一种多功能加工机床制造技术

一种多功能加工机床，包括：床身、X轴拖板、Y轴拖板、立柱、Z轴拖板、排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器和光路系统；所述X轴拖板安装在床身上做X轴往复运动，Y轴拖板置于X轴拖板上做Y轴往复运动，立柱固定在Y轴拖板上，Z轴拖板设置在立柱上做Z轴往复运动；主轴头安装在Z轴拖板上，主轴头下方设有主工作台，排屑器安装在主工作台下方，3D打印单元与主工作台相连，激光器穿过刀库使用光路系统与主轴头相连；所述排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器均设置在床身上。本申请中的机床空间紧凑，占地面积小，满足多工艺集成加工和单一工艺的加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于加工设备
，具体说是一种应用于机械加工、激光加工和3D打印制造中的多功能加工机床。
技术介绍
随着全球一体化的发展和社会需求的变化，对产品开发以及快速响应速度的要求越来越高，相应的高速加工技术、特种加工技术、3D打印技术等相关技术也不断进步，零件的加工工艺实现进一步的集成化，与此同时也带来不少相关问题，机床对被加工零件的加工范围、加工质量、加工工艺和加工效率有很大影响，机床结构和与机床所具备的功能起到关键作用。因此，解决加工过程中出现的相关问题成了现在制约机械加工技术发展的关键因素。零件的制造加工过程是刀具(工具)与被加工零件按照设定轨迹相对运动形成的结果，机床所具备的加工功能是机床结构设计的一个问题，从结构上来说均有床身1、立柱4、工作台、主轴等部件组成，不论铣削、激光加工还是3D打印技术等均是如此，因此通过在一个机床上共用床身1、立柱4等部件实现相关加工方法的有机集成是实现工艺集成化的核心。其次，3D打印技术，尤其是金属材料的3D打印技术所加工零件的表面质量尚不能满足直接使用要求，需要后续热处理和机械加工工艺。现有流程是在3D打印工艺完成后转移到热处理炉中进行去应力，然后采用机械方法加工。可以提高表面质量，但对应力引起变形导致的几何精度和尺寸精度没有改善。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提出了一种多功能加工机床，通过将3D打印技术、高速铣削加工、激光加工等工艺的集成将实现机床的多功能化，不仅有利于提升加工效率和设备使用率，同时解决零件的尺寸精度和表面质量。机床空间紧凑，占地面积小，满足多工艺集成加工和单一工艺的加工。本申请采用的技术方案是：一种多功能加工机床，包括：床身、X轴拖板、Y轴拖板、立柱、Z轴拖板、排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器和光路系统；所述X轴拖板安装在床身上做X轴往复运动，Y轴拖板置于X轴拖板上做Y轴往复运动，立柱固定在Y轴拖板上，Z轴拖板设置在立柱上做Z轴往复运动；主轴头安装在Z轴拖板上，主轴头下方设有主工作台，排屑器安装在主工作台下方，3D打印单元与主工作台相连，激光器穿过刀库使用光路系统与主轴头相连；所述排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器均设置在床身上。进一步的，机床的X、Y、Z、B、C轴为机床基本运动轴，W1轴为3D打印分层控制运动轴，W2轴和U轴为3D打印辅助运动轴；机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，X、Y轴位于水平面内，与X、Y轴垂直且竖直向上方向为Z轴正方向；旋转坐标轴B、C轴的正方向分别落在Y、Z轴的正方向上，且按照右手螺旋法则判定，分别通过围绕回转中心线OB、OC旋转摆动臂、回转臂实现B、C轴的回转运动；U、W1、W2轴为附加运动轴，U轴与X轴平行，通过移动安装在运动槽内的刮刀实现U轴往复移动，W1、W2轴与Z轴平行，分别通过移动在成型缸、成型缸内成型工作台、上料工作台实现W1、W2轴的往复运动。