一种激光复合制造设备及复杂零件的加工方法技术

本发明专利技术涉及一种激光复合制造设备，包括机床以及安装在所述机床上的三维移动机构、加工主轴、用于放置激光工具的摆臂机构、装有切削刀具的刀库部件以及用于固定零件的数控转台，所述加工主轴安装在三维移动机构上，所述数控转台位于加工主轴的下方，所述摆臂机构将激光工具送至指定位置，所述三维移动机构驱动加工主轴移动到指定位置，抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工；其中，激光工具包括激光3D打印头、激光切割头以及激光焊接头中的任意一种。在一台设备上不仅可以进行激光3D打印、激光切割、激光焊接，同时还可以进行金属切削加工，使零件一次成型，大大提高了零件的加工制造效率。

Laser composite manufacturing equipment and processing method of complex parts

The invention relates to a laser hybrid manufacturing equipment, including machines and installed in the machine tool on the three-dimensional moving mechanism, machining spindle, laser tools for swing arm mechanism, a cutting tool knife for CNC parts and fixed parts of the turntable, and the main shaft is installed on a three-dimensional moving mechanism, the the NC rotary table is located below the machining spindle, the swing arm mechanism of the laser tools sent to the designated location, the three-dimensional moving mechanism drives the spindle moves to the specified location, capture tools or tool parts of laser printing or parts processing; wherein, laser tools include 3D laser printing head, laser cutting head and laser welding at the head of A. In a device, not only can laser 3D printing, laser cutting, laser welding, but also can be metal cutting processing, so that parts of a molding, greatly improving the processing efficiency of the parts.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种激光复合制造设备及复杂零件的加工方法。
技术介绍
在航天科技、轨道交通、汽车工业、精密模具等领域，对具有复杂曲面和腔体的高精度零部件的需求越来越高，单纯的机械加工以及精密铸造等传统工艺已经无法满足这些零部件的结构及精度要求，虽然3D打印技术能够对具有复杂结构的零件进行打印成型，但是零件的尺寸精度和表面粗糙度也均满足不了要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种激光复合制造设备及复杂零件的加工方法，不仅可以进行激光3D打印，同时还可以进行金属切削加工。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光复合制造设备，包括机床以及安装在所述机床上的三维移动机构、加工主轴、用于放置激光工具的摆臂机构、装有切削刀具的刀库部件以及用于固定零件的数控转台，所述加工主轴安装在三维移动机构上，所述数控转台位于加工主轴的下方，所述摆臂机构将激光工具送至指定位置，所述三维移动机构驱动加工主轴移动到指定位置，抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工；其中，激光工具包括激光3D打印头、激光切割头以及激光焊接头中的任意一种。