通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法

通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法
【专利摘要】本发明涉及一种零件加工设备，该设备包括：a.加工头(370)和机动轴，包括使得在被称为工作空间的空间内部的所述头位移的旋转轴；b.将零件在所述工作空间内部定位和保持就位的装置；其特征在于，所述加工头(370)包括支承材料成形工具的装置(440)和能够供应材料的装置(250，451，452)。本发明还涉及一种由该设备实施的加工方法。
【专利说明】通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过材料添加和成形相结合的加工方法与设备。根据本发明的方法和设备更特别地适合于加工三维外形，或者表面微观质量不能用材料添加加工方法和成形加工方法单独加工的零件。在下文中，方法被认为与其他的(方法)分别实行，此时被制造的零件在机床空间内部重新定位，所述重新定位时通过更换机床，或将零件从传递作业机床的一个区域转移至另一个区域，其中，零件被固定在安装部或加工托盘，或者，当零件安装在同一机床上时，所述机床的构造被显著地更改，使得由于例如加工头的更换而使得所述轴原始点或机床的动态性能因此发生改变，或如果机床数控系统中保存的运动补偿表被更改，或如果他们保持同样配置但不再能反映机床性能。在下文中，“加工阶段”因此指在同一零件上实施的一系列加工操作，而不改变零件的加工站，且不改变加工设备站的配置以及零件的定位。
[0002]在全文中，术语“加工”指加工动作，动词“加工”通常意思指，在工具机床上将材料或零件进行加工。

【背景技术】
[0003]在现有技术中，不论是通过添加还是通过去除材料的加工方法都为人所熟知。日本专利申请JP-A-2010280173描述了这样一种设备和方法，包括，在同一机床上，添加材料的加工方法和去除材料的加工方法的结合。在现有技术中，此方法的实施使用了两个不同加工设备，所述加工设备安装在同一框架上但使用不同位移轴。因此，根据现有技术，第一组执行器用来设置一层粉末，并用激光束烧结该层粉末的一部分，在所述层中，激光束的路径由镜子的运动所决定，第二组执行器包括，铣削主轴，其运动由不同于引导镜子运动的轴的数字控制而控制。这意味着两台不同的机器共用同一框架。另外，这种现有技术的材料去除的方法的目的在于，通过这样来改进执行添加加工方法的条件:修改所设置的材料表面，以便校正表面的几何形状并清洁所述表面的所有污染，使其有助于之后的操作中所设置的材料层的结合。因此，这种现有技术的主要目的在于力求保证添加加工制成的零件的材料的牢固性，相对地，其目的并不特别在于所组合的加工操作的精确度，该精确度在材料添加操作和材料切除操作之间的阶段发生改变时将不能达到。


【发明内容】

[0004]本发明其目的特别但不仅仅在于，制造如图1所示的复杂外形的零件。根据这个示例，并不是加以限制地而是示意性地简单示出了本发明解决的技术问题，待被制造的零件100，包括，刚性平板110，该刚性平板110组成基部，包括在平板中心的铣孔115和在所述铣孔115上定中心的复杂锥形形状的中空延长部120，其可以由材料添加得到。所述零件100的整体的制造具有与表面状态相关的限制，在外形复杂的延长部120的外侧部和内侧部的二者上，例如，根据标准ISO 4287的粗糙度Ra为1.6μπι(10_6米)。另外，所述的零件也根据几何形状的限制来实现，如板的铣孔115和在所述板处的圆锥形延长部120之间的同心度公差，以及延长部120的壁的厚度公差(e)。例如这些公差为0.05mm。根据现有技术已知的方法，具有实现的限制的该零件100不能仅通过一次定位而制造，这样，获得希望的精度非常困难并且与大批量的制造难以兼容。
[0005]下文中，术语“基部”指零件初始材料，通过使用添加加工的方法在其上设置材料，其中，设置的材料能够与基部材料性质相同或性质不同。
[0006]图1所示出的通过仅一次定位而制造的零件100，不论是添加加工操作，还是在涉及去除材料的加工操作，或者烧蚀加工，都需要用到一个旋转运动，甚至两个旋转运动。通常，这种零件需由零件与工具之间至少有五个位移轴的机床所制造，这五个轴包括，三个正交平移，和两个正交轴向的旋转。这种零件的制造需要连续地使用五个轴，也就是说加工工具应该相对加工表面持续地定向。现有技术中，五轴机床的结构有很多种并且是公知的。为了使加工程序能在不同机床配置之间的具有一定程度的可携带性，根据一种广泛熟知的方法，编程通过描述工具的活动部分的端点的运动来实现。为了在机床上执行所述程序，每个刀具都与“校验尺”相关联，即当工具安装在所述机床主轴上时，在机床参考系中，定义所述工具的活动部分的位置的数值文件。该校验尺文件集成在机床的控制系统的存储器中保存的动态工作表中，其中，所述工作表将编程的位移命令转换为机动化轴的位移的形式，其目的在于获得想要的路径。因此，特别地由于机床的结构是平行的，简单的位移，例如平移，而导致根据结构而操纵五个机动化轴或甚至更多的移动。
[0007]为了达到所需加工精度，特别地在高速进给的条件下，数控加工机床利用具有补偿表的现有技术进行加工。这些表能够修正机床误差，特别是机床的机械误差。这些误差来源于多处:制造缺陷，刚度变化，变形，热膨胀等等。因此，所有数控机床都具有工作空间，在所述工作空间中机床的精度和性能是最佳的，在所述空间之外，性能下降。沿着一条路径，使用校验尺导致其脱离最佳工作空间的工具，或使用在结构上添加的质量改变机床的动态性能的刀具，将导致机床在不利的工况下工作，或需要重新加载新的补偿表，这等同于使用另一台机床和改变加工阶段。
[0008]文献EP 1614497描述了一种使用同一机床，添加加工和烧蚀加工相结合的设备和加工方法。这种加工模式的转换通过在加工头的末端或者直接在机床主轴上安装添加加工设备实现。该添加加工设备包括，熔化装置，材料供应设备和鼓风装置。因此，由于添加加工与同一机床烧蚀加工时性能不同，该添加加工设备安装在机床头处会显著地改变运动质量和机床性能。
[0009]文献EP 0529816描述了一种添加加工和烧蚀加工相结合的设备和方法。添加加工设备永久地安装在烧蚀加工主轴附近，使得在两种加工配置中，机床质量几乎相同。该文献教示将添加加工设备加于现有的用于通过材料去除加工的机床上。因此，为了保持自动更换工具的能力及避免烧蚀加工操作时该设备与零件之间的干涉，添加加工设备放置成远离机床主轴。因此，当使用添加加工时，机床在这样一个空间内工作，该空间在最佳工作空间边界或甚至是外部。如文献中所述，由于机床是串联结构，仅包括三个正交线性位移轴，所以效果并不显著。此外，该文献描述了由坯件的添加加工，即构成毛坯材的材料块。精度由烧蚀加工得到，使得添加加工获得的精度比机床精度低几个数量级。该文献中所教示的技术方案不能适用于这样的情况:在添加加工或者烧蚀加工操作中的一个需要具有与制造的表面相关的工具方向的持续控制的位移。
[0010]本发明的目的在于解决现有技术的不方便之处，以及为此涉及一种加工零件的设备，所述设备包括:
[0011]a.加工头和机动轴，所述机动轴包括在称谓工作空间的空间内的所述头位移的转动轴；
[0012]b.用于使所述工作空间内的零件的定位和保持就位的装置
[0013]c.使得加工头包括，支承材料成形工具的装置和能够供应材料的工具。
[0014]因此，根据本发明的设备使得能够借助于相同的装置驱动的同一个加工头从添加加工过渡到成形加工，反之亦然。在加工操作更替时，加载的质量保持相同。
[0015]本发明还涉及一种借助于之前设备执行的加工方法，该方法包括以下步骤:
[0016]1.在添加操作期间，用供料装置在零件上设置材料层；
[0017]i1.在成形操作期间，用成形工具将零件的一部分成形；
[0018]ii1.添加操作和成形操作沿着在所述空间中三个方向延伸的路径在同一阶段中执行，供应装置和成形工具与这些路径垂直定向。
[0019]因此，由于在相同阶段内制造，即不改变零件的位置，不改变加工站的配置，在添加操作和成形操作中被加工的零件的部分相对于彼此极佳地定位。加工头相对于路径垂直的方向使得能够将材料的设置量严格限制需求的范围，并且提高了制造的零件的表面质量。
[0020]本发明能够根据以下列出的有利的实施方式实现，以下方式能够单独地实施或者以任何技术上可操作的结合而实施。
[0021]有利地，本发明的设备包括:
[0022]d.安放在加工头上的传感装置；
[0023]e.用于测量在机床空间内，所述传感装置在机动轴上的位置的装置。
[0024]因此，除了连接两项加工操作的机床固有的精度之外，传感装置能够极好地连接两项连续的加工操作，并且补偿尤其是零件热膨胀导致的偏移。
[0025]有利地，成形工具包括切割工具。因此，不论基部还是零件上设置的材料，都能够通过去除材料而进行加工，使得校准其尺寸或得到确定的表面状态。
[0026]根据本发明的一种实施方式，所述设备包括:
[0027]f.将切割运动传递至切割工具的装置。
[0028]因此，本发明的设备适于通过尤其是利用砂轮的铣削或磨削执行材料去除操作。
[0029]根据本发明的与上一种实施方式相容的实施方式，所述设备包括:
[0030]g.用于将切割运动传递至零件的装置。
[0031]因此，本发明的设备适应在旋转的零件上通过实施车销操作或磨光操作而进行加工，其中，旋转对称由切割运动而获得。
[0032]有利地，本发明的设备的成形工具包括通过塑性变形使得材料成形的工具。因此，本发明的设备能够实施成形操作，该成形操作既用于成形也用于基部或设置的材料的矫直。该种实施方式还与之前的实施方式相容。
[0033]有利地，根据本发明的设备的供料装置包括:
[0034]c1.喷嘴，所述喷嘴包括用于喷射金属粉末的孔口 ；
[0035]ci1.用于生成与喷嘴的孔口同轴的激光束并能够在喷射时熔化粉末的设备。
[0036]因此，材料的设置由精确的路径引导，添加材料的点在机床空间内被极好地限定。
[0037]有利地，根据本发明的方法，连续的添加操作和成形操作都由几乎相同质量的头实施。因此，两项操作均使用机床补偿表优化方式。
[0038]有利地，根据本发明方法，添加加工和成形加工沿空间的三个维度延伸的路径执行，熔化的粉末的喷射轴线和成形工具定向为相对于该路径垂直。
[0039]有利地，根据本发明的方法的成形操作是在之前添加操作时在周围放置的材料层上沿轮廓实施切割的操作。因此，设置的材料层能够在轮廓和厚度方面被校准。
[0040]有利地，添加操作时设置的层被放置在成形操作预先完成的表面上。因此，除有利于增加所述表面上设置的层的结合之外，两种方法的结合还能够使彼此对形成所想得到的形状的贡献进行优化。
[0041]根据本发明的方法一种有利的实施方式，所述方法包括以下步骤:
[0042]iv.在成形操作或添加操作之前实施零件感测操作，其目的在于在机床空间内部重新调节所述操作。
[0043]因此，零件的制造精度被提高，可能的几何形状的偏差被更正。在此，术语“感测”被理解为具有较广泛的意义，并还包括不接触地测量方法或安装在加工头内部的设备。
[0044]有利地，成形操作是增量的成形操作。因此，本发明设备能够由金属板材得到复杂的形状。
[0045]根据本发明的方法一种特别的实施方式，在添加操作中基部和设置的材料性质不同。因此，添加加工操作，除得到形状之外，还能够得到特殊的性质，尤其是设置的材料层的硬度或抗腐蚀性，由此而制造的零件的性质。
[0046]根据本发明的方法一种有利的实施方式，其上设置有材料的表面的的预先成形的操作是增量的成形操作。因此，基部能够从良好的可成形性的材料中选择，其中，使用性质能够被设置的材料改良。
[0047]根据本发明方法最后一种有利的实施方式，本发明包括，在这样的操作——在由增量成形预成形的表面上添加材料的操作一一结束时的以下步骤:
[0048]V.实施对在预先成形的表面上设置的材料层的切割操作。
[0049]因此，除了改进表面质量之外，该操作还能够使得具有不论成形方法还是添加方法都不能达到的细小的细节成形。
[0050]有利地，根据本发明的方法利用这样的设备实施，该设备包括利用激光束通过添加材料进行加工的加工头，所述方法包括以下步骤:
[0051]v1.在根据本发明的方法的步骤(i)至(iii)中实现的零件上放置添加的零件；
[0052]vi1.用加工头的激光束将所述添加的零件焊接至原零件。
[0053]因此，本方法能够用于制造这样的零件，该零件包括夹在基部和添加的零件之间的表面。
[0054]因此，本发明还涉及一种复合零件，称为夹层，由根据本发明的方法的最后一种实施方式获得，所述零件包括:
[0055]χ.第一加工的基部；
[0056]y.由所述第一基部凸起延伸的加固件，其中，所述加固件通过根据本发明实施方式中的一种实施方式放置在所述第一基部上；
[0057]z.第二基部，所述第二基部安置在所述加固件的顶端，并通过焊接固定至所述加固件的顶部。
[0058]因此，通过结合根据本发明的方法的不同实施方式，能够制造复杂的夹层零件，如蜂巢形零件。例如，两个基部能够是不同形状，也能够不平行，或加固件的密度能够在零件的表面上是可变的。
[0059]有利地，第一基部，加固件，第二基部由不同材料制成。

【专利附图】

【附图说明】
[0060]下面将以优选的实施方式并参考附图1-10来描述本发明，所述实施方式并不是限制性的，其中:
[0061]图1示出了由根据本发明的方法制造的零件的示例的立体视图；
[0062]图2示出了由根据本发明的方法及设备实现的图1中的与零件制造的开始相对应的一系列初始操作的局部截面前视图；
[0063]图3示出了适于执行本发明的数控机床的结构的示例的立体视图；
[0064]图4示出了根据本发明的加工头的示例实施方式的外壳开口的轮廓视图；
[0065]图5示出了根据本发明的加工头的示例实施方式的前视立体视图；
[0066]图6示出了不带外壳的图5所示出的加工头的端部处的立体视图；
[0067]图7示出了包括旋转对称的基部的零件的俯视立体视图；
[0068]图8示出了根据本发明的方法的一系列操作的示例，其中包括增量成形操作；
[0069]图9示出了根据本发明的夹层结构的零件实施示例的立体分解视图；以及
[0070]图10是根据本发明的方法的复杂实施方式的逻辑示图。

【具体实施方式】
[0071]由图2A所示，根据本发明的方法的实施示例，其对应于图1所示的制造零件100的前几个操作，所述方法包括，用于在板110中制造钻孔115的第一轮廓铣削加工步骤。为此，所述板110定位在机床空间内部并且选择成形工具，在此情况下为铣刀240。
[0072]由图2B所示，制造钻孔115，选择通过添加材料进行加工的工具250以便制造形状120的第一部分220。根据本发明的方法，执行所述操作而不更换机床的所述头也不改变板110的位置，使得先前制造的设置的材料220和钻孔115相对于彼此极好地定位，因为定位的精度仅由机床的路径的跟踪精度决定。根据一个实施示例，通过材料的添加的加工方法是喷射熔化的粉末的方法，其中所述粉末由激光束熔化。该种方法在例如专利文献EP-B-0574580中描述。所述方法使得能够不使用粘合剂而进行通过材料添加而进行加工。因此，设置的材料具有与由铸造方法执行的相同材料的机械性质相似的机械性质。设置的连续的层在因此制造的表面上形成了凸起或阶221。
[0073]由图2C所示，根据本发明的方法的一个实施示例，在之前操作中通过添加材料进行加工的部分220被通过沿轮廓铣削而重新加工，以便校准其厚度e，消除凸起并实现目标表面条件质量。因此，根据该种实施方式，通过添加的加工的操作参数被优化以得到所述方法允许的最好的设置材料质量，而对于设置的材料部分220的精确几何形状没有约束，其将在接下来的轮廓铣削操作中被重新加工。在两次操作之间，机床不被重新配置，零件定位也不被改变，在机床空间内部添加材料的部分220的位置被安全知道。因此可进行轮廓铣削操作而不必重新调整轴。所以执行该轮廓铣削操作的精度仅取决于机床路径跟踪的精度。
[0074]事实上，由图3的实施示例所示，根据本发明的设备包括机床300，所述机床300包括支承执行器340的加工头370。根据本发明，所述执行器340包括成形工具或添加加工的喷嘴，其中，添加加工和成形加工工具总是联合地安装在加工头内部，以使得所述加工头的质量基本保持不变，在成形工具的重量的范围内。所述的加工头370在机床工作空间内部被由数控系统控制的机动轴驱动。在此非限制性的实施示例中，机床300包括三个垂直的平移轴:
[0075]-水平轴311，即轴X，其与机床的台面361的位移对应；
[0076]-水平轴312，即轴Y，其垂直于前一轴311，被支承加工头370的撞锤362承载；
[0077]-竖直轴313，即轴Z，其垂直于其他两轴，沿立柱363上引导的撞锤362传递。
[0078]根据该实施示例，这三个与平移运动对应的轴和两个旋转位移轴相关联:
[0079]-绕轴Y，即轴B的旋转运动314，其应用于加工头370；
[0080]-绕轴Z，即轴C的旋转运动315，其由滚筒364支承，滚筒364自身连接至台面361。
[0081]所有这些轴被数控系统(未示出)所控制，所述数控系统由合适的传感器测量每个轴的位置，以使得获知每个轴在机床的参考系310中的位置。零件100在机床中的定位包括确定所述零件，即零件表面，在机床的参考系310中的位置和定向。该种被称为“串联”结构的机床实施方式不是排他的，根据其他的有利的实施方式，机床包括构造成并联结构的机动轴。在所有情况下，根据本发明的加工设备包括足够数量的位移轴以使得:不论成形工具还是添加加工工具，都能够根据沿工作空间内部三个维度延伸的路径的法线方向连续地定向。
[0082]根据现有技术的通常和已知的特征，数控系统包括数值表，该数值表一方面使得能够将从机床参考系内的轴的位移和位置传感器接收到的几何信息转换成工具或更通常地安装在加工头中的执行器的位置和方向；另一方面，被称为补偿表的表使得能够补偿机床的变形，运动的不精确或甚至热膨胀，其目的在于不因这些误差源而仍然保证实际路径与执行器编程路径之间的匹配性。
[0083]因此，使零件100在机床空间内部就位或重新就位或改变定位将会导致所述零件在所述空间内的定位和定向的不确定性，该不确定性取决于测量该位置的装置的精度和将该定位状态转变成为机床的轴的控制的能力。当机床空间内部重新定位的表面是具有复杂形状的表面时，该问题更加尖锐。
[0084]类似地，根据现有技术，在加工头370中更换或使用其他位移轴以便由一种类型的执行器转变为另一种类型的执行器，一方面引入了新的所述头在机床上的定位不精确，这更特别地是因为需要加载用于几何形状变换的数值表及补偿的数值表。该操作不能在同一加工程序内实现。因此，在数控机床上更换所述头等同于更换机床，即使在更换所述头时零件在机床上保持就位，零件在机床参考系内的有效位置及定向相对于路径发生改变。因此，根据本发明的设备通过避免不论是机床配置改变还是零件重新定位，使得其能够成本有效且迅速地实现精确的尺寸，例如图2C所示的厚度尺寸e。
[0085]如图2D所示，更特别地在热条件下添加加工的情况下，例如喷射被激光束工具熔化的粉末，仅由于所述零件100的热膨胀作用，所述零件的形状在两次材料添加加工之间都易于被改变。根据本发明的设备有利地包括传感装置260，其能够测量零件的精确形状，更进一步地，重新调节添加加工或成形加工的路径。
[0086]如图2E所示，根据本发明的方法的实施示例，感测操作获得的几何形状信息结果用于通过重新选择添加加工工具250以精确的方式将第二部分230放置在第一部分220上。根据此种实施示例，使用具有五个位移轴的机床300能够定向添加加工工具250以制造复杂的形状。
[0087]如图2F所示，在前面添加加工操作中放置的部分230由去除材料加工工具240在内外表面进行精加工，以校准部分230的形状，厚度及表面状态。根据一种特别的实施方式，该精加工操作包括通过合适的工具241，重新加工在前边添加操作中放置的部分230的顶端，以形成其形状，以便能够优化在之后添加加工操作中放置的材料层接触的结合。对于这些烧蚀加工操作中的每一个，工具240，241在工作空间中有利地定向为在基本上沿其活动的端部所遵循的路径的法向方向。基本上沿法向方向考虑了相对于目的法向的局部定向，以避免过度切或干涉。
[0088]如图2D至2F所示，重复以上顺序直至获得完成的零件。材料去除加工操作和添加加工操作的交替作用使得实现最终整体完美的形状，这绝不可能由其他成形技术实现。
[0089]尽管根据实施示例的材料去除加工操作呈现为轮廓或端部铣销操作的形式，但是根据本发明的方法适合所有类型的材料去除加工，尤其是磨削加工操作，例如抛光或研磨。
[0090]如图4的实施示例所示，示出不具有外壳的本发明的设备的加工头370，连续地包括以下至少两种执行器:
[0091]-喷射粉末并同轴地熔化粉末的添加加工喷嘴451；
[0092]-和用于材料去除加工的铣销主轴440。
[0093]固定界面476使得能够将所述加工头连接至机床工具的撞锤。
[0094]如图5的根据本发明的设备的有利的实施方式所示，加工头370连续地包括四个执行器，即:
[0095]-传感设备460；
[0096]-和第二添加加工喷嘴452；
[0097]加上第一添加加工喷嘴451和铣销主轴440。
[0098]根据该实施示例，每个添加加工设备或喷嘴451，452包括用于供应粉状材料和被称为容纳流体的流体的装置453，该装置453能够将所述材料注入喷嘴中。每个喷嘴还与装置454相连接，所述装置用于带来能够熔化以此方法注入的粉末的激光束。
[0099]根据实施示例，使用的激光为功率为大约4000瓦特的二极管激光。这种类型的激光一方面在其结合了喷射粉末材料的的装置时适合添加加工操作；另一方面在单独使用时还适合焊接操作。
[0100]如图6所示，添加加工喷嘴451，452安装在滑轨651，652上的加工头内。因此，在成形操作中所述喷嘴被撤回加工头内部以避免所述喷嘴和零件或机床部件的碰撞风险。两个添加加工喷嘴451，452的使用使得能够在同一加工阶段中改变所设置的材料的特性，或能够根据设置的材料的量和制造细节的细小程度而使用设置材料的不同的输入率。
[0101]根据该实施示例，成形工具经由能够自动更换工具的标准化的附接件441安装在主轴440上。作为非限制性的示例，附接件能够从根据标准ISO 12164-1的HSK系列中选择，其尺寸适合主轴的功率和其旋转速率。根据现有技术的已知的配置，该种附接件配备有包括刀具的几何形状信息的电子芯片，主轴配备有能够在工具更换时自动读取这些信息并因此将其整合进路径计算的阅读器。因此，实施根据本发明的方法的机床有利地装备有自动工具更换器。喷嘴451，452在每次更换工具时被撤回。
[0102]主轴有利地适合以高的切割速度通过去除材料进行加工。因此，在这些操作中为了限制不论是机床还是零件的变形，零件表面以减小的切割力完成。
[0103]执行器组451，452，440，460总是在加工头内，使得根据本发明的方法实施的多种加工操作能够以具有基本上恒定的，在成形工具的重量范围内的机器质量而实现。
[0104]根据先前的实施示例，通过去除材料而成形的操作通过向工具传递切割运动通过铣销而实现。
[0105]如图7所示，根据适应制造具有绕轴710旋转对称的表面的零件700的实施示例，所述零件有利地由车销成形的方法通过给零件传递绕对称轴710的旋转切割运动而制造。
[0106]为此，回到图3，根据特别实施示例，固定有零件的机床的工作台364联结在能够将适合的切割运动传递至所述工作台364的机动装置上。可替代地，零件安装在水平或竖直的车销中心的被索引的芯轴上。
[0107]回到图7，零件700还包括，由添加加工制造的部分720。根据实施变型，该部分是空心的并且具有或不具有旋转对称。
[0108]如图8所示，根据本发明的方法的实施示例，该方法使用板状基部810，如图8A所示，该基部经受增量成形的第一成形操作。增量成形是塑性变形的成形方法，该塑性变形例如如文献US 3342051描述，其包括由遵循路径的工具制造对枉件局部地拉制。
[0109]如图8A所示，金属板材810被模具841上的枉件保持器860沿边缘固定。成形由安装在机床的所述头内的，例如加工主轴内的增量成形工具840实施。
[0110]如图8B所示，成形后，枉件810遵循模具841的形状。添加加工设备250然后用于例如补偿枉件由于拉制而造成的厚度的局部损失。根据本发明的方法使得能够基于成形特性而选择制造枉件810的金属，添加加工方法于是有利地用于在所述枉件上设置涂层，该涂层能给予所述枉件其他特性，如表面硬度或抗氧化性，其或许还与初始枉件的成形特性不相容。根据一种实施方式，添加加工操作用于制造增量成形不能实现的外形。例如可以局部地增强成形部分的厚度，以例如形成用于接收紧固件的凸起。
[0111]如图8C所示，添加加工操作中设置的材料820被材料去除加工而重新加工以给予其局部精确厚度或确定的表面质量。
[0112]在同一加工阶段中实施这一组操作能够相对于由成形得到的表面的形状而精确定位材料的添加和去除，因此使得能够批量地制造零件。
[0113]如图9所示，根据本发明的方法的实施示例中，该方法适用于制造例如称为蜂巢形的夹层结构复合零件900。根据实施示例，第一基部910由例如通过去除材料的加工以给予其所需的几何属性。加固件920通过添加加工而设置在基部上，如果需要，根据所需几何形状属性而精加工。第二基部930然后放置在加固件920顶部，并由添加加工喷嘴中的一个的激光束穿透焊接在加固件920上。根据加固件的(图中未示出)实施示例，具有与第一加固件920不同形状或不同方向的加固件被放置在第二基部930上，第三基部(图中未示出)焊接在加固件上，如此以便得到多层层迭的整体。
[0114]根据实施示例，第一基部910，第二基部930和加固件920由不同材料组成。
[0115]图9示出的实施示例出现在基本为平面的夹层结构零件900的情况下。根据本发明的方法适合制造复杂形状的夹层结构零件，该零件可能是不能够展开的，所述复杂零件由包括材料去除，材料添加和塑性变形成形的加工操作的全部或部分进行组合而得到。
[0116]如图10所示，根据一个复杂的实施示例，第一基部被安放1010在位于机床台面上的模具上。该第一基部为了具有成形性，而选择金属板材的形式。在成形操作1020中，所述第一基部通过增量成形压靠在模具上。在涂层操作1030中，通过添加加工将材料层设置在所述基部的表面上。因此厚度增加了该材料层的厚度的基部变得刚硬。在烧蚀加工操作1040中，在前一操作时设置的材料层被加工成使得厚度均匀。在添加加工步骤1050中，加固件例如蜂巢加固件放置在所述基部的表面上。根据实施示例，因此放置的蜂房的尺寸从基部边缘至基部中心有变化。该设置操作1050包括连续的添加加工操作1051和烧蚀加工操作1052。烧蚀加工操作1060使得能够重新加工蜂房的顶部，使得该顶部具有不与第一基部的表面平行的表面。第二基部具有金属板材的形式，安放1070在机床内并由边缘处的枉件保持器夹住。在增量成形操作1080中，所述第二基部压靠在蜂房顶部。最后，在穿透焊接操作中，所述第二基部被焊接之所述蜂房的顶部。因此，由本发明的设备实施的本发明的方法能够得到具有复杂形状的复合零件，该零件包括由表面加固可变的加固件分隔的两个不平行的表面，而不必从机床上拆卸零件。
[0117]前面的描述和实施示例证明本发明达到了其想要的目的。特别地，本发明能够通过材料去除，添加和变形的组合加工方法而自动制造零件，该零件由多种材料组成，并通过可以重新调节每个加工方法的路径而由同一数控程序制造。本发明尤其适合制造包括尤其是蜂巢形的内部加固件的复合零件。
【权利要求】
1.一种用于加工零件(100，700)的设备，所述设备包括: a.加工头(370)和机动轴(311，312，313，314，315)，所述机动轴(311，312，313，314，315)包括使所述头在被称为工作空间的空间内部位移的旋转轴线(314，315)； b.使所述零件(100)在所述工作空间内部定位和保持就位的装置； c.其特征在于，所述加工头(370)包括支承材料成形工具的装置(440)和能够供应材料的装置(250，451，452)。
