一种激光和摩擦复合增减材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和摩擦复合增减材加工装置及方法，该装置包括：架体、第一增减材组件和第二增减材组件，第一增减材组件包括激光头和送粉喷嘴，激光头的侧面设置有竖直方向的导轨，送粉喷嘴设置在激光头的末端，并适于将金属粉末送至增材激光源的激光焦点处；架体包括支座和支架，支架与所述激光头平行设置，且支架的侧面设置有适于与导轨相配合的第一运动单元，以调整激光头相对支架沿竖直方向运动；第二增减材组件包括驱动电机、铣削刀具、旋转摩擦头和旋转基座，旋转基座与支架转动连接，旋转摩擦头和铣削刀具与激光头平行设置，且旋转摩擦头和铣削刀具分别设置于旋转基座高度方向的两端。该装置结构紧凑、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种激光和摩擦复合增减材加工装置及方法
本专利技术涉及金属零件增减材制造
，具体而言，涉及一种激光和摩擦复合增减材加工装置及方法。
技术介绍
近年来，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，很好地弥补了传统的减材制造方法的不足，适合复杂零件的快速制造。与选区激光熔化金属3D打印技术相比较，激光辅助增材制造技术尤其适用于对大尺寸金属零件的制造及修复过程。但由于激光熔池的快速非平衡凝固特征导致增材金属的残余应力及变形大、柱状晶粒粗大、裂纹缺陷明显等问题，对增材金属力学性能的提高极为不利。摩擦增材技术是在搅拌摩擦加工技术及设备的基础上开发而来，能够继承搅拌摩擦加工技术具有的固相加工残余应力低、细化晶粒等优势。因此，将激光辅助增材与摩擦增材过程相结合有望实现对大尺寸、复杂结构金属零件的制造，而且零件残余应力及变形小、晶粒细化、裂纹和气孔缺陷被抑制，但现有技术中，将激光辅助增材与摩擦增材过程相结合时，由于在摩擦增材过程中，金属会从摩擦面边缘挤出凝固而形成金属飞边，显著增大增材金属表面的粗糙度，不利于激光辅助增材过程中的熔池形成和送粉过程稳定连续地进行。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有摩擦增材过程中，金属会从摩擦面边缘挤出凝固而形成金属飞边，显著增大增材金属表面的粗糙度，不利于激光辅助增材过程中的熔池形成和送粉过程稳定连续地进行中的至少一个方面。为解决上述问题，本专利技术提供一种激光和摩擦复合增减材加工装置，包括：架体、第一增减材组件和第二增减材组件，其中，所述第一增减材组件包括激光头和送粉喷嘴，所述激光头的侧面设置有竖直方向的导轨，所述送粉喷嘴设置在所述激光头的末端，并适于将金属粉末送至增材激光源的激光焦点处；所述架体包括支座和支架，所述支架垂直固定在所述支座上，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导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述导轨滑动设置，以调整所述激光头相对所述支架沿竖直方向运动；所述第二增减材组件包括驱动电机、铣削刀具、旋转摩擦头和旋转基座，所述旋转基座与所述支架转动连接，所述驱动电机用于与所述旋转摩擦头和所述铣削刀具相连接，所述旋转摩擦头和所述铣削刀具与所述激光头平行设置，且所述旋转摩擦头和所述铣削刀具分别设置于所述旋转基座高度方向的两端。优选地，所述旋转基座包括基体和沿高度方向设置于所述基体两端的传动齿轮，所述基体与所述支架转动连接，所述传动齿轮用于与所述驱动电机驱动连接，且两个所述传动齿轮分别用于连接所述旋转摩擦头或所述铣削刀具。优选地，所述支架包括相对设置的两个连接端，且两个所述连接端之间适于所述旋转基座带动所述旋转摩擦头和所述铣削刀具旋转；所述旋转基座还包括连接轴杆，所述基体长度方向的两端设置与所述连接轴杆转动连接的轴承，所述基体的内部设置与所述连接轴杆相配合的通孔，所述连接轴杆适于贯穿所述轴承和所述通孔并连接于所述支架相对设置的两个连接端之间。优选地，所述支架相对设置的两个连接端包括第一连接端和第二连接端，所述第二增减材组件还包括限位单元，所述限位单元包括与所述第一连接端转动连接的限位杆和设置于所述第二连接端上的限位凸起和限位凹孔，所述限位凹孔设置于两个所述限位凸起之间，且所述限位杆与所述基体配合后进入两个所述限位凸起之间并与所述限位凹孔相连接。优选地，所述基体宽度方向的两端分别设有与所述限位杆配合的限位凹槽。优选地，所述限位单元还包括第一固定件、第一固定件和分别与所述第一固定件和所述第二固定件相连接的连接转轴，所述第一固定件和所述第二固定件沿高度方向相对设置于所述第一连接端上，且所述连接转轴与所述限位杆转动连接。优选地，所述限位杆远离所述连接转轴的端部向外延伸设置连接螺栓，所述连接螺栓与所述限位凹孔螺纹连接。优选地，所述支架的侧面还设置有与所述第一运动单元相连接的调节钮，所述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。与现有技术相比，本专利技术所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，将激光辅助增材、摩擦增材、机械减材相结合，减小增材金属的残余应力及变形，细化晶粒组织，抑制裂纹缺陷，有效避免摩擦增材形成的金属飞边或变形对表面粗糙度和激光增材稳定性和成形的不利影响，极大地提高了制造效率、加工质量和精度，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，该装置通过调节架体与激光头之间的竖直距离，从而调节激光焦点与旋转摩擦头或铣削刀具之间的竖直距离，从而满足激光焦点位置、摩擦下压深度、铣削减材深度的不同要求，易于实现对大型复杂结构零件或模具的现场加工或修复。本专利技术还提供一种激光和摩擦复合增减材加工方法，基于如上任一项所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，包括如下步骤：步骤S1、设定待加工零件的加工参数；步骤S2、启动激光头使激光焦点照射所述零件待增材区域形成熔池，并启动送粉喷嘴使金属粉末均匀送至所述待加工零件待增材区域的熔池内，形成增材金属层；步骤S3、启动旋转摩擦头对所述待加工零件上的增材金属层的表面进行摩擦处理；步骤S4、实时监测所述待加工零件上的增材金属飞边的尺寸，当所述增材金属飞边的尺寸超过表面粗糙度最大限制时，关闭旋转摩擦头，并调整旋转基座，并将铣削刀具和激光焦点对准增材金属飞边所在位置；步骤S5、启动激光头加热所述增材金属飞边并使所述增材金属飞边软化；步骤S6、启动铣削刀具对已加热的增材金属飞边等变形区域进行铣削减材处理，直至增材金属表面粗糙度重新达到要求；步骤S7、重复步骤S2至步骤S6，或者重复步骤S1至步骤S6，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，所述步骤S4包括：当增材金属飞边的尺寸超过表面粗糙度最大限制时，关闭旋转摩擦头，旋转所述第二增减材组件中的限位杆上的连接螺栓，所述限位杆与所述第二增减材组件中的限位凹孔脱离，实现所述限位杆的释放；将所述限位杆转至远离所述旋转基座的一侧，并调整旋转基座，将所述铣削刀具和激光焦点对准增材金属飞边所在位置，此时将所述限位杆转至所述旋转基座的限位凹槽中，并旋紧所述连接螺栓，使得所述连接螺栓进入所述限位凹孔，实现所述限位杆的锁紧。与现有技术相比，本专利技术所述的激光和摩擦复合增减材加工方法，将激光辅助增材、摩擦增材、机械减材相结合，减小增材金属的残余应力及变形，细化晶粒组织，抑制裂纹缺陷，有效避免摩擦增材形成的金属飞边或变形对表面粗糙度和激光增材稳定性和成形的不利影响，极大地提高了制造效率、加工质量和精度。附图说明图1为本专利技术实施例中激光和摩擦复合增减材加工装置的主视示意图；图2为本专利技术实施例中激光和摩擦复合增减材加工装置的仰视示意图；图3为本专利技术实施例中激光和摩擦复合增减材加工装置释放限位杆并准备切换到铣削刀具进行减材的部分结构示意图；图4为本专利技术实施例中激光和摩擦复合增减材加工装置切换到铣削刀具进行减材并锁紧限位杆的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，包括：架体(1)、第一增减材组件(2)和第二增减材组件(3)，其中，/n所述第一增减材组件(2)包括激光头(21)和送粉喷嘴(22)，所述激光头(21)的侧面设置有竖直方向的导轨，所述送粉喷嘴(22)设置在所述激光头(21)的末端，并适于将金属粉末送至增材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)垂直固定在所述支座(11)上，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导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述导轨滑动设置，以调整所述激光头(21)相对所述支架(12)沿竖直方向运动；/n所述第二增减材组件(3)包括驱动电机(31)、铣削刀具(33)、旋转摩擦头(32)和旋转基座(34)，所述旋转基座(34)与所述支架(12)转动连接，所述驱动电机(31)用于与所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)相连接，所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)与所述激光头(21)平行设置，且所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)分别设置于所述旋转基座(34)高度方向的两端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，包括：架体(1)、第一增减材组件(2)和第二增减材组件(3)，其中，
所述第一增减材组件(2)包括激光头(21)和送粉喷嘴(22)，所述激光头(21)的侧面设置有竖直方向的导轨，所述送粉喷嘴(22)设置在所述激光头(21)的末端，并适于将金属粉末送至增材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)垂直固定在所述支座(11)上，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导轨相配合的第一运动单元，所述第一运动单元与所述导轨滑动设置，以调整所述激光头(21)相对所述支架(12)沿竖直方向运动；
所述第二增减材组件(3)包括驱动电机(31)、铣削刀具(33)、旋转摩擦头(32)和旋转基座(34)，所述旋转基座(34)与所述支架(12)转动连接，所述驱动电机(31)用于与所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)相连接，所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)与所述激光头(21)平行设置，且所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)分别设置于所述旋转基座(34)高度方向的两端。


2.根据权利要求1所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，所述旋转基座(34)包括基体和沿高度方向设置于所述基体两端的传动齿轮(343)，所述基体与所述支架(12)转动连接，所述传动齿轮(343)用于与所述驱动电机(31)驱动连接，且两个所述传动齿轮(343)分别用于连接所述旋转摩擦头(32)或所述铣削刀具(33)。


3.根据权利要求2所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，所述支架(12)包括相对设置的两个连接端，且两个所述连接端之间适于所述旋转基座(34)带动所述旋转摩擦头(32)和所述铣削刀具(33)旋转；所述旋转基座(34)还包括连接轴杆，所述基体长度方向的两端设置与所述连接轴杆转动连接的轴承(342)，所述基体的内部设置与所述连接轴杆相配合的通孔，所述连接轴杆适于贯穿所述轴承(342)和所述通孔并连接于所述支架(12)相对设置的两个连接端之间。


4.根据权利要求3所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，所述支架(12)相对设置的两个连接端包括第一连接端和第二连接端，所述第二增减材组件(3)还包括限位单元，所述限位单元包括与所述第一连接端转动连接的限位杆(122)和设置于所述第二连接端上的限位凸起(124)和限位凹孔(125)，所述限位凹孔(125)设置于两个所述限位凸起(124)之间，且所述限位杆(122)与所述基体配合后进入两个所述限位凸起(124)之间并与所述限位凹孔(125)相连接。


5.根据权利要求4所述的激光和摩擦复合增减材加工装置，其特征在于，所述基体宽度方向的两端分别设有与所述限位杆(122)配合的限位凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，汪华，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