模块化快换式增减材一体机装备的制作方法

本实用新型涉及智能制造装备技术领域，尤其涉及一种模块化快换式增减材一体机装备。

背景技术：

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，有效地弥补了传统的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又消弱了增材制造技术的优势。因此，开发一种增减材制造一体化装备及其制备技术对充分利用两种技术的优势、提高产品成形效率和质量尤为重要。

现有技术中，在结合增减材制造两种技术方面，公开号为CN207087311U，名称为“增减材多功能加工一体机”的专利中，公开了一种组合增减材制造两种技术的制备方法，该技术将传统的数控加工装备和新型增材制造设备通过同一较长的可动工作台连接起来，零件首先在增材制造装备进行生产，当生产完成后可移动工作台可将零件输送至数控加工装备端，并进行装卡定位，再由数控加工设备的切削完成零件的成形。该技术从结构设计的角度将两种制造技术整合形成一种新型制造设备，但其本质仍然以增材制造技术和减材制造技术为主的设备的简单组合，无法避免过程中零件的重复装卡定位和统一基准的典型问题。同时增材加工和减材加工在不同的设备上，也会造成加工成本的上升。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种无需装卡定位和统一基准的模块化快换式增减材一体机。

一种模块化快换式增减材一体机装备包括工作台、刀库系统、横向移动机构、竖向移动机构、主轴组件、刀具、3D打印装置、数控系统，所述刀库系统、横向移动机构设置在工作台上，所述工作台上设有纵向驱动装置，横向移动机构的底部与纵向驱动装置连接，以使横向移动机构纵向移动，横向移动机构的上端与竖向移动机构连接，横向移动机构带动竖向移动机构在水平方向上横向运动，主轴组件与竖向移动机构连接，竖向移动机构带动主轴组件在竖直方向上运动，刀具、3D打印装置设置在刀库系统或主轴组件上，所述刀库系统包括第一支座、第一电机、载物盘，所述第一支座的下端与工作台固定连接，第一电机设置在第一支座的上端，第一电机的转轴与载物盘的转轴固定连接，载物盘的侧壁上设有若干安放槽，以放置刀具，相应的，刀具设有与安放槽相配合的刀柄，以使刀具能够卡入安放槽内，3D打印装置包括3D打印头、送丝机构，所述3D打印头设有与安放槽相配合的安放柄，以使3D打印头能够卡入安放槽内，送丝机构位于主轴组件的侧壁上，以将3D打印头所需的原料通过送丝机构送入3D打印头内，所述数控系统与纵向驱动装置、第一电机、横向移动机构、竖向移动机构、主轴组件、3D打印装置电性连接，以进行增减材作业。

优选的，所述横向移动机构包括第二支座、横向导轨座、横向丝杆、第二电机，所述第二支座的下端与工作台固定连接，第二支座的上端与横向导轨座固定连接，且横向导轨座向后倾斜设置在第二支座上，以便于承受竖向移动机构的压力，横向导轨座的两侧设有横向导轨，相应的，竖向移动机构上设有与横向导轨相配合的导轨槽，以便于竖向移动机构在横向导轨上移动，横向导轨座的中间设有横向安装槽，横向丝杆设置在横向安装槽内，横向丝杆与横向导轨平行，竖向移动机构设有与横向丝杆相配合的螺纹孔，以使横向丝杆在转动时带动竖向移动机构沿着横向导轨移动，横向丝杆的一端与第二电机的转轴固定连接，第二电机还与横向导轨座的一端固定连接，以使第二电机带动横向丝杆转动，第二电机与数控系统电性连接，以通过数控系统控制横向移动机构的水平移动。

优选的，所述竖向移动机构包括竖向导轨座、竖向丝杆、第三电机，所述竖向导轨座上设有与横向导轨座的横向导轨相配合的导轨槽，竖向导轨座上还设有与横向丝杠相配合的螺纹孔，以使第二电机转动时带动竖向导轨座沿着横向导轨移动，竖向导轨座的两侧设有竖向导轨，相应的，主轴组件设有与竖向导轨相配合的导轨槽，竖向导轨座的中间还设有竖向安装槽，竖向丝杠设置在竖向安装槽中，主轴组件设有与竖向丝杠相配合的螺纹孔，以使竖向丝杆在转动时带动主轴组件沿着竖向导轨移动，竖向丝杆的上端与第三电机的转轴固定连接，第三电机设置在竖向导轨座的上端，以带动竖向丝杆转动，第三电机与数控系统电性连接，以通过数控系统控制竖向移动机构的竖向移动。

优选的，所述主轴组件包括负压吸附主轴、主轴支座，所述负压吸附主轴套设在主轴支座上，且与主轴支座转动连接，负压吸附主轴的吸附孔向下，以吸附刀具或3D打印头，主轴支座的侧边设有与竖向导轨座的导轨相配合的导轨槽，主轴支座的侧边还设有与竖向丝杠相配合的螺纹孔，以在竖向丝杠转动时带动主轴支座竖向移动，负压吸附主轴与数控系统电性连接，以控制负压吸附主轴吸附刀具或3D打印头，主轴支座与数控系统电性连接，以控制负压吸附主轴的转动。

优选的，所述模块化快换式增减材一体机装备还包括激光加工头，以对加工的工件进行打孔、雕刻或切割，所述激光加工头与刀库系统的载物盘的安放槽相匹配，以使激光加工头与安放槽卡合连接。

有益效果：本实用新型的模块化快换式增减材一体机装备包括工作台、刀库系统、横向移动机构、竖向移动机构、主轴组件、刀具、3D打印装置、数控系统。在使用时，如果要增材加工，那么主轴组件就操作3D打印头进行打印；如果要进行减材加工，那么主轴组件就操作刀具进行加工。因此，仅需要通过主轴组件就可以完成对工件的加工，无需重新对工件进行装卡定位，也无需统一基准。同时省去了一套加工设备，减少了加工成本。

附图说明

图1为本实用新型的模块化快换式增减材一体机装备的一较佳角度的结构示意图。

图2为本实用新型的模块化快换式增减材一体机装备的另一较佳角度的结构示意图。

图3为本实用新型的模块化快换式增减材一体机装备的侧视图。

图4为本实用新型的模块化快换式增减材一体机装备的3D打印头结构示意图。

图中：模块化快换式增减材一体机装备10、工作台20、刀库系统30、第一支座301、第一电机302、载物盘303、安放槽3031、横向移动机构40、第二支座401、横向导轨座402、横向丝杆403、第二电机404、竖向移动机构50、竖向导轨座501、竖向丝杆502、第三电机503、主轴组件60、负压吸附主轴601、主轴支座602、刀具70、3D打印装置80、3D打印头801、打印壳体8011、刀柄壳体8012、喷嘴8013、加热铝块8014、喉管8015、喉管块8016、导管8017、拉钉8018、导线管8019、送丝机构802。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参看图1至图3，一种模块化快换式增减材一体机装备10包括工作台20、刀库系统30、横向移动机构40、竖向移动机构50、主轴组件60、刀具70、3D打印装置80、数控系统，所述刀库系统30、横向移动机构40设置在工作台20上，所述工作台20上设有纵向驱动装置，横向移动机构40的底部与纵向驱动装置连接，以使横向移动机构40纵向移动，横向移动机构40的上端与竖向移动机构50连接，横向移动机构40带动竖向移动机构50在水平方向上横向运动，主轴组件60与竖向移动机构50连接，竖向移动机构50带动主轴组件60在竖直方向上运动，刀具70、3D打印装置80设置在刀库系统30或主轴组件60上，所述刀库系统30包括第一支座301、第一电机302、载物盘303，所述第一支座301的下端与工作台20固定连接，第一电机302设置在第一支座301的上端，第一电机302的转轴与载物盘303的转轴固定连接，载物盘303的侧壁上设有若干安放槽3031，以放置刀具70，相应的，刀具70设有与安放槽3031相配合的刀柄，以使刀具70能够卡入安放槽3031内，3D打印装置80包括3D打印头801、送丝机构802，所述3D打印头801设有与安放槽3031相配合的安放柄，以使3D打印头801能够卡入安放槽3031内，送丝机构802位于主轴组件60的侧壁上，以将3D打印头801所需的原料通过送丝机构802送入3D打印头801内，所述数控系统与纵向驱动装置、第一电机302、横向移动机构40、竖向移动机构50、主轴组件60、3D打印装置80电性连接，以进行增减材作业。

在一较佳实施方式中，所述纵向驱动装置为液压系统，液压系统的伸缩端与横向移动机构40的底部连接，数控系统与液压系统电性连接，以控制液压系统驱动横向移动机构40在工作台20上纵向移动。

在另一较佳实施方式中，所述纵向驱动装置的横向移动机构40或竖向移动机构50的结构相似，通过电机带动丝杆使横向移动机构40在工作台20上纵向移动。

现有技术的3D打印头总体的形状为立方体状，不能够安装到刀库系统的安放槽中。为了能够使3D打印头能够安装到刀库系统上，本实用新型对打印头的结构和内部形状做出了改进，具体为：

一种3D打印头801包括打印壳体8011、刀柄壳体8012、喷嘴8013、加热铝块8014、喉管8015、喉管块8016、导管8017、拉钉8018、导线管8019，所述打印壳体8011和刀柄壳体8012螺纹连接，打印壳体8011和刀柄壳体8012形成一个两端开口的腔室，喷嘴8013、加热铝块8014、喉管8015、喉管块8016位于打印壳体8011中，喷嘴8013位于打印壳体8011的端口处且喷嘴8013与导管8017套设连接，加热铝块8014位于喷嘴8013的后端，且加热铝块8014与打印壳体8011卡合连接，喉管8015的前端套设在加热铝块8014中，喉管8015的后端套设在喉管块8016中，喉管块8016与打印壳体8011卡合连接，导管8017套设在喉管8015中，且导管8017位于打印壳体8011和刀柄壳体8012形成的腔室的中心线上，拉钉8018套设在刀柄壳体8012的端口处，导线管8019贯穿拉钉8018，以使导线管8019内的导线连接加热铝块和喷嘴，所述刀柄壳体的外壁与载物盘的安放槽的形状相匹配，以将3D打印头插入到载物盘的安放槽中。

进一步的，所述横向移动机构40包括第二支座401、横向导轨座402、横向丝杆403、第二电机404，所述第二支座401的下端与工作台20固定连接，第二支座401的上端与横向导轨座402固定连接，且横向导轨座402向后倾斜设置在第二支座401上，以便于承受竖向移动机构50的压力，横向导轨座402的两侧设有横向导轨，相应的，竖向移动机构50上设有与横向导轨相配合的导轨槽，以便于竖向移动机构50在横向导轨上移动，横向导轨座402的中间设有横向安装槽，横向丝杆403设置在横向安装槽内，横向丝杆403与横向导轨平行，竖向移动机构50设有与横向丝杆403相配合的螺纹孔，以使横向丝杆403在转动时带动竖向移动机构50沿着横向导轨移动，横向丝杆403的一端与第二电机404的转轴固定连接，第二电机404还与横向导轨座402的一端固定连接，以使第二电机404带动横向丝杆403转动，第二电机404与数控系统电性连接，以通过数控系统控制横向移动机构40的水平移动。

