一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于增减材复合制造领域，具体涉及一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置。本装置由激光熔覆头、激光熔覆头Z向运动机构、微细砂轮、回转B轴、磨削头Z向运动机构、床身、成形零件、第一供粉箱、第一粉末回收箱、第二粉末回收箱、粉末除尘机、基板、升降台、Y向运动平台、X向运动平台、机床底座、成形腔室、保护气源、粉末回收箱、铺粉轮、第二供粉箱、控制柜、机床防护罩等组成。在一种装置上集成增材制造和减材制造两种加工方法，进行原位复合制造，既能克服单纯的增材制造技术在尺寸精度和表面质量等方面的缺陷，也可以克服磨削加工对零部件复杂程度等方面的制约，有望实现各类复杂金属零件的高效精密激光增材制造。

【技术实现步骤摘要】
一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置
本技术属于增减材复合制造领域，具体涉及一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置。
技术介绍
(1)选区激光熔覆技术(SLM)属于增材制造，与传统的材料去除和受迫变形加工方式相比，能够制造任意复杂结构、近乎致密的金属零件，适用于制造带内流道、内型腔、多孔、薄壁件等复杂扭曲曲面和异形封闭型腔的零件，有很好的应用前景。经激光熔覆后的金属零件存在表面粗糙度过大，成形精度较低，成形后的零件内腔、异形孔、复杂曲面容易形成加工死角和盲区，无法进行后续加工或处理，不但影响金属零件的成形精度和使用性能，而且限制了选区激光熔覆方法的进一步推广应用。(2)为了充分利用增材制造的优点，避免其缺点，将增材制造技术与减材制造技术相结合的增减材复合制造已经引起人们的重视。磨削作为现代机械制造行业重要的精密加工工艺方法，具有加工精度高、生产效率高、柔性好等优点，是加工高精度零件必不可少的终端工序。与其他切削加工方式相比，磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。(3)本专利技术采用一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，对于基于分层制造的增材制造方法来说，可以在其分层成形的基础上进行原位复合磨削成形层的内外表面，不但可以改善成形零件的精度和表面粗糙度，而且与选区激光熔覆方法结合在一起，可制造很复杂的金属零件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，利用选区激光熔覆，实现金属零件的分层增材制造，然后利用磨削方法，实现熔覆成形层内外表面的原位磨削，该装置复合两种制造方法，实现金属零件的原位增减材制造，不但可以制造很复杂的金属零件，而且能保证成形零件的尺寸精度和表面粗糙度，可克服现有激光熔覆技术加工金属零件的质量不足。为实现本专利技术目的采用的技术方案：提供一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，装置由激光熔覆头、激光熔覆头Z向运动机构、微细砂轮、回转B轴、磨削头Z向运动机构、床身、成形零件、第一供粉箱、第一粉末回收箱、第二粉末回收箱、粉末除尘机、基板、升降台、Y向运动平台、X向运动平台、机床底座、成形腔室、保护气源、粉末回收箱、铺粉轮、第二供粉箱、控制柜、机床防护罩等组成。其工作流程如下：(1)建立实体零件的几何模型，控制系统规划选区激光熔覆成形的扫描路径。(2)对成形腔室充入保护气体，利用粉末摊铺系统在成形区域铺覆一层粉末，利用选区激光快速成形的激光扫描熔覆待成形层未料，进行零件该层的结构成形。(3)控制系统识别需要施加磨削加工的已成形层部位，结合实体零件的几何模型，规划并生成原位磨削加工的磨削路径。(4)利用磨削减材系统利对选区激光熔覆成形层进行原位磨削，在增材制造成形层基础上磨削去除成形层内外表面余量，改善该熔覆层的表面粗糙度及几何精度。(5)将成形基板降低一层粉末厚度，重复步骤(2)、(3)、(4)直至获得最终的三维实体零件。本专利技术所提供的一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，与现有技术相比，主要特点和效果在于：1.在一种装置上集成增材制造和减材制造两种加工方法，可以对激光熔覆增材成形的零件进行磨削原位减材制造，不但可以制造很复杂的金属零件，而且能保证成形零件的尺寸精度和表面粗糙度。2.能够对激光熔覆成形零件的加工死角和盲区进行原位磨削，解决了后续加工工序加工困难或者无法加工的难题。3、装置只需对现有激光熔覆装置进行简单改造即可，结构可靠，布局合理，增加的成本较低，同时也提高了经济效益。附图说明图1为本专利技术一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置示意图。图中：1激光熔覆头；2激光熔覆头Z向运动机构；3微细砂轮；4回转B轴；5磨削头Z向运动机构；6床身；7成形零件；8第一供粉箱；9第一粉末回收箱；10粉末除尘机；11基板；12升降台；13Y向运动平台；14X向运动平台；15机床底座；16成形腔室；17保护气源；18第二粉末回收箱；19铺粉轮；20第二供粉箱；21控制柜；22机床防护罩。