进一步的，所述主轴头，包括回转臂、摆动臂、电主轴、刀柄、激光头；回转臂安装在Z轴拖板上，围绕回转轴心OC作C轴摆动；摆动臂安装在回转臂上，围绕回转轴心OB作B轴摆动，电主轴置于摆动臂上，刀柄安装在电主轴上，激光头设置在刀柄上。进一步的，所述3D打印单元，包括成型缸、原料缸、成型工作台、上料工作台、刮刀；成型工作台安装在成型缸内做W1轴运动，上料工作台安装在原料缸内做W2轴运动，刮刀安装在刮刀运动槽内，刮刀刀刃与成型缸和原料缸上表面接触，做U轴运动。进一步的，被加工零件放置在3D打印单元的成型工作台上，以X、Y、Z、B、C轴为机床的基本运动轴，以X轴拖板、Y轴拖板、Z轴拖板、摆动臂、回转臂为运动部件，组成五轴联动立式激光加工中心机床结构；电主轴调用激光头为工具，利用X、Y、Z、B、C轴对应的运动部件的联动实现激光对被加工零件表面的热处理。更进一步的，电主轴调用切削工具，利用X、Y、Z、B、C五轴联动实现对3D打印单元工作区被加工零件表面的机械加工。更进一步的，利用3D打印单元为工作区，电主轴调用激光头为工具，移动X、Y、Z轴对应的X轴拖板、Y轴拖板、Z轴拖板实现激光头调用、移动和按照轮廓轨迹运动，移动W1轴对应的成型工作台实现3D打印分层，移动W2轴对应的上料工作台和U轴对应的刮刀实现供粉、铺粉，形成基于铺粉装置的激光烧结3D打印机床结构。更进一步的，电主轴在刀库中调用喷粉激光头；在3D打印单元工作区，利用与X、Y、Z轴对应的x轴拖板、Y轴拖板、Z轴拖板的运动实现喷粉激光头的调用、移动和按照轮廓轨迹运动，形成喷粉激光堆积3D打印机床结构。作为更进一步的，把激光器、光路系统和激光头更换为储丝器、进丝系统和熔丝头，在3D打印单元工作区，利用X、Y、Z轴对应的x轴拖板、Y轴拖板、Z轴拖板的移动实现熔丝头的调用、移动和按照轮廓轨迹运动，形成熔丝堆积3D打印机床结构。作为更进一步的，激光头、喷粉激光头、熔丝头固定装夹到刀柄上，一并安装在刀库中。本专利技术由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：1、一机多用。集成铣、钻、扩、镗、铰、攻丝等机械加工，激光切割、打孔、焊接、热处理、表面处理等激光加工以及3D打印等功能，做到单机床使用功能多样化。2、机床部件的重用。由X、Y、Z、B、C等五轴对应的运动部件组成五轴联动机床机构；由X、Y、Z、U、W1、W2轴对应的运动部件组成3D打印机床机构。充分利用X、Y、Z、B、C轴等运动机构、床身、刀库，最大程度上实现了机床机构的重用，实现机床占地空间的节约化。3、工艺集成。在主工作台上一次装夹零件，实现机械加工、激光加工等多种加工工艺集成；在3D打印单元上实现零件的分层熔融堆积成型、激光热处理、表面机械加工等工艺集成。4、自动化程度高。把激光头与刀柄安装在一起与其他标准刀具一并储存刀库中，实现机械加工、激光加工等多工艺的自动化换刀，实现了多工艺交替操作过程的自动化。附图说明本专利技术共有附图1幅：图1为一种多功能加工机床结构示意图。图中序号说明：1、床身，2、X轴拖板，3、Y轴拖板，4、立柱，5、Z轴拖板，6、回转臂，7、摆动臂，8、电主轴，9、刀柄，10、激光头，11、3D打印单元，12、原料缸，13，上料工作台，14、刮刀，15、刮刀运动槽，16、成型缸，17、成型工作台，18、主工作台，19、排屑器，20、激光器，21、光路系统，22、刀库。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。本申请机床X、Y、Z、B、C轴为机床的基本运动轴，W1轴为3D打印分层控制运动轴，W2轴和U轴为3D打印辅助运动轴。