一种激光增减材复合制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光增减材复合制造装置及方法。该装置包括减材系统、激光增材系统和控制系统；减材系统为五轴联动机床，激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；还包括监控系统，监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给控制系统。其制造方法是利用上述装置，进行增材、减材操作，重复上述操作直到加工合格。本方法具有成材率高、运行成本低等优点。

A laser adding and reducing material compound manufacturing device and method

The invention discloses a device and a method for compounding and manufacturing laser material. The device includes the material reducing system, the laser material increasing system and the control system, the material reducing system is the five axis linkage machine tool, the laser material adding system includes the laser device, the water cooling device and the powder material device. The control system is connected with the material system and the laser material increasing system respectively, and the monitoring system is also included, and the monitoring system passes the letter. The number is connected with the control system to acquire the image of the molten pool and the size parameters of the workpiece and transmit to the control system. The manufacturing method is to use the device to increase the material and reduce material operation, and repeat the operation until the processing is qualified. This method has the advantages of high yield and low running cost.

【技术实现步骤摘要】
一种激光增减材复合制造装置及方法
本专利技术属于精细加工制造
，具体涉及一种激光增减材复合制造装置及方法。
技术介绍
随着激光技术的不断深入应用，激光金属增材技术在国际上已是比较成熟的技术，可实现比较复杂的零件产品制造，然而增材表面精度不足，需要传统的机加减材实现，对于某些复杂曲面内侧且有较高精度要求的时候，在增材完成后，机加减材的刀具空间受限难以达到，无法实现内侧曲面的高精度要求，因此需要在受限空间形成前先减材加工一部分，再继续增材制造；与此同时，有些增材位置，传统三轴联动已难以满足，特殊曲面难以实现。而且，激光增材过程中，由于激光和载气送粉可能会出现波动，特别在精细增材过程中，会出现局部塌陷和缺失，影响增材质量，报废率较高；在减材过程中，由于材质和加工方式，可能出现加工引起的变形，影响后续增材。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种成材率高、运行成本低的激光增减材复合制造装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种激光增减材复合制造装置，包括减材系统、激光增材系统和控制系统；所述减材系统为五轴联动机床，包括床体、X/Y轴运动机构、A/B两轴变位机和Z轴运动机构；在所述X/Y轴运动机构上安装有夹持工装，用于夹持基材；所述X/Y轴运动机构位于所述床体的下部，其上安装有所述X/Y轴运动机构；所述Z轴运动机构位于所述X/Y轴运动机构的上方，且安装在所述床体的上部；所述激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，所述激光装置包括激光器和光学头，所述光学头安装在所述Z轴运动机构上，其头部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过光纤与所述激光器连接；所述水冷装置包括激光水冷机及其连接水管；所述粉料装置包括送粉器和送粉喷嘴，所述同轴送粉喷嘴安装在所述Z轴运动机构上，其嘴部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过送粉管路与所述送粉器连接；所述控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；还包括监控系统，所述监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给所述控制系统。进一步，所述控制系统包括中央处理器、数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器；所述中央处理器通过信号与所述监控系统连接，所述中央处理器分别与数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器通过信号连接；所述中央处理器用于接收熔池图像及工件尺寸参数与数据库服务器中的信息相比较，并向增材参数设定器和减材参数设定器分别发出增材参数设定指令和减材参数设定指令；所述增材参数设定器与所述激光增材系统连接，用于控制激光装置的激光的强度、光学头与所述工件的距离和角度以及粉料装置的供粉量；所述减材参数设定器与所述减材系统连接，用于控制五轴联动机床的加工。进一步，所述监控系统包括工业摄像机和光学扫描装置，所述工业摄像机用于获取熔池图像，所述光学扫描装置用于获取工件尺寸参数。进一步，在所述激光器上还安装有激光水冷机。进一步，所述五轴联动机床安装在封闭的机壳中，机壳内部通过管路与保护气供应装置连接，用以形成保护气气氛。进一步，所述五轴联动机床为五轴联动铣床，在Z轴运动机构的一侧设置有刀具库，用于放置和安装刀具。进一步，所述光学头和同轴送粉喷嘴通过推送装置与所述Z轴运动机构连接，所述推送装置用于带动所述光学头沿Z轴方向往复运动。进一步，所述光学头、推送装置和同轴送粉喷嘴的外部罩有保护箱。一种激光增减材复合制造方法，该方法基于上述激光增减材复合制造装置，具体包括以下步骤：S1增材操作：S11：根据零件的三维模型，生成增材制造区域的轨迹和指令代码，并导入中央处理器；S12:中央处理器根据指令代码，运行到熔覆初始位置，并开启送粉装置和保护气装置；S13：机床根据指令代码运行轨迹，激光装置同步开启，进行送粉式3D金属打印；S14:监控系统获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给中央处理器；S15:中央处理器将接收到的熔池图像及工件尺寸参数与模型比较，实时调整增材制造参数和机床运动参数来进行增材制造，实现闭环反馈，以控制激光装置的激光的强度、光学头15与所述工件的距离和角度以及粉料装置的供粉量，以完成增材操作；S2减材操作：S21：监控系统获取基材参数并传输给中央处理器；S22：中央处理器将接收到的工件参数与数据库服务器中的信息相比较，并向减材参数设定器发出减材参数设定指令；S23：五轴联动机床根据减材参数设定指令进行铣削加工；S3：重复步骤S1、S2，直到基材加工成设定尺寸和形状的零件。