机动轴使所述加工头在被称为工作空间的空间内部移位并且具有旋转轴线；b.使所述零件(100)在所述工作空间内部定位和保持就位的装置；c.其特征在于，所述加工头(370)包括支承材料成形工具的装置(440)和能够供应材料的供料装置，所述支承材料成形工具的装置和所述供料装置总是由所述加工头保持，所述供料装置包括两个用于喷射金属粉末的装置，并且每个用于喷射金属粉末的装置包括：ci.喷嘴(451，452)，所述喷嘴(451，452)包括喷射金属粉末的孔口；cii.生成与所述喷嘴(451，452)的所述孔口同轴的激光束的装置(454)，所述生成与所述喷嘴的所述孔口同轴的激光束的装置能够在粉末被喷射时熔化粉末；其中，所述供料装置安装在所述加工头内的滑轨上，所述滑轨适于使所述供料装置撤回到所述加工头内。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：d.安放在所述加工头(370)上的传感装置(260，460)；e.用于测量机床空间内的所述传感装置在所述机动轴上的位置的装置。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料成形工具是切割工具(240)。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：将切割运动传递至所述切割工具(240)的装置。5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：将切割运动传递至所述零件(700)的装置(364)。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：让伊夫·阿斯科埃，吉勒斯·卡拉宾，帕斯卡尔·莫尼奥尔，
申请(专利权)人：南特中央理工大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR