一种增减材复合制造设备及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种增减材复合制造设备及制造方法。本发明专利技术将增材区和减材区利用工件切换区进行分割，确保了增、减材气氛环境互不干扰，并且工位切换区实现了工件的自动切换，不仅提高了设备的加工效率，同时避免了工件切换对增材单元气氛环境的不良影响，提高了增材制造的工艺稳定性。该设备主要结构包括增材区、减材区以及工件切换区；增材区包括第一密封舱、第一气氛调节系统以及设置在第一密封舱内用于对工件进行增材处理的增材单元；减材区包括用于对工件进行减材处理的减材单元；减材单元位于空气环境中；工件切换区包括第二密封舱、第二气氛调节系统以及设置在第二密封舱内的用于将工件在增材单元和减材单元之间相互传输的托盘式交换台。

A kind of composite manufacturing equipment and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种增减材复合制造设备及制造方法
本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种增减材复合制造设备及制造方法。
技术介绍
增材制造技术是通过材料的有序累加或堆积形成三维实体，因其材料利用率高、可实现复杂零部件的一体化成形等优势，增材制造技术，尤其金属增材制造技术已步入了航空航天、核能、海洋工程、汽车工程等领域的工业应用阶段。但是，金属增材制造技术主要通过高温液态金属(如激光金属沉积技术、电弧增材制造技术等)的熔池作为“基本点”，由点到线、到面再到体的过程，成型零件尺寸精度和表面质量偏低成为必然结果。目前，提出的增减材的复合制造方法将两者优势相结合，既能成形各种复杂结构，又能保证产品表面质量与尺寸精度。然而，现有的增减材的复合制造设备的增材和减材功能均在同一工位完成，同一工位执行增材和减材两个工艺过程存在以下问题：对于易氧化材料，如钛合金、高温合金等，低水低氧的高纯度惰性气氛直接影响增材制造制件的材料性能。增材制造毛坯体进行减材时，为保证表面质量，常采用切削液冷却刀具和被加工面。而切削液含水量高，切削液的使用破坏了增材制造惰性气氛，气氛的重新构建耗时长，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种增减材复合制造设备，采用增材工艺和减材工艺分区域进行，确保了增、减材气氛环境互不干扰，工位切换区实现了工件的自动切换，不仅提高了设备的加工效率，同时避免了工件切换对增材单元气氛环境的不良影响，提高了增材制造的工艺稳定性。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供一种增减材复合制造设备，包括增材区、减材区以及工件切换区；增材区包括第一密封舱、第一气氛调节系统以及设置在第一密封舱内用于对工件进行增材处理的增材单元；减材区包括用于对工件进行减材处理的减材单元；减材单元位于空气环境中；工件切换区包括第二密封舱、第二气氛调节系统以及设置在第二密封舱内的用于将工件在增材单元和减材单元之间相互传输的托盘式交换台；第一气氛调节系统用于保持第一密封舱内的气氛环境始终处于惰性气体保护环境；第二气氛调节系统用于实现第二密封舱内的气氛环境在惰性气体保护环境和空气环境两种状态下快速切换；第一密封舱和第二密封舱之间、第二密封舱与减材区之间均设置有密封舱门。优选的，为了使得惰性气氛环境建立时间更短，进一步提高设备的工作效率，上述第一密封舱的容积大于第二密封舱的容积。进一步地，为了提高设备的利用率，该设备还包括工件暂存区；工件暂存区包括至少一个暂存单元；第二密封舱与工件暂存区之间设置有密封舱门。进一步地，所述托盘式交换台包括一级平移组件、旋转组件、升降组件、二级平移组件以及拾取组件；一级平移组件采用齿轮-齿条啮合传动，结合滑块-导轨副，实现旋转组件、二级平移组件以及托盘组件的平移运动。其具体结构是：一级平移组件包括第一直线导轨副、第一齿条、第一齿轮、底座以及第一驱动电机；底座安装在第一直线导轨副的滑块上方，第一齿条与第一直线导轨副平行设置；底座的侧方设置第一驱动电机，第一驱动电机的输出端上安装第一齿轮，第一齿轮与第一齿条相啮合；旋转组件采用齿轮-齿轮啮合传动，实现二级平移组件和托盘组件的旋转运动。其具体结构是：旋转组件包括推力轴承、旋转齿轮、上端齿盘、下端齿盘、转接法兰、导柱、第二驱动电机以及第二齿轮；推力轴承固定在底座上方，旋转齿轮安装在推力轴承上；在旋转齿轮上方依次设置下端齿盘、上端齿盘以及转接法兰；下端齿盘、上端齿盘相接触的表面沿圆周方向均匀布置有定位齿(实际上上端齿盘和下端齿盘均为端面齿轮，通过两个端面齿轮的配合，确保了周向定位的精度)；导柱沿圆周方向均匀设置有多个，导柱的一端固定在转接法兰上，另一端依次穿过上端齿盘、下端齿盘以及旋转齿轮后向外延伸；第二驱动电机设置在底座的侧方，第二驱动电机的输出端安装第二齿轮，第二齿轮与旋转齿轮相啮合；升降组件采用液压缸-活塞，实现二级平移组件和托盘组件的升降动作。其具体结构是：升降组件包括液压缸、撞块；所述底座中心位置设置有安装液压缸的空腔，所述旋转齿轮、上端齿盘、下端齿盘的中心位置均开设有中心通孔；撞块的一端固定在转接法兰上，另一端插装在转接法兰的中心通孔内；液压缸固定在所述空腔内，且液压缸的活塞杆依次穿过旋转齿轮、下端齿盘以及上端齿盘与所述撞块接触；二级平移组件包括导轨架、第二直线导轨副、滚珠丝杠副以及第三驱动电机；导轨架固定在转接法兰上，第二直线导轨副以及滚珠丝杠副固定在导轨架上，第三驱动电机驱动滚珠丝杠副，从而带动第二直线导轨副的滑块移动；拾取组件包括夹具定位托盘以及叉盘；叉盘安装在第二直线导轨副的滑块上，叉盘上开设有U字形缺口，夹具定位托盘放置在叉盘上且位于U字形缺口上方。进一步地，上述第一气氛调节系统包括惰性气体源、循环管道、排气管道、过滤器、风机、净化柱、压力传感器、水含量传感器以及氧含量传感器；压力传感器、水含量传感器以及氧含量传感器安装在第一密封舱上；惰性气体源与第一密封舱连通；循环管道的两端均与第一密封舱连通，在循环管道上沿着气体的流向依次设置有过滤器、风机以及净化柱；排气管道一端与第一密封舱连接，另一端与外界环境连通；所述第二气氛调节系统和第一气氛调节系统的结构相同。其工作原理是：当需要的气氛环境为惰性气体环境时需两步：第一步，关闭循环管道的气体出/入口，打开排气管道，惰性气体源向第一密封舱或第二密封舱内注入惰性气体，直至压力传感器、水含量传感器以及氧含量传感器所显示数据达到初级惰性气体环境，关闭排气管道和惰性气体源；第二步，打开循环管道的气体出/入口，打开风机，密封舱内惰性气体环境开始循环，经过净化柱净化，直至压力传感器、水含量传感器以及氧含量传感器所显示数据达到完全惰性气体环境。当需要的气氛环境为空气环境时：打开排气管道，外界空气与第一密封舱或第二密封舱内惰性气体对流扩散，直至压力传感器、水含量传感器以及氧含量传感器所显示数据达到所需的空气环境。进一步地，上述增材单元包括数控加工中心、激光熔覆头、定位底盘以及定位锥；所述激光熔覆头安装在数控加工中心的滑枕上，定位底盘安装在数控加工中心的工作台上，定位锥安装在定位底盘上；激光熔覆头选用同轴送粉喷头或光内送粉喷头。进一步地，上述减材单元包括数控加工中心、工件检测头、定位底盘以及定位锥；定位底盘安装在数控加工中心的工作台上，定位锥安装在定位底盘上；工件检测头用检测工件是否满足要求。进一步地，上述暂存单元包括支撑架以及设置在支撑架上方的托盘组件，托盘组件包括定位底盘、定位锥以及夹具定位托盘；定位底盘固定安装在所述支撑架上，夹具定位托盘位于定位底盘上方且通过定位锥进行连接和定位。进一步地，上述减材单元内设有排屑装置与冷却装置，所述增材单元内设有用于金属粉末回收的粉末回收装置。基于上述对增减材复合制造设备结构的描述，现对采用该设备进行工件的增减材复合制造方法进行说明，具体包括以下步骤：【本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增减材复合制造设备，其特征在于：/n包括增材区(01)、减材区(03)以及工件切换区(02)；/n增材区(01)包括第一密封舱(011)、第一气氛调节系统(012)以及设置在第一密封舱(011)内用于对工件进行增材处理的增材单元(1)；/n减材区(03)包括用于对工件进行减材处理的减材单元(3)；减材单元(3)位于空气环境中；/n工件切换区(02)包括第二密封舱(021)、第二气氛调节系统(022)以及设置在第二密封舱(021)内的用于将工件在增材单元(1)和减材单元(3)之间相互传输的托盘式交换台(2)；/n第一气氛调节系统(012)用于保持第一密封舱(011)内的气氛环境始终处于惰性气体保护环境；第二气氛调节系统(022)用于实现第二密封舱(021)内的气氛环境在惰性气体保护环境和空气环境两种状态下快速切换；/n第一密封舱(011)和第二密封舱(021)之间、第二密封舱(021)与减材区(03)之间均设置有密封舱门(05)。/n

