一种激光辅助增减材复合加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光辅助增减材复合加工装置及方法，该装置包括：架体、激光辅助增材制造组件和减材切削组件，激光辅助增材制造组件包括激光头和送丝喷嘴，激光头的侧面设有竖直方向的第一导轨，送丝喷嘴设在激光头的末端，适于将焊丝送至增材制造激光源的激光焦点处；架体包括支座和支架，支架与激光头平行设置，支架的侧面设有适于与第一导轨相配合的第一运动单元，第一运动单元与第一导轨滑动设置，以调整激光头相对支架沿竖直方向运动，支架垂直设在支座上，支架和支座滑动连接，以调整支座与激光头的间距；减材切削组件包括铣削刀具，铣削刀具与激光头平行设置，并设在支座远离支架的一侧上。该装置结构紧凑、制造成本低，适于现场作业。

【技术实现步骤摘要】
一种激光辅助增减材复合加工装置及方法
本专利技术涉及金属零件增减材制造
，具体而言，涉及一种激光辅助增减材复合加工装置及方法。
技术介绍
传统的减材制造方法渐渐无法满足近年来工业领域高端零件设计与快速制造越来越迫切的需求。近年来，兴起的增材制造技术由于其一系列优点，例如快速、灵活、节省成本等，很好地弥补了传统制造方法的不足，适合复杂零件的快速制造。与选区激光熔化金属3D打印(SLM)技术相比较，激光辅助增材制造(LAAM)技术尤其适用于对大尺寸金属零件的制造及修复过程。为了更好地适应对具有复杂结构金属零件或冲压模具精密、高效制造和修复的市场需求，解决激光增材制造之后减材刀具不可达的现实难题，将激光辅助增材制造技术与传统减材技术相结合而提出的激光辅助增减材复合制造技术已然成为了行业研究和产品研发的热点。通过增材和减材的结合，成形零件的表面粗糙度和成形精度都能够在减材过程中得到保证，复杂零件的中空部位和内孔可以通过成形过程中的减材切削来加工，避免了纯增材制造方法中难以去除的支撑结构，极大地提高了制造效率和加工质量。目前，激光增减材复合制造平台设计中，主要采用两个或多个工业机器人分别完成激光增材和机械减材工序能够充分发挥机器人柔性加工的特点，凭借其在自由度和可达性上的优势更适于对大型复杂结构金属零件的制造。然而，采用多个机器人将显著增加设备的制造成本，多个机器人协调配合也使路径规划和坐标系设置更加复杂。虽然也可以采用单机器人与龙门机床相配合以避免多机器人协调配合的难题，但是硕大的龙门机床将显著增加设备的占地面积，也无法实现现场作业。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中激光增减材复合制造平台的制造成本高，占地面积大，难以现场作业中的至少一个方面。为解决上述问题，本专利技术提供一种激光辅助增减材复合加工装置，包括：架体、激光辅助增材制造组件和减材切削组件，其中，所述激光辅助增材制造组件包括激光头和送丝喷嘴，所述激光头的侧面设置有竖直方向的第一导轨，所述送丝喷嘴设置在所述激光头的末端，并适于将焊丝送至增材制造激光源的激光焦点处；所述架体包括支座和支架，所述支架与所述激光头平行设置，且所述支架的侧面设置有适于与所述第一导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述第一导轨滑动设置，以调整所述激光头相对支架沿竖直方向运动，所述支架垂直设置在所述支座上，且所述支架和所述支座滑动连接，以调整所述支座与所述激光头的间距；所述减材切削组件包括铣削刀具，所述铣削刀具与所述激光头平行设置，并设置在所述支座远离所述支架的一侧上。优选地，所述支座靠近所述支架的一侧设置有第二导轨，所述支架上设置有与所述第二导轨相配合的第二运动单元，所述支架远离所述支座的一侧设置有适于与机械手连接的连接座。优选地，所述支架的侧面还设置有调节钮，所述调节钮包括第一调节钮和第二调节钮，所述第一调节钮适于调整所述激光头相对所述支架沿竖直方向运动，所述第二调节钮适于调整所述支座与所述激光头的间距。优选地，所述支架的侧面还设置有吸尘管和吸尘管座，所述吸尘管和所述吸尘管座设置在与所述调节钮相对的侧面上，且所述吸尘管的管口朝向所述铣削刀具设置，所述吸尘管的管尾适于与工业吸尘器相连，所述吸尘管通过螺钉固定在所述吸尘管座上。优选地，所述激光辅助增减材复合加工装置还包括紧固组件，所述支架和所述支座的连接处以及所述支架和所述激光头的连接处均设置有两组所述紧固组件。优选地，所述支架和所述支座的连接处以及所述支架和所述激光头的连接处均开设有适于容纳所述紧固组件的凹槽，所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，其中，所述支架上开设所述第一凹槽，所述第一凹槽的截面形状呈倒“凹”字形；所述支座和所述激光头上均开设两个所述第二凹槽，两个所述第二凹槽对称设置在所述第一导轨或所述第二导轨的两侧，且两个所述第二凹槽均一端与所述第一凹槽连通，两个所述第二凹槽另一端均向远离所述第一导轨或所述第二导轨的方向延伸形成延伸部，使所述第二凹槽远离所述第一凹槽一侧的宽度大于所述第二凹槽靠近所述第一凹槽一侧的宽度；所述第一凹槽和所述第二凹槽连通配合形成所述凹槽。