一种机械减材和激光增材同步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机械减材和激光增材同步加工装置及方法，该装置适于设置在待加工工件的上方，机械减材和激光增材同步加工装置包括：激光头、送粉头、固定座、铣削刀具和吸尘管，激光头适于发射激光束并照射待加工工件的表面；送粉头设置在激光头靠近待加工工件的一侧，送粉头靠近待加工工件的一侧沿周向均匀设置有多个送粉喷嘴，并适于将粉末喷射至激光束的焦点处；固定座沿激光头的长度方向设置于其一侧；铣削刀具和吸尘管设置在固定座上，且铣削刀具和吸尘管设置在靠近待加工工件的一侧，铣削刀具与激光束的中心线平行设置，吸尘管的管口朝向铣削刀具设置。本发明专利技术解决了减材过程中碎屑较多，影响待加工工件的质量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机械减材和激光增材同步加工装置及方法
本专利技术涉及金属零件增减材制造
，具体而言，涉及一种机械减材和激光增材同步加工装置及方法。
技术介绍
增材制造技术作为目前制造业高端智能装备的重要应用技术之一，反映了一个国家的工业制造水平，有效地弥补了传统基于数控加工减材制造技术对复杂零件成形效率低和非一体化成形的缺点。但随着智能装备对零件成形尺寸公差及表面光洁度的进一步提高，单纯利用增材制造技术方法制造的零部件并非能满足产品的设计精度，通常仍须采用传统减材制造的方法进一步加工，而特定零件的成形过程依次采用增材制造设备和减材制造设备的简单组合，不仅设备的占地面积大、制造成本高，也降低了产品成形的效率。因此，开发一种机械减材和激光增材同步加工装置对充分利用两种技术的优势，提高产品的成形效率和成形质量尤为重要。现有技术中，机械减材和激光增材同步加工装置大多采用加工中心上的刀具切换装置，将减材刀具和增材成形组件进行切换，该方法虽然能在一定程度上提高产品的成形效率，但是目前的机械减材加工基本都是铣削加工，在铣削加工的过程中，产生的碎屑会飞溅到待加工工件的表面，重新进入熔池而形成裂纹，严重影响待加工工件的质量。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中机械减材过程中产生的碎屑较多，从而对待加工工件增材制造层的质量造成影响。为解决上述问题，本专利技术提供一种机械减材和激光增材同步加工装置，所述机械减材和激光增材同步加工装置适于设置在待加工工件的上方，所述机械减材和激光增材同步加工装置包括：激光头、送粉头、固定座、铣削刀具和吸尘管，其中，所述激光头适于发射激光束并照射所述待加工工件的表面；所述送粉头设置在所述激光头靠近所述待加工工件的一侧，所述送粉头靠近所述待加工工件的一侧沿周向均匀设置有多个送粉喷嘴，并适于将粉末喷射至所述激光束的焦点处；所述固定座沿所述激光头的长度方向设置于其一侧；所述铣削刀具和所述吸尘管设置在所述固定座上，且所述铣削刀具和所述吸尘管设置在靠近所述待加工工件的一侧，所述铣削刀具与所述激光束的中心线平行设置，所述吸尘管的管口朝向所述铣削刀具设置。优选地，所述吸尘管包括直管段和弯管段，所述吸尘管的管口设置在所述弯管段上，所述吸尘管的管口由平面端和弧形端组成，所述管口的弧形端设置在靠近所述待加工工件的一侧，所述管口的平面端设置在远离所述待加工工件的一侧，所述管口的平面端和所述管口的弧形端形成截面形状呈“D”形的管口，且所述弯管段远离所述管口一侧的截面形状和所述直管段的截面形状均呈圆形，所述直管段和所述弯管段平滑连接。优选地，所述固定座与所述激光头滑动连接，以使所述激光头相对所述固定座沿竖直方向运动。优选地，所述固定座和所述激光头的连接处设置有至少一组紧固组件。优选地，所述固定座和所述激光头的连接处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，所述固定座上开设所述第一凹槽，所述激光头上开设所述第二凹槽，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两个紧固夹块，其中，两个所述紧固夹块对称设置在所述凹槽内，且每个所述紧固夹块一端设置在所述第一凹槽内，每个所述紧固夹块另一端设置在所述第二凹槽内；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固定座中，用于调整两个所述紧固夹块相向运动。优选地，所述紧固夹块的截面形状呈“L”形，且所述紧固夹块宽度较大的一侧设置在所述第二凹槽内，所述第二凹槽上开设有与所述紧固夹块的形状相匹配的延伸部。优选地，所述固定座远离所述铣削刀具的一侧还设置有适于与机械手连接的连接座。与现有技术相比，本专利技术所述的机械减材和激光增材同步加工装置将激光增材制造设备与机械减材设备融合成一体，并充分利用二者的优势，可实现对大型零件或模具的现场加工或修复，极大地提高了制造效率，节省了加工成本；该装置在靠近待加工工件的一侧设置吸尘管，且吸尘管的管口朝向铣削刀具设置，在机械减材的过程中，通过吸尘管能及时吸除碎屑，清洁加工表面，能够有效避免氧化严重的碎屑重新进入熔池而形成裂纹，从而影响待加工工件的质量；此外，通过吸尘管及时吸除碎屑也能避免碎屑搅入铣削刀具与待加工工件间的缝隙而影响减材加工过程，从而有利于减小加工过程中碎屑对铣削刀具的损坏，有利于延长刀具的使用寿命。本专利技术还提供了一种机械减材和激光增材同步加工方法，基于如上所述的机械减材和激光增材同步加工装置，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，并使吸尘管及时吸除所述铣削加工过程中的碎屑，直至达到预设铣削深度；步骤S3、启动激光头使激光束的焦点照射所述待加工工件已铣削加工区域形成熔池，并启动送粉头使粉末均匀喷射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、重复步骤S2至步骤S3，或者重复步骤S1至步骤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，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，使激光头和固定座锁紧。与现有技术相比，本专利技术所述的机械减材和激光增材同步加工方法，能调整激光焦点与铣削刀具之间的竖直距离，可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，并在铣削加工的同时利用吸尘管及时吸除碎屑，清洁加工表面，一方面，清除了待加工工件表面的缺陷、氧化物以及污渍等，能有效改善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能，能起到对待增材制造区域的预热处理作用，有利于优化增材制造金属原料的热循环曲线，细化晶粒，抑制增材制造层裂纹的形成，且吸尘管及时吸除碎屑能避免碎屑搅入铣削刀具的工作端部，划伤待加工工件的表面，增大待加工工件表面的粗糙度，在增材制造层中形成内部孔洞等缺陷，影响增材制造层的质量，另外，及时吸除碎屑也有利于避免碎屑对铣削刀具工作端部的磨损，从而有利于延长铣削刀具的使用寿命；该加工方法易于实现对大型零件或模具的现场加工或修复，尤其适用于对不锈钢、高熵合金、钛合金等硬质合金冲压模具中凸模和冲头等易损关键零部件的现场精密高效修复，该加工方法在保证了加工精度和质量的前提下，也降低了制造成本。附图说明图1为本专利技术实施例中机械减材和激光增材同步加工装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中机械减材和激光增材同步加工装置中的吸尘管结构示意图；图3为本专利技术实施例中机械减材和激光增材同步加工装置的局部剖视示意图；图4为本专利技术实施例中机械减材和激光增材同步加工装置的局部示意图；图5为本专利技术实施例中激光辅助增减材的复合加工方法的工艺流程图。附图标记说明：1-激光头；2-送粉头；3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述机械减材和激光增材同步加工装置适于设置在待加工工件的上方，所述机械减材和激光增材同步加工装置包括：激光头(1)、送粉头(2)、固定座(3)、铣削刀具(4)和吸尘管(5)，其中，/n所述激光头(1)适于发射激光束并照射所述待加工工件的表面；/n所述送粉头(2)设置在所述激光头(1)靠近所述待加工工件的一侧，所述送粉头(2)靠近所述待加工工件的一侧沿周向均匀设置有多个送粉喷嘴，并适于将粉末喷射至所述激光束的焦点处；/n所述固定座(3)沿所述激光头(1)的长度方向设置于其一侧；/n所述铣削刀具(4)和所述吸尘管(5)设置在所述固定座(3)上，且所述铣削刀具(4)和所述吸尘管(5)设置在靠近所述待加工工件的一侧，所述铣削刀具(4)与所述激光束的中心线平行设置，所述吸尘管(5)的管口朝向所述铣削刀具(4)设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述机械减材和激光增材同步加工装置适于设置在待加工工件的上方，所述机械减材和激光增材同步加工装置包括：激光头(1)、送粉头(2)、固定座(3)、铣削刀具(4)和吸尘管(5)，其中，
所述激光头(1)适于发射激光束并照射所述待加工工件的表面；
所述送粉头(2)设置在所述激光头(1)靠近所述待加工工件的一侧，所述送粉头(2)靠近所述待加工工件的一侧沿周向均匀设置有多个送粉喷嘴，并适于将粉末喷射至所述激光束的焦点处；
所述固定座(3)沿所述激光头(1)的长度方向设置于其一侧；
所述铣削刀具(4)和所述吸尘管(5)设置在所述固定座(3)上，且所述铣削刀具(4)和所述吸尘管(5)设置在靠近所述待加工工件的一侧，所述铣削刀具(4)与所述激光束的中心线平行设置，所述吸尘管(5)的管口朝向所述铣削刀具(4)设置。