【技术特征摘要】
1.一种增减材复合制造设备，其特征在于：
包括增材区(01)、减材区(03)以及工件切换区(02)；
增材区(01)包括第一密封舱(011)、第一气氛调节系统(012)以及设置在第一密封舱(011)内用于对工件进行增材处理的增材单元(1)；
减材区(03)包括用于对工件进行减材处理的减材单元(3)；减材单元(3)位于空气环境中；
工件切换区(02)包括第二密封舱(021)、第二气氛调节系统(022)以及设置在第二密封舱(021)内的用于将工件在增材单元(1)和减材单元(3)之间相互传输的托盘式交换台(2)；
第一气氛调节系统(012)用于保持第一密封舱(011)内的气氛环境始终处于惰性气体保护环境；第二气氛调节系统(022)用于实现第二密封舱(021)内的气氛环境在惰性气体保护环境和空气环境两种状态下快速切换；
第一密封舱(011)和第二密封舱(021)之间、第二密封舱(021)与减材区(03)之间均设置有密封舱门(05)。


2.根据权利要求1所述的增减材复合制造设备，其特征在于：还包括工件暂存区(04)；工件暂存区(04)包括至少一个暂存单元(4)；第二密封舱(021)与工件暂存区(04)之间设置有密封舱门(05)。


3.根据权利要求1或2所述的增减材复合制造设备，其特征在于：所述托盘式交换台(2)包括一级平移组件(21)、旋转组件(22)、升降组件(23)、二级平移组件(24)以及拾取组件(25)；
一级平移组件(21)包括第一直线导轨副(211)、第一齿条(212)、第一齿轮(213)、底座(214)以及第一驱动电机(215)；底座(214)安装在第一直线导轨副(211)的滑块上方，第一齿条(212)与第一直线导轨副(211)平行设置；底座(214)的侧方设置第一驱动电机(215)，第一驱动电机(215)的输出端上安装第一齿轮(213)，第一齿轮(213)与第一齿条(212)相啮合；
旋转组件(22)包括推力轴承(221)、旋转齿轮(222)、上端齿盘(223)、下端齿盘(224)、转接法兰(225)、导柱(226)、第二驱动电机(227)以及第二齿轮(228)；
推力轴承(221)固定在底座(214)上方，旋转齿轮(222)安装在推力轴承(221)上；在旋转齿轮(222)上方依次设置下端齿盘(224)、上端齿盘(223)以及转接法兰(225)；下端齿盘(224)、上端齿盘(223)相接触的表面沿圆周方向均匀布置有定位齿；导柱(226)沿圆周方向均匀设置有多个，导柱(226)的一端固定在转接法兰(225)上，另一端依次穿过上端齿盘(223)、下端齿盘(224)以及旋转齿轮(222)后向外延伸；
第二驱动电机(227)设置在底座(214)的侧方，第二驱动电机(227)的输出端安装第二齿轮(228)，第二齿轮(228)与旋转齿轮(222)相啮合；
升降组件(23)包括液压缸(231)、撞块(232)；所述底座(214)中心位置设置有安装液压缸(231)的空腔，所述旋转齿轮(222)、上端齿盘(223)、下端齿盘(224)的中心位置均开设有中心通孔；撞块(232)的一端固定在转接法兰(225)上，另一端插装在转接法兰(225)的中心通孔内；液压缸(231)固定在所述空腔内，且液压缸(231)的活塞杆依次穿过旋转齿轮(222)、下端齿盘(224)以及上端齿盘(223)与所述撞块(232)接触；
二级平移组件(24)包括导轨架(241)、第二直线导轨副(242)、滚珠丝杠副(243)以及第三驱动电机(244)；
导轨架(241)固定在转接法兰(225)上，第二直线导轨副(242)以及滚珠丝杠副(243)固定在导轨架(241)上，第三驱动电机(244)驱动滚珠丝杠副(243)，从而带动第二直线导轨副(242)的滑块移动；
拾取组件(25)包括夹具定位托盘(251)以及叉盘(252)；叉盘(252)安装在第二直线导轨副(242)的滑块上，叉盘(252)上开设有U字形缺口，夹具定位托盘(251)放置在叉盘(252)上且位于U字形缺口上方。


4.根据权利要求3所述的增减材复合制造设备，其特征在于：第一气氛调节系统(012)包括惰性气体源(0011)、循环管道(0012)、排气管道(0013)、过滤器(0014)、风机(0015)、净化柱(0016)、压力传感器(0017)、水含量传感器(0018)以及氧含量传感器(0019)；
压力传感器(0017)、水含量传感器(0018)以及氧含量传感器(0019)安装在第一密封舱(011)上；惰性气体源(0011)与第一密封舱(011)连通；循环管道(0012)的两端均与第一密封舱(011)连通，在循环管道(0012)上沿着气体的流向依次设置有过滤器(0014)、风机(0015)以及净化柱(0016)；排气管道(0013)一端与第一密封舱(011)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛飞，卢秉恒，周宇飞，高洁，张丽娟，王磊，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61