一种增减材四工位近净成形设备及成形方法技术

本发明专利技术提供了一种增减材四工位近净成形设备及成形方法，属于增材制造技术领域。该设备包括主体机构，所述主体机构包括两个三轴传动机构和设置在其下方的四工位运动机构；两个三轴传动机构包括：一号三轴传动机构、二号三轴传动机构；所述四工位运动机构包括第一运动机构、第二运动机构；所述第一运动机构、第二运动机构平行设置形成四个工位；在所述一号三轴传动机构上安装有增材制造模块；在所述二号三轴传动机构上安装有减材制造模块。本发明专利技术采用双传动机构分别控制增材制造与减材制造，采用四工位相互转换，实现了两个零件的增材和减材同时制造，非常快捷地实现了增减材制造过程的交替与更换，有效提高了加工效率以及保证了零件的加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种增减材四工位近净成形设备及成形方法
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种增减材四工位近净成形设备及成形方法。
技术介绍
増材制造技术经过几十年的发展，凭借其快速、灵活、低成本等优势在制造复杂结构零件方面相对于传统加工方式展现出了巨大优势。制造周期短、高度自动化、材料消耗少等优点很好地弥补了传统制造工艺的不足，使得这项技术得到了越来越广泛的应用。然而增材制造工艺由于粉末的尺度、激光聚焦光斑尺寸、以及离散化分层技术的影响，所生产的金属零件的几何尺寸精度和表面光洁度都不太理想，使得成形零件外形尺寸无法实现直接应用，尤其是非粉末床近净成形类增材制造。传统的数控加工技术具有高精度、高表面质量等特点，能够弥补上述问题。因此，在增材制造方法完成零件成型后往往需要利用车削、铣削、磨削等减材制造方法铣去加工余量或抛光表面，以达到零件所需的表面质量与尺寸精度。欲实现高精度的增材制造，常将增材制造技术和切削加工相结合，这样将充分发挥两种技术各自的优势，增材与减材加工技术的有效结合将具有广阔的应用前景。传统的先增材制造成型再用减材机进行处理，无疑降低了生产加工效率并且增加了操作的复杂性。为了提高成型效率，提高零件精度，并使得增材制造技术真正应用于实际工业领域，将增材制造工艺与减材机加工艺结合到同一装备中，既能保证金属零件成型过程中拥有较好的表面精度，也可实现零件的内孔和中空等难加工部位在增材制造的过程中进行铣削抛光等操作，从而极大地提高了增材制造技术在生产加工精密零件时的适用性。现有的增减材一体化技术通常为：1、将增材制造模块与减材制造模块采用同一个三坐标或机器人结构，零件成型过程中通过反复更换增材制造的加工头与减材制造的刀具模块，实现增减材的交互成型，例如中国专利公开文献CN109202290A所公开的技术方案。2、采用一个三坐标与一个机器人分别控制增材模块与减材模块，例如中国专利公开文献CN109175367A与CN109262268A所公开的技术方案，或直接采用两个机器人分别控制增材模块与减材模块，例如中国专利公开文献CN108581490A所公开的技术方案。3、采用两个三坐标分别控制增材模块与减材模块，如中国专利公开文献CN105817625A所公开的技术方案。以上所有现有技术中都存在以下问题：1、增材模块与减材模块一次只能有一个工作，两个工位互相重复切换造成成形效率低下；2、增材模块与减材模块每次进行工作时都要重新定位，尤其是安装在机器人运动机构上的增材模块加工轴线和减材模块主轴轴线因安装或重复定位误差，导致增材制造的位置中心与减材制造的轴心有偏差，从而带来成形点的位置坐标变化，定位不准容易导致成形失败；3、机器人运行机构柔性佳而刚性差，成形过程中尤其是减材加工过程中容易产生加工偏差，导致加工精度不达标或成形失败；4、增材制造与减材制造过程中粉末、切屑等在同一平台上无法及时清理，造成后续工序干扰，导致成形失败。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种增减材四工位近净成形设备及成形方法，采用双边三轴四工位机床结构，可实现两个零件的增减材同时加工。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种增减材四工位近净成形设备，包括主体机构，所述主体机构包括两个三轴传动机构和设置在其下方的四工位运动机构；两个三轴传动机构包括：一号三轴传动机构、二号三轴传动机构；所述四工位运动机构包括第一运动机构、第二运动机构；所述第一运动机构、第二运动机构平行设置形成四个工位；在所述一号三轴传动机构上安装有增材制造模块；在所述二号三轴传动机构上安装有减材制造模块。所述一号三轴传动机构的一号X轴与二号三轴传动机构的二号X轴平行设置，且位于同一个水平面内；所述一号三轴传动机构的一号Y轴为悬臂梁，其一端安装在一号X轴上，能够沿一号X轴往复移动；所述二号三轴传动机构的二号Y轴为悬臂梁，其一端安装在二号X轴上，能够沿二号X轴往复移动；一号Y轴和二号Y轴平行设置，与一号X轴、二号X轴均位于同一个水平面内；所述一号三轴传动机构的一号Z轴安装在一号Y轴上，能够沿一号Y轴往复移动；所述二号三轴传动机构的二号Z轴安装在二号Y轴上，能够沿二号Y轴往复移动；所述一号Z轴和二号Z轴均与水平面垂直；所述一号X轴与二号X轴分别设置在四工位运动机构的前、后两端；所述增材制造模块安装在所述一号三轴传动机构的一号Z轴上，其包括增材主轴；所述减材制造模块安装在所述二号三轴传动机构的二号Z轴上，其包括减材主轴。所述四工位运动机构包括底部固定板，所述第一运动机构、第二运动机构安装在底部固定板上；所述第一运动机构包括第一主轴，在第一主轴上安装有第一工位滑块，第一工位滑块能够沿第一主轴前后移动；在所述第一工位滑块的上端面固定安装有多个第一定位销，在第一基板的下端面上开有多个第一定位销安装孔，定位销与定位安装孔一一对应，通过将第一定位销的上端插入到第一基板的第一定位销安装孔内将第一基板安装在第一工位滑块上；所述第二运动机构的结构与所述第一运动机构的结构相同，包括第二主轴，第二工位滑块、第二定位销，第二基板通过第二定位销安装在第二工位滑块上；所述第一主轴和第二主轴位于同一个水平面内，且两者均与一号Y轴、二号Y轴平行。在所述第一主轴上从前往后依次设有两个工位，分别为工位一与工位二；在所述第二主轴上从前往后依次设有两个工位，分别为工位四与工位三；其中，所述工位一、工位四位于一号三轴传动机构的正下方；所述工位二、工位三位于二号三轴传动机构的正下方。在所述底部固定板的四个角处安装有4个限位挡块，分别为第一限位挡块、第二限位挡块、第三限位挡块、第四限位挡块，在所述底部固定板的中部安装有4个限位传感器，分别为第一限位传感器、第二限位传感器、第三限位传感器、第四限位传感器；其中，第一限位挡块设置在工位一的前端，第一限位传感器设置在工位一的后端；第二限位挡块设置在工位二的后端，第二限位传感器设置在工位二的前端；第三限位挡块设置在工位三的后端，第三限位传感器设置在工位三的前端；第四限位挡块设置在工位四的前端，第四限位传感器设置在工位四的后端；在所述工位二、工位三的一侧分别设置有左机器人上下料装置、右机器人上下料装置。所述增减材四工位近净成形设备进一步包括：废料清理装置；所述废料清理装置包括两个喷嘴主轴和移动喷杆；两个喷嘴主轴平行设置在底部固定板的左右两侧，且与第一Y轴、第二Y轴平行；所述移动喷杆的两端分别安装在两个喷嘴主轴上，移动喷杆能够沿喷嘴主轴往复移动；所述移动喷杆与第一X轴、第二X轴平行；所述移动喷杆为中空结构，在所述移动喷杆上设有多个喷嘴，各个喷嘴与所述移动喷杆的内腔连通。优选地，每个喷嘴的中心轴线与水平面成15°-45°的夹角；在所述底部固定板上开有多个通孔；在所述底部固定板的下方设有废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增减材四工位近净成形设备，其特征在于：所述增减材四工位近净成形设备包括：主体机构，所述主体机构包括两个三轴传动机构和设置在其下方的四工位运动机构；/n两个三轴传动机构包括：一号三轴传动机构、二号三轴传动机构；/n所述四工位运动机构包括第一运动机构、第二运动机构；所述第一运动机构、第二运动机构平行设置形成四个工位；/n在所述一号三轴传动机构上安装有增材制造模块；/n在所述二号三轴传动机构上安装有减材制造模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种增减材四工位近净成形设备，其特征在于：所述增减材四工位近净成形设备包括：主体机构，所述主体机构包括两个三轴传动机构和设置在其下方的四工位运动机构；
两个三轴传动机构包括：一号三轴传动机构、二号三轴传动机构；
所述四工位运动机构包括第一运动机构、第二运动机构；所述第一运动机构、第二运动机构平行设置形成四个工位；
在所述一号三轴传动机构上安装有增材制造模块；
在所述二号三轴传动机构上安装有减材制造模块。


2.根据权利要求1所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：所述一号三轴传动机构的一号X轴与二号三轴传动机构的二号X轴平行设置，且位于同一个水平面内；
所述一号三轴传动机构的一号Y轴为悬臂梁，其一端安装在一号X轴上，能够沿一号X轴往复移动；
所述二号三轴传动机构的二号Y轴为悬臂梁，其一端安装在二号X轴上，能够沿二号X轴往复移动；一号Y轴和二号Y轴平行设置，与一号X轴、二号X轴均位于同一个水平面内；
所述一号三轴传动机构的一号Z轴安装在一号Y轴上，能够沿一号Y轴往复移动；所述二号三轴传动机构的二号Z轴安装在二号Y轴上，能够沿二号Y轴往复移动；
所述一号Z轴和二号Z轴均与水平面垂直；
所述一号X轴与二号X轴分别设置在四工位运动机构的前、后两端；
所述增材制造模块安装在所述一号三轴传动机构的一号Z轴上，其包括增材主轴；
所述减材制造模块安装在所述二号三轴传动机构的二号Z轴上，其包括减材主轴。


3.根据权利要求2所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：所述四工位运动机构包括底部固定板，所述第一运动机构、第二运动机构安装在底部固定板上；
所述第一运动机构包括第一主轴，在第一主轴上安装有第一工位滑块，第一工位滑块能够沿第一主轴前后移动；
在所述第一工位滑块的上端面固定安装有多个第一定位销，在第一基板的下端面上开有多个第一定位销安装孔，定位销与定位安装孔一一对应，通过将第一定位销的上端插入到第一基板的第一定位销安装孔内将第一基板安装在第一工位滑块上；
所述第二运动机构的结构与所述第一运动机构的结构相同，包括第二主轴，第二工位滑块、第二定位销，第二基板通过第二定位销安装在第二工位滑块上；
所述第一主轴和第二主轴位于同一个水平面内，且两者均与一号Y轴、二号Y轴平行。


4.根据权利要求3所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：在所述第一主轴上从前往后依次设有两个工位，分别为工位一与工位二；
在所述第二主轴上从前往后依次设有两个工位，分别为工位四与工位三；
其中，所述工位一、工位四位于一号三轴传动机构的正下方；所述工位二、工位三位于二号三轴传动机构的正下方。


5.根据权利要求4所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：在所述底部固定板的四个角处安装有4个限位挡块，分别为第一限位挡块、第二限位挡块、第三限位挡块、第四限位挡块，在所述底部固定板的中部安装有4个限位传感器，分别为第一限位传感器、第二限位传感器、第三限位传感器、第四限位传感器；
其中，第一限位挡块设置在工位一的前端，第一限位传感器设置在工位一的后端；
第二限位挡块设置在工位二的后端，第二限位传感器设置在工位二的前端；
第三限位挡块设置在工位三的后端，第三限位传感器设置在工位三的前端；
第四限位挡块设置在工位四的前端，第四限位传感器设置在工位四的后端；
在所述工位二、工位三的一侧分别设置有左机器人、右机器人。


6.根据权利要求1-5任一项所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：所述增减材四工位近净成形设备进一步包括：废料清理装置；
所述废料清理装置包括两个喷嘴主轴和移动喷杆；
两个喷嘴主轴平行设置在底部固定板的左右两侧，且与第一Y轴、第二Y轴平行；
所述移动喷杆的两端分别安装在两个喷嘴主轴上，移动喷杆能够沿喷嘴主轴往复移动；
所述移动喷杆与第一X轴、第二X轴平行；
所述移动喷杆为中空结构，在所述移动喷杆上设有多个喷嘴，各个喷嘴与所述移动喷杆的内腔连通。


7.根据权利要求6所述的增减材四工位近净成形设备，其特征在于：每个喷嘴的中心轴线与水平面成15°-45°的夹角；
在所述底部固定板上开有多个通孔；
在所述底部固定板的下方设有废料收集槽，所述通孔与所述废料收集槽相连通。


8.一种利用权利要求1-7任一项所述的增减材四工位近净成形设备实现的成形方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)设定增减材制造的设定层数P，将增材数据导入增材制造模块，将减材数据导入减材制造模块；
(2)放入基板：在第一工位滑块位于工位二时，通过左机器人上下料装置将第一基板放置在第一工位滑块上，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瀚宁，苏卫星，何茂伟，王正方，朱显著，朱广为，
申请(专利权)人：天津斯沃姆科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12