进一步的，所述竖向移动机构50包括竖向导轨座501、竖向丝杆502、第三电机503，所述竖向导轨座501上设有与横向导轨座402的横向导轨相配合的导轨槽，竖向导轨座501上还设有与横向丝杠相配合的螺纹孔，以使第二电机404转动时带动竖向导轨座501沿着横向导轨移动，竖向导轨座501的两侧设有竖向导轨，相应的，主轴组件60设有与竖向导轨相配合的导轨槽，竖向导轨座501的中间还设有竖向安装槽，竖向丝杠设置在竖向安装槽中，主轴组件60设有与竖向丝杠相配合的螺纹孔，以使竖向丝杆502在转动时带动主轴组件60沿着竖向导轨移动，竖向丝杆502的上端与第三电机503的转轴固定连接，第三电机503设置在竖向导轨座501的上端，以带动竖向丝杆502转动，第三电机503与数控系统电性连接，以通过数控系统控制竖向移动机构50的竖向移动。

进一步的，所述主轴组件60包括负压吸附主轴601、主轴支座602，所述负压吸附主轴601套设在主轴支座602上，且与主轴支座602转动连接，负压吸附主轴601的吸附孔向下，以吸附刀具70或3D打印头801，主轴支座602的侧边设有与竖向导轨座501的导轨相配合的导轨槽，主轴支座602的侧边还设有与竖向丝杠相配合的螺纹孔，以在竖向丝杠转动时带动主轴支座602竖向移动，负压吸附主轴601与数控系统电性连接，以控制负压吸附主轴601吸附刀具70或3D打印头801，主轴支座602与数控系统电性连接，以控制负压吸附主轴601的转动。

负压吸附主轴601为具有负压吸附功能的主轴，主轴的下端设有卡盘以便于将刀具70或3D打印头801吸附后进行固定。

进一步的，所述模块化快换式增减材一体机装备10还包括激光加工头，以对加工的工件进行打孔、雕刻或切割，所述激光加工头与刀库系统30的载物盘303的安放槽3031相匹配，以使激光加工头与安放槽3031卡合连接。

增材加工的过程为，数控系统设定好3D打印程序，将3D打印头801移动至负压吸附主轴601上，按照程序设定的指令进行3D打印。

从3D打印头801转移到负压吸附主轴601上，可以通过机械手进行移动。当负压吸附主轴601的吸附力大于刀库系统30与3D打印头801之间的摩擦力时，还可以将负压吸附主轴601移动至3D打印头801的正上方，然后吸附到负压吸附主轴601上。在这种情况下，3D打印头801的头部插入刀库系统30的安放槽3031内，以便于负压吸附主轴601将3D打印头801的尾部吸入到负压孔中。当负压吸附主轴601将3D打印头801固定后，做好3D打印准备工作，然后按照程序设定的指令，由数控系统控制纵向驱动装置、横向移动机构40、竖向移动机构50、主轴组件60进行3D打印。在负压吸附主轴601的下方可设置一移动小车，负压吸附主轴601直接将物料打印到移动小车形成工件，以便于搬运。同时还可以在移动小车上设置转盘，转盘由数控系统控制，从而通过控制转盘转动加工回转体工件。

程序设定及打印的具体过程为：将被成形零件的三维模型导入该装备布图切片处理单元，根据零件三模模型编译数控系统可识别的G代码指令；根据G代码指令在工作台20上打印。

由于3D打印后的工件精度以及造型不能够满足实际使用要求。因此还需要通过刀具70对工件进行减材加工。减材加工时，根据需要，由数控系统调用相应的刀具70根据程序设定好的路径进行车、铣、刨、磨、钻、镗等作业。该设定好的路径所使用的指令为增材加工过程中的同一套G代码指令。如果要对工件进行雕刻、切割等作业时，还可以调用激光加工头进行作业。激光作业主要通过激光发射高能量密度的激光聚集到零件某一坐标处，实现复杂局部位置的打孔、雕刻以及切割处理。

增减材制造两种技术共用同一数控系统、工作台20、横向移动机构40等传动机构，大大降低了设备成本、保留了原有数控加工设备的各项成熟精度指标，实现了对复杂零件的增减材一体化制造。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。