优选地，每组所述紧固组件均包括紧固螺栓和紧固夹块，其中，所述紧固夹块的截面形状呈“L”形，两个所述紧固夹块对称设置在所述凹槽内，每个所述紧固夹块宽度较大的一侧设置在所述第二凹槽内，每个所述紧固夹块另一端均设置在所述第一凹槽内；所述紧固螺栓穿过设置在所述第一凹槽部分的两个所述紧固夹块并穿设于所述支架中，且所述紧固螺栓与所述紧固夹块螺纹连接，以调整两个所述紧固夹块相向运动。与现有技术相比，本专利技术所述的激光辅助增减材复合加工装置，将激光辅助增材制造与机械减材相结合，极大地提高了制造效率和加工质量，且该装置结构紧凑，体积小巧，节省了加工空间，降低了设备的制造成本；此外，该装置通过调节激光头与支座之间的竖直距离或水平距离，从而调节激光头与铣削刀具之间的竖直距离或者水平距离，进而调节激光焦点与铣削刀具之间的竖直距离或水平距离，能同时满足对铣削深度和激光焦距的不同要求，易于实现对大型零件或模具的现场加工或修复，且该装置将送丝喷嘴设置在激光头的末端，焊丝与激光焦点同步运动，能实现360°全方位运动，适用范围更广。本专利技术还提供一种激光辅助增减材的复合加工方法，基于如上任一项所述的激光辅助增减材复合加工装置，包括如下步骤：步骤S1、设定待加工工件的加工参数；步骤S2、启动铣削刀具对所述待加工工件的表面进行铣削加工，直至达到预设铣削深度；步骤S3、启动激光头使激光焦点照射所述待加工工件已铣削加工区域形成熔池，并启动送丝喷嘴使焊丝均匀送至所述待加工工件已铣削加工区域的熔池内，形成增材制造层；步骤S4、重复所述步骤S2至所述步骤S3，或者重复所述步骤S1至所述步骤S3，直至得到预定的工件，对所述预定的工件进行精加工，得到工件。优选地，还包括：打开工业吸尘器，使吸尘管及时吸除所述铣削加工过程中的碎屑；在所述启动铣削刀具之前，还包括：设定所述待加工工件的加工参数后，拧紧紧固组件，使支架和支座以及支架和激光头锁紧。优选地，所述步骤S4包括：若在所述待加工工件的表面增材制造多层金属沉积组织时，则在完成第一层增材制造层之后，重复所述步骤S2至所述步骤S3；若在所述待加工工件的表面增材制造梯度结构金属沉积组织时，则在完成第一层增材制造层之后，重复所述步骤S1至所述步骤S3。与现有技术相比，本专利技术所述的激光辅助增减材的复合加工方法，能调整激光焦点与铣削刀具之间的竖直距离和水平距离，能同时满足待加工工件对铣削深度和激光焦距的不同要求，此外，在增材制造之前对待加工工件的表面进行铣削加工，一方面，能清除待加工工件表面的缺陷、氧化物以及污渍等，能有效改善增材制造层的宏微观成形，避免形成裂纹、夹杂等缺陷，有利于提高增材制造层质量；另一方面，铣削刀具在铣削加工的过程中将机械能转换成金属内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，包括：架体(1)、激光辅助增材制造组件(2)和减材切削组件(3)，其中，/n所述激光辅助增材制造组件(2)包括激光头(21)和送丝喷嘴(22)，所述激光头(21)的侧面设置有竖直方向的第一导轨，所述送丝喷嘴(22)设置在所述激光头(21)的末端，并适于将焊丝送至增材制造激光源的激光焦点处；/n所述架体(1)包括支座(11)和支架(12)，所述支架(12)与所述激光头(21)平行设置，且所述支架(12)的侧面设置有适于与所述第一导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述第一导轨滑动设置，以调整所述激光头(21)相对所述支架(12)沿竖直方向运动，所述支架(12)垂直设置在所述支座(11)上，且所述支架(12)和所述支座(11)滑动连接，以调整所述支座(11)与所述激光头(21)的间距；/n所述减材切削组件(3)包括铣削刀具(31)，所述铣削刀具(31)与所述激光头(21)平行设置，并设置在所述支座(11)远离所述支架(12)的一侧上。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，包括：架体(1)、激光辅助增材制造组件(2)和减材切削组件(3)，其中，
所述激光辅助增材制造组件(2)包括激光头(21)和送丝喷嘴(22)，所述激光头(21)的侧面设置有竖直方向的第一导轨，所述送丝喷嘴(22)设置在所述激光头(21)的末端，并适于将焊丝送至增材制造激光源的激光焦点处；
所述架体(1)包括支座(11)和支架(12)，所述支架(12)与所述激光头(21)平行设置，且所述支架(12)的侧面设置有适于与所述第一导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述第一导轨滑动设置，以调整所述激光头(21)相对所述支架(12)沿竖直方向运动，所述支架(12)垂直设置在所述支座(11)上，且所述支架(12)和所述支座(11)滑动连接，以调整所述支座(11)与所述激光头(21)的间距；
所述减材切削组件(3)包括铣削刀具(31)，所述铣削刀具(31)与所述激光头(21)平行设置，并设置在所述支座(11)远离所述支架(12)的一侧上。