2.一种由根据权利要求1所述的设备实施的方法，其特征在于其包括以下步骤: 1.在添加操作期间，用所述供料装置(250)在零件上设置一材料层(220，820); i1.在成形操作期间，用所述成形工具(240，840)对零件的一部分(220，110，810)进行成形； ii1.所述添加操作和所述成形操作是在同一加工阶段中沿着在空间中的三个维度上延伸的路径实现的，所述供料装置和所述成形工具定向为垂直于这些路径。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于其包括: d.安放在所述加工头(370)上的传感装置(260，460)； e.用于测量机床空间内的所述传感装置在所述机动轴(311，312，313，314，315)上的位置的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述成形工具是切割工具(240)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于其包括: f.将切割运动传递至所述切割工具(240)的装置(440，441)。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于其包括: g.将切割运动传递至所述零件(700)的装置(364)。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述成形工具包括通过材料的塑性变形而进行成形的工具(840)。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述供料装置包括: c1.喷嘴(451，452)，所述喷嘴(451，452)包括喷射金属粉末的孔口 ； ci1.生成与所述喷嘴(451，452)的所述孔口同轴的激光束的装置(454)，所述激光束生成装置(454)能够在粉末被喷射时熔化粉末。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，通过质量基本相同的加工头相继地执行添加操作和成形操作。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述成形操作是在之前的所述添加操作期间所设置的材料层(220，820)上执行的沿轮廓切割操作。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述添加操作期间所设置的所述层(220，820)被添加在之前已经受成形操作的表面上。
12.根据权利要求2所述的方法，实施根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述方法包括以下步骤: iv.在成形操作或添加操作之前执行零件感测操作，以便在机床空间内部重新调节所述操作。
13.根据权利要求2所述的方法，使用根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述成形操作是增量成形操作。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在所述添加操作中，基部(110，810)和所设置的材料(220，820)具有不同的性质。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以前的成形操作是增量成形操作。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在通过增量成形而首先成形的表面上添加材料的操作结束时，包括以下步骤: V.于在以前成形的表面上所设置的所述材料层(820)上执行切割操作。
17.根据权利要求2所述的方法，使用根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述方法包括以下步骤: v1.在步骤(i)至(iii)中制造的零件上放置增加的零部件(930)； vi1.使用所述加工头的激光束将所述增加的零部件(930)焊接至所述零件。
【文档编号】B23P15/00GK104470678SQ201280069006
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】让-伊夫·阿斯科埃, 吉勒斯·卡拉宾, 帕斯卡尔·莫尼奥尔 申请人:南特中央理工大学