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。参阅图1，本专利技术提出的一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，由激光熔覆头1、激光熔覆头Z向运动机构2、微细砂轮3、回转B轴4、磨削头Z向运动机构5、床身6、成形零件7、第一供粉箱8、第一粉末回收箱9、粉末除尘机10、基板11、升降台12、Y向运动平台13、X向运动平台14、机床底座15、成形腔室16、保护气源17、第二粉末回收箱18、铺粉轮19、第二供粉箱20、控制柜21、机床防护罩22组成。本专利技术采用一体式布局，结构紧凑，适用于金属零件的激光熔覆和磨削加工原位复合制造，实现金属零件的一体化制造。参阅图1，激光熔覆头1安装于激光熔覆头Z向运动机构2上，激光熔覆头Z向运动机构2可相对于床身6做Z向运动，与升降台12、Y向运动平台13及X向运动平台14一起实现金属零件的分层熔覆功能。参阅图1，微细砂轮3位于回转B轴4上，回转B轴4安装于磨削头Z向运动机构5上，磨削头Z向运动机构5可相对于床身6做Z向运动，与升降台12、Y向运动平台13及X向运动平台14一起实现金属零件的熔覆层的内外侧磨削加工功能，回转B轴4可实现复杂曲面的磨削功能。参阅图1，激光熔覆系统(主要含激光熔覆头1和激光熔覆头Z向运动机构2)和磨削系统(主要含微细砂轮3、回转B轴4和磨削头Z向运动机构5)分别位于床身6上方，并列布置，共用一套水平面的运动平台系统(主要含升降台12、Y向运动平台13和X向运动平台14)，通过激光熔覆一层，磨削加工一层，实现金属零件的激光熔覆和磨削原位复合制造功能。参阅图1，第一供粉箱8和第二供粉箱20位于成形腔室16两端上方，铺粉轮19在成形腔室16内实现均匀成铺粉功能，第一粉末回收箱9和第二粉末回收箱18位于成形腔室16的两侧，铺粉轮19同时把多余的粉未送回第一粉末回收箱9和第二粉末回收箱18。参阅图1，控制柜21对激光熔覆头Z向运动机构2、磨削头Z向运动机构5、回转B轴4、升降台12、Y向运动平台13和X向运动平台14进行数控控制，机床底座15起支撑作用，机床防护罩22、粉末除尘机10和保护气源17为激光熔覆和磨削原位复合制造提供必要的工作条件。以下结合典型金属零件的选区激光熔覆与磨削原位复合制造过程对本专利技术做充分说明：(1)把待成形零件7的CAD模型输入控制系统21，根据成形零件7模型的分层轮廓信息，分别规划并生成零件每一层的激光熔覆与磨削加工的路径；(2)成形腔室16抽真空，保护气源17对成形腔室16充惰性气体；(3)位于成形腔室16上方的第一供粉箱8和第二供粉箱20供粉，铺粉轮19在基板11上均匀铺置金属粉末层，同时把多余的粉未送回位于成形腔室16两侧的第一粉末回收箱9和第二粉末回收箱18，粉末除尘机10进行除尘；(4)控制柜21控制激光熔覆头Z向运动机构2、Y向运动平台13和X向运动平台14联动，使激光熔覆头1沿生成的扫描路径依次对金属粉末摊铺层实施激光选区熔化,进行零件该层的结构成形；(5)当选区激光熔覆一层金属层粉末之后，控制柜21控制磨削头Z向运动机构5、Y向运动平台13、X向运动平台14、微细砂轮3和回转B轴4，使微细砂轮3沿控制系统生成的磨削路径对零件的已成形层进行原位磨削减材加工；(6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，其特征在于：本装置由床身(6)、安装床身(6)上的激光熔覆头Z向运动机构(2)和磨削头Z向运动机构(5)、安装于激光熔覆头Z向运动机构(2)的激光熔覆头(1)、安装于磨削头Z向运动机构(5)上的微细砂轮(3)和回转B轴(4)、机床底座(15)、安装于机床底座(15)上的Y向运动平台(13)和X向运动平台(14)、成形腔室(16)、安装于成形腔室(16)内的基板(11)和升降台(12)、位于成形腔室(16)上方的第一供粉箱(8)和第二供粉箱(20)、位于成形腔室(16)两侧的第一粉末回收箱(9)和第二粉末回收箱(18)、铺粉轮(19)、粉末除尘机(10)、保护气源(17)、控制柜(21)、机床防护罩(22)组成。

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔覆与磨削原位复合制造装置，其特征在于：本装置由床身(6)、安装床身(6)上的激光熔覆头Z向运动机构(2)和磨削头Z向运动机构(5)、安装于激光熔覆头Z向运动机构(2)的激光熔覆头(1)、安装于磨削头Z向运动机构(5)上的微细砂轮(3)和回转B轴(4)、机床底座(15)、安装于机床底座(15)上的Y向运动平台(13)和X向运动平台(14)、成形腔室(16)、安装于成形腔室(16)内的基板(11)和升降台(12)、位于成形腔室(16)上方的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：余剑武，张亚飞，罗红，仝瑞庆，陆岳托，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43