2.根据权利要求1所述的激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，所述支座(11)靠近所述支架(12)的一侧设置有第二导轨，所述支架(12)上设置有与所述第二导轨相配合的第二运动单元，所述支架(12)远离所述支座(11)的一侧设置有适于与机械手(6)连接的连接座。


3.根据权利要求1所述的激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，所述支架(12)的侧面还设置有调节钮(121)，所述调节钮(121)包括第一调节钮和第二调节钮，所述第一调节钮适于调整所述激光头(21)相对所述支架(12)沿竖直方向运动，所述第二调节钮适于调整所述支座(11)与所述激光头(21)的间距。


4.根据权利要求3所述的激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，所述支架(12)的侧面还设置有吸尘管(122)和吸尘管座(123)，所述吸尘管(122)和所述吸尘管座(123)设置在与所述调节钮(121)相对的侧面上，且所述吸尘管(122)的管口朝向所述铣削刀具(31)设置，所述吸尘管(122)的管尾适于与工业吸尘器相连，所述吸尘管(122)通过螺钉固定在所述吸尘管座(123)上。


5.根据权利要求2所述的激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，所述激光辅助增减材复合加工装置还包括紧固组件(4)，所述支架(12)和所述支座(11)的连接处以及所述支架(12)和所述激光头(21)的连接处均设置有两组所述紧固组件(4)。


6.根据权利要求5所述的激光辅助增减材复合加工装置，其特征在于，所述支架(12)和所述支座(11)的连接处以及所述支架(12)和所述激光头(21)的连接处均开设有适于容纳所述紧固组件(4)的凹槽(5)，所述凹槽包括第一凹槽(51)和第二凹槽(52)，其中，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小兵，韩冰，汪汶铮，李艳丽，
申请(专利权)人：广东中科德弗激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44