机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，即操作者面向床身1站立时，右手方向为X轴正方向，通过移动X轴拖板2实现；目视方向为Y轴正方向，通过移动Y轴拖板3实现；X、Y轴位于水平面内，与X、Y轴垂直且竖直向上方向为Z轴正方向，通过移动Z轴拖板5实现；旋转坐标轴B、C轴的正方向分别落在Y、Z轴的正方向上，且按照右手螺旋法则判定，分别通过围绕回转中心线OB、OC旋转摆动臂7、回转臂6实现B、C轴的回转运动。U、W1、W2轴为附加运动轴，U轴与X轴平行，通过移动安装在运动槽内的刮刀14实现U轴往复移动，W1、W2轴与Z轴平行，分别通过移动在成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能加工机床，其特征在于，包括：床身、X轴拖板、Y轴拖板、立柱、Z轴拖板、排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器和光路系统；所述X轴拖板安装在床身上做X轴往复运动，Y轴拖板置于X轴拖板上做Y轴往复运动，立柱固定在Y轴拖板上，Z轴拖板设置在立柱上做Z轴往复运动；主轴头安装在Z轴拖板上，主轴头下方设有主工作台，排屑器安装在主工作台下方，3D打印单元与主工作台相连，激光器穿过刀库使用光路系统与主轴头相连；所述排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器均设置在床身上。

【技术特征摘要】
1.一种多功能加工机床，其特征在于，包括：床身、X轴拖板、Y轴拖板、立柱、Z轴拖板、排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器和光路系统；所述X轴拖板安装在床身上做X轴往复运动，Y轴拖板置于X轴拖板上做Y轴往复运动，立柱固定在Y轴拖板上，Z轴拖板设置在立柱上做Z轴往复运动；主轴头安装在Z轴拖板上，主轴头下方设有主工作台，排屑器安装在主工作台下方，3D打印单元与主工作台相连，激光器穿过刀库使用光路系统与主轴头相连；所述排屑器、刀库、主工作台、3D打印单元、激光器均设置在床身上。2.根据权利要求1所述一种多功能加工机床，其特征在于，机床的X、Y、Z、B、C轴为机床基本运动轴，W1轴为3D打印分层控制运动轴，W2轴和U轴为3D打印辅助运动轴；机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，X、Y轴位于水平面内，与X、Y轴垂直且竖直向上方向为Z轴正方向；旋转坐标轴B、C轴的正方向分别落在Y、Z轴的正方向上，且按照右手螺旋法则判定，分别通过围绕回转中心线OB、OC旋转摆动臂、回转臂实现B、C轴的回转运动；U、W1、W2轴为附加运动轴，U轴与X轴平行，通过移动安装在运动槽内的刮刀实现U轴往复移动，W1、W2轴与Z轴平行，分别通过移动在成型缸、成型缸内成型工作台、上料工作台实现W1、W2轴的往复运动。3.根据权利要求2所述一种多功能加工机床，其特征在于，所述主轴头，包括回转臂、摆动臂、电主轴、刀柄、激光头；回转臂安装在Z轴拖板上，围绕回转轴心OC作C轴摆动；摆动臂安装在回转臂上，围绕回转轴心OB作B轴摆动，电主轴置于摆动臂上，刀柄安装在电主轴上，激光头设置在刀柄上。4.根据权利要求2所述一种多功能加工机床，其特征在于，所述3D打印单元，包括成型缸、原料缸、成型工作台、上料工作台、刮刀；成型工作台安装在成型缸内做W1轴运动，上料工作台安装在原料缸内做W2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元刚，吴蒙华，王珍，李晓鹏，贾卫平，王邦国，杨铎，刘安生，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21