进一步地，所述刀库和摆臂机构分别设置在所述加工主轴两侧，所述摆臂结构安装在所述机床上，所述激光工具卡设在摆臂结构上；所述摆臂结构包括固定座、转轴、带伸缩杆的气缸以及摆臂，所述固定座安装在所述机床上，所述摆臂的一端通过转轴可转动的安装在固定座上，所述激光工具卡设在摆臂的另一端，所述气缸安装在固定座上，其伸缩杆与摆臂活动连接，所述气缸通过伸缩杆的伸缩推动摆臂绕转轴摆动。进一步地，所述摆臂结构还包括定位组件，所述定位组件包括相互配合的凸块和凹块，所述凸块安装在所述激光工具上，所述凹块安装在所述摆臂上；或所述凸块安装在所述摆臂上，所述凹块安装在所述激光工具上。进一步地，所述加工主轴包括用于安装激光工具或刀具的旋转主轴、主轴座和主轴电机，所述主轴座安装在所述三维移动机构上，所述旋转主轴安装在主轴座上，所述主轴电机安装在主轴座上，并与旋转主轴传动连接，所述主轴电机驱动旋转主轴转动。进一步地，所述主轴座和所述机床采用高强度铸铁制成。进一步地，数控转台包括固定架、C轴电机、A轴转轴、A轴电机以及工作台，固定架安装在机床上，A轴转轴可转动的安装在固定架上，所述C轴电机安装在A轴转轴上，所述C轴电机的转轴与A轴转轴相互垂直，所述工作台安装在C轴电机的转轴上，所述A轴电机与A轴转轴连接，并驱动A轴转轴转动。进一步地，所述三维移动机构包括X轴移动结构、Y轴移动结构以及Z轴移动结构，所述X轴移动结构安装在所述机床上，所述Y轴移动结构安装在X轴移动结构上，所述Z轴移动结构安装在Y轴移动结构上，所述加工主轴安装在Z轴移动结构上，其中Z轴移动结构移动的方向为加工主轴的轴线方向；所述X轴移动结构包括底座、滑轨、滑动板、伺服电机以及丝杆，所述底座安装在所述机床上，所述滑轨安装在底座上，所述滑动板可滑动的安装在滑轨上，所述伺服电机和丝杆均安装在底座上，所述滑动板与丝杆螺纹连接，所述伺服电机驱动丝杆转动，进而带动滑动板往返移动，所述Y轴移动结构安装在滑动板上。本专利技术还提供一种复杂零件的加工方法，用上述激光复合制造设备对复杂零件进行加工，激光工具选用激光3D打印头，包括以下步骤：S1、对于高精度、复杂零件，根据零件大小选择相对应的打印基板，将打印基板安装在数控转台上；S2、首先将零件按序分成若干个部分，采取分段式加工；S3、加工主轴抓取激光3D打印头对于第一个部分进行3D打印；S4、打印完第一部分后，加工主轴卸下激光3D打印头，去抓取刀具，再对第一部分进行机械加工；S5、达到要求后，再重复步骤S2和S3进行零件下一部分的打印和机械加工，直到整个零件加工完成。进一步地，所述步骤S3中还包括以下步骤：摆臂机构先将激光3D打印头运送到指定位置，加工主轴运动到该位置抓取激光3D打印头，加工主轴拖动激光3D打印头移动到打印基板上。进一步地，所述步骤S3还具体包括以下步骤：激光3D打印头上的熔覆模块将粉末均匀连续分为四路射到打印基板上，在打印基板上汇聚到一点，该点为送粉焦点；激光3D打印头上的激光头在打印基板上形成一个光斑，该光斑与送粉焦点完全重合，开始烧结粉末；然后加工主轴按照设定程序开始移动，同时拖动激光3D打印头移动，在打印基板上逐渐形成所设计的零件。与现有技术相比，本专利技术的一种激光复合制造设备，通过加工主轴抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工，同时通过三维移动机构和数控转台配合加工主轴加工出所需的曲面或平面。在一台设备上不仅可以进行激光3D打印、激光切割、激光焊接，同时还可以进行金属切削加工，使零件一次成型，大大提高了零件的加工制造效率。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术提供的激光复合制造设备的结构示意图；图2是图1中摆臂结构的示意图图；图3是图1中加工主轴的结构示意图；图4是图1中X轴移动结构示意图。具体实施方式现结合附图，对本专利技术的较佳实施例作详细说明。如图1所示，在图1中建立X轴、Y轴、Z轴三维坐标系，便于描述方向。本专利技术提供一种激光复合制造设备，包括机床100以及安装在机床100上的三维移动机构200、加工主轴300、用于放置激光工具的摆臂机构400、装有切削刀具的刀库部件500以及用于固定零件的数控转台600。加工主轴300安装在三维移动机构200上，数控转台600位于加工主轴300的下方，摆臂机构将激光工具送至指定位置，所述三维移动机构200驱动加工主轴300移动到指定位置，抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工；其中激光工具包括激光3D打印头410、激光切割头以及激光焊接头中的任意一种。