2.根据权利要求1所述的机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述吸尘管(5)包括直管段(51)和弯管段(52)，所述吸尘管(5)的管口设置在所述弯管段(52)上，所述吸尘管(5)的管口由平面端和弧形端组成，所述管口的弧形端设置在靠近所述待加工工件的一侧，所述管口的平面端设置在远离所述待加工工件的一侧，所述管口的平面端和所述管口的弧形端形成截面形状呈“D”形的管口，且所述弯管段(52)远离所述管口一侧的截面形状和所述直管段(51)的截面形状均呈圆形，所述直管段(51)和所述弯管段(52)平滑连接。


3.根据权利要求1所述的机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述固定座(3)与所述激光头(1)滑动连接，以使所述激光头(1)相对所述固定座(3)沿竖直方向运动。


4.根据权利要求1所述的机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述固定座(3)和所述激光头(1)的连接处设置有至少一组紧固组件(6)。


5.根据权利要求4所述的机械减材和激光增材同步加工装置，其特征在于，所述固定座(3)和所述激光头(1)的连接处开设有适于容纳所述紧固组件(6)的凹槽(7)，所述凹槽(7)包括第一凹槽(71)和第二凹槽(72)，所述固定座(3)上开设所述第一凹槽(71)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪汶铮，李艳丽，韩冰，钟小兵，
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