对于有环境要求的材质，在步骤S1前还包括前置步骤S1’：将机壳内充入保护气体，以形成特定的水氧保护环境。本专利技术可通过一次装夹，实现增、减材制造结构复杂、精度要求高的零件；五轴联动可实现复杂曲面的增减材制造。本专利技术实现对增材过程中熔池状态的监控，提高增材质量，降低报废率，节约了一定的成本。在加工过程中，可对增减材过程中的产品成型实时监控，及时调整增减材过程中参数，提高产品质量。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、根据不同产品的复杂程度，在激光增材制造过程中，适时地加入传统的减材机加制造，一边增材一边减材，在刀具受限空间形成干涉前完成所需的机加过程，实现复杂内部的高精度加工要求而传统加工方式无法实现该功能；同时采用五轴联动方式，可是实现复杂曲面的增、减材制造。2、在激光增材过程中，通过高清工业相机和图像处理，识别熔池形状，闭环控制系统根据熔池大小随时调整激光输出功率，以达到熔池形状一致，提高增材质量，减少浪费。3、在增减材过程中增加成型监控，当增材完成后，扫描检测增材成型部分，获得成型参数与理论设计程序对比，优化下一步减材加工路径和减材量；当减材完成后，扫描检测减材成型部分，获得成型参数与理论设计程序对比，检测是否有加工导致的变形，优化增材路径和增材量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的线框图。附图中：1—X/Y轴运动机构；2—A/B两轴变位机；3—保护箱；4—激光器；5—中控箱；6—送粉器；7—激光水冷机；8—操作面板；9—送粉管路；10—水气路控制盒；11—床体；12—光纤；13—送粉喷嘴；14—监控系统；15—光学头；16—推送装置；17—Z轴运动机构；18—刀具库。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。一种激光增减材复合制造装置，包括减材系统、激光增材系统和控制系统；所述减材系统为五轴联动机床，包括床体11、X/Y轴运动机构1、A/B两轴变位机2和Z轴运动机构17；在所述X/Y轴运动机构1上安装有夹持器，用于夹持基材；所述X/Y轴运动机构1位于所述床体11的下部，其上安装有所述X/Y轴运动机构1；所述Z轴运动机构17位于所述X/Y轴运动机构1的上方，且安装在所述床体11的上部；所述激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，所述激光装置包括激光器4和光学头15，所述光学头15安装在所述Z轴运动机构17上，其头部朝向所述X/Y轴运动机构1，其尾部通过光纤12与所述激光器4连接；所述粉料装置包括送粉器6和同轴送粉喷嘴13，所述同轴送粉喷嘴13安装在所述Z轴运动机构17上，其嘴部朝向所述X/Y轴运动机构1，其尾部通过送粉管路9与所述送粉器6连接；所述控制系统分别与所述减材系统和激光增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光增减材复合制造装置，包括减材系统、激光增材系统和控制系统；所述减材系统为五轴联动机床，包括床体、X/Y轴运动机构、A/B两轴变位机和Z轴运动机构；在所述X/Y轴运动机构上安装有夹持工装，用于夹持基材；所述X/Y轴运动机构位于所述床体的下部，其上安装有所述X/Y轴运动机构；所述Z轴运动机构位于所述X/Y轴运动机构的上方，且安装在所述床体的上部；所述激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，所述激光装置包括激光器和光学头，所述光学头安装在所述Z轴运动机构上，其头部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过光纤与所述激光器连接；所述水冷装置包括激光水冷机及其连接水管；所述粉料装置包括送粉器和送粉喷嘴，所述同轴送粉喷嘴安装在所述Z轴运动机构上，其嘴部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过送粉管路与所述送粉器连接；所述控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；其特征在于，还包括监控系统，所述监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给所述控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种激光增减材复合制造装置，包括减材系统、激光增材系统和控制系统；所述减材系统为五轴联动机床，包括床体、X/Y轴运动机构、A/B两轴变位机和Z轴运动机构；在所述X/Y轴运动机构上安装有夹持工装，用于夹持基材；所述X/Y轴运动机构位于所述床体的下部，其上安装有所述X/Y轴运动机构；所述Z轴运动机构位于所述X/Y轴运动机构的上方，且安装在所述床体的上部；所述激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，所述激光装置包括激光器和光学头，所述光学头安装在所述Z轴运动机构上，其头部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过光纤与所述激光器连接；所述水冷装置包括激光水冷机及其连接水管；所述粉料装置包括送粉器和送粉喷嘴，所述同轴送粉喷嘴安装在所述Z轴运动机构上，其嘴部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过送粉管路与所述送粉器连接；所述控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；其特征在于，还包括监控系统，所述监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给所述控制系统。2.根据权利要求1所述激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述控制系统包括中央处理器、数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器；所述中央处理器通过信号与所述监控系统连接，所述中央处理器分别与数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器通过信号连接；所述中央处理器用于接收熔池图像及工件尺寸参数与数据库服务器中的信息相比较，并向增材参数设定器和减材参数设定器分别发出增材参数设定指令和减材参数设定指令；所述增材参数设定器与所述激光增材系统连接，用于控制激光装置的激光的强度、光学头与所述工件的距离和角度以及粉料装置的供粉量；所述减材参数设定器与所述减材系统连接，用于控制五轴联动机床的加工。3.根据权利要求1所述激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述监控系统包括工业摄像机和光学扫描装置，所述工业摄像机用于获取熔池图像，所述光学扫描装置用于获取工件尺寸参数。4.根据权利要求1所述激光增减材复合制造装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐欢，黄斌彧，杨波，李先锋，蔡国双，
申请(专利权)人：南京辉锐光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32