这样在一台设备上不仅可以进行激光3D打印、激光切割、激光焊接，同时还可以进行金属切削加工，使零件一次成型，大大提高了零件的加工制造效率。在本实施例中，刀库部件500和激光3D打印机构400分别设置在加工主轴300两侧，摆臂结构400安装在机床100上，激光工具卡设在摆臂结构400上，便于加工主轴300的抓取。如图2所示，摆臂结构400包括固定座421、转轴422、带伸缩杆的气缸423以及摆臂424，固定座421安装在机床100上，摆臂424的一端通过转轴422可转动的安装在固定座421上，激光工具卡设在摆臂424的另一端，气缸423安装在固定座421上，其伸缩杆与摆臂424活动连接，气缸423通过伸缩杆的伸缩推动摆臂424绕转轴422摆动。在加工主轴300抓取激光工具前，摆臂结构400先将激光工具摆送到加工主轴300指定位置，然后三维移动机构200驱动加工主轴300移动到指定位置，抓取激光工具。通过摆臂结构400既能方便加工主轴300抓取激光工具，又能有效避免激光工具妨碍加工主轴300移动。具体地，摆臂结构400还包括定位组件，定位组件包括相互配合的凸块425a和凹块425b。凸块425a安装在激光工具上，凹块425b安装在摆臂424上；或凸块425a安装在摆臂424上，凹块425b安装在激光工具上。在本实施例中，激光工具选择激光3D打印头410，凸块425a安装在激光3D打印头410上，凹块425b安装在摆臂424上。当激光3D打印头410使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光复合制造设备，其特征在于，包括机床以及安装在所述机床上的三维移动机构、加工主轴、用于放置激光工具的摆臂机构、装有切削刀具的刀库部件以及用于固定零件的数控转台，所述加工主轴安装在三维移动机构上，所述数控转台位于加工主轴的下方，所述摆臂机构将激光工具送至指定位置，所述三维移动机构驱动加工主轴移动到指定位置，抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工；其中，激光工具包括激光3D打印头、激光切割头以及激光焊接头中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种激光复合制造设备，其特征在于，包括机床以及安装在所述机床上的三维移动机构、加工主轴、用于放置激光工具的摆臂机构、装有切削刀具的刀库部件以及用于固定零件的数控转台，所述加工主轴安装在三维移动机构上，所述数控转台位于加工主轴的下方，所述摆臂机构将激光工具送至指定位置，所述三维移动机构驱动加工主轴移动到指定位置，抓取激光工具或刀具进行零件打印或零件加工；其中，激光工具包括激光3D打印头、激光切割头以及激光焊接头中的任意一种。2.根据权利要求1所述的激光复合制造设备，其特征在于，所述刀库和摆臂机构分别设置在所述加工主轴两侧，所述摆臂结构安装在所述机床上，所述激光工具卡设在摆臂结构上；所述摆臂结构包括固定座、转轴、带伸缩杆的气缸以及摆臂，所述固定座安装在所述机床上，所述摆臂的一端通过转轴可转动的安装在固定座上，所述激光工具卡设在摆臂的另一端，所述气缸安装在固定座上，其伸缩杆与摆臂活动连接，所述气缸通过伸缩杆的伸缩推动摆臂绕转轴摆动。3.根据权利要求2所述的激光复合制造设备，其特征在于，所述摆臂结构还包括定位组件，所述定位组件包括相互配合的凸块和凹块，所述凸块安装在所述激光工具上，所述凹块安装在所述摆臂上；或所述凸块安装在所述摆臂上，所述凹块安装在所述激光工具上。4.根据权利要求1所述的激光复合制造设备，其特征在于，所述加工主轴包括用于安装激光工具或刀具的旋转主轴、主轴座和主轴电机，所述主轴座安装在所述三维移动机构上，所述旋转主轴安装在主轴座上，所述主轴电机安装在主轴座上，并与旋转主轴传动连接，所述主轴电机驱动旋转主轴转动。5.根据权利要求4所述的激光复合制造设备，其特征在于，所述主轴座和所述机床采用高强度铸铁制成。6.根据权利要求1所述的激光复合制造设备，其特征在于，数控转台包括固定架、C轴电机、A轴转轴、A轴电机以及工作台，固定架安装在机床上，A轴转轴可转动的安装在固定架上，所述C轴电机安装在A轴转轴上，所述C轴电机的转轴与A轴转轴相互垂直，所述工作台安装在C轴电机的转轴上，所述A轴电机与A轴转轴连接，并驱动A轴转轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：代瑞辉，潘佐梅，赵斌，唐景龙，陈根余，陈燚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44