一种激光同轴送粉复合制造机床及工件复合制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种激光同轴送粉复合制造机床及工件复合制造方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天、核能源、海洋工程制造业对精密复杂零部件的需求日益迫切，目前兴起的增材制造技术以其灵活、高效的特点，在复杂零部件的制造中得到快速发展。但增材制造的复杂零部件尺寸精度和表面质量往往低于实际要求，在增材成型后需要在传统机床上进行二次减材(如切削等)加工。由于需要二次装夹和基准重新定位，导致工件尺寸精度和形状精度不高、生产效率低下、成本增加。增材制造的零部件往往比较复杂，对于这些零部件的减材加工比较困难，甚至不可能。增材制造后的零部件内、外表面粗糙，并且含有微观裂纹、未融化或部分融化的粉末、气孔、杂质等缺陷。这些缺陷很可能在后续使用过程中造成粉末脱落堵塞或零部件的疲劳破坏从而导致零部件失效。此外，即使在合理的制造工艺参数下，零部件的内部也会有随机的制造缺陷(如气孔、杂质、裂纹等)产生，这些缺陷需要在零部件的制造过程中加以检测并去除。总而言之，如何提高增材制造零部件的质量和精度是增材制造技术发展和应用中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明针对以上提出的现有增材制造零部件的质量存在缺陷和难以控制精度的问题，研究设计了一种激光同轴送粉复合制造机床及工件复合制造方法。本发明采用的技术手段如下:
[0004]—种激光同轴送粉复合制造机床，包括摇篮式工作台、主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷在线检测机构，所述机床上设有摇篮式工作台，所述主轴设置于摇篮式工作台的上方，所述增材制造机构包括喷嘴和与喷嘴连接的送粉装置，所述喷嘴处设有激光头，所述激光头与激光发生器相连，所述增材制造机构由喷嘴托架夹持，所述喷嘴托架能将喷嘴安装在主轴上并能将喷嘴从主轴上卸载，所述减材加工机构包括刀具、刀库和换刀托架，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头和与所述缺陷检测头相连的缺陷检测信号采集与分析系统。
[0005]进一步地，所述主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷在线检测机构均由数控系统控制。
[0006]进一步地，所述刀库中放置有不同规格的刀具以及缺陷检测头，所述刀库也与数控系统相连，所述换刀托架能从刀库取放刀具和缺陷检测头。
[0007]进一步地，所述摇篮式工作台能绕水平轴线和竖直轴线旋转。
[0008]进一步地，所述喷嘴为同轴送粉喷嘴。
[0009]进一步地，所述缺陷检测头为涡流检测器。
[0010]一种工件复合制造方法，包括如下步骤:
[0011]①在金属基板上进行一定层数的增材制造；
[0012]②减材加工去除表面缺陷，为后续涡流检测提供平整的检测平面；
[0013]③对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷则减材加工去除内部缺陷，如果不存在内部缺陷，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。
[0014]进一步地，步骤③中，对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，对缺陷区域进行减材加工，去除缺陷区域，并重新在去除缺陷区域的位置进行增材制造。
[0015]与现有技术比较，本发明所述的一种复合制造机床及工件复合制造方法具有以下优点:
[0016]1、通过对增材制造、减材加工和缺陷在线检测的复合，保证具有尚尺寸精度，尚表面质量，低内部缺陷的工件的一次成形。
[0017]2、本发明可以在工件一次定位条件下，实现高效、精密的增材减材一体化复合制造，有效缩短生产周期，保证复杂零件制造质量和精度。
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例所述的激光同轴送粉复合制造机床的结构示意图。
[0019]图2是本发明实施例所述的工件复合制造方法流程图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，一种复合制造机床，包括摇篮式工作台14、主轴8、增材制造机构、减材加工机构和能对工件缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，所述机床上设有摇篮式工作台14，所述工作台14能绕水平轴线和竖直轴线旋转，所述主轴8设置于工作台14的上方，所述增材制造机构包括喷嘴7和与喷嘴7连接的送粉装置4，所述喷嘴7处设有激光头6，本实施例中喷嘴7为同轴送粉喷嘴，所述激光头6通过光纤3与激光发生器5相连，所述增材制造机构由喷嘴托架2夹持，所述喷嘴托架2能将喷嘴7安装在主轴8上或将喷嘴从主轴8上卸载，所述减材加工组件包括刀具11、刀库12和换刀托架9，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头10和缺陷检测信号采集与分析系统13，在不使用的状态下，所述刀具11和缺陷检测头10放置于刀库12中，使用时，所述换刀托架9能从刀库12中取放刀具11和缺陷检测头10并在主轴8上进行装卸。
[0021]所述缺陷检测头10为涡流检测器。涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检导电工件在交变磁场激励作用下所感生的涡流特征，来无损的检测该工件中有无缺陷或评定其技术状态的无损检测方法，具有定量化和高效的特点，因此可以应用于增减材复合制造的缺陷检测模块中。
[0022]所述主轴8、增材制造机构、减材加工机构和在线缺陷检测机构均由数控系统1控制，所述刀库12也与数控系统1相连。
[0023]如图2所示，一种工件复合制造方法，使用本实施例所述的复合制造机床，包括如下步骤:
[0024]①数控系统1控制喷嘴托架2将喷嘴7和激光头6安装于主轴8上，在金属基板上进行一定层数的增材制造；
[0025]②数控系统1控制喷嘴托架2卸载主轴8上的喷嘴7，控制换刀托架9将对应的刀具11从刀库12中取出并安装于主轴8上，对步骤①得到的工件部分进行减材加工去除表面缺陷并提高工件表面质量；
[0026]③数控系统1控制换刀托架9和刀库12卸载刀具11，并安装缺陷检测头10于主轴8上对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，则数控系统获得缺陷检测头当前位置以及缺陷位置和尺寸，数控系统1控制换刀托架9和刀库12卸载缺陷检测头10，并安装刀具11于主轴8上，数控系统1控制主轴8进行减材加工去除内部缺陷所在道次或区域，并重新在该道次或区域进行增材制造；如果不存在内部缺陷，则数控系统1控制换刀托架9将缺陷检测头10从主轴8上卸载，放回刀库12，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。由于减材去除内部缺陷的区域是该缺陷所在的一个或若干个增材道次，因此，不会对后续的制造过程有显著影响。
[0027]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种激光同轴送粉复合制造机床，其特征在于:包括 摇篮式工作台； 主轴，所述主轴设置于摇篮式工作台的上方； 增材制造机构，所述增材制造机构包括喷嘴和与喷嘴连接的送粉装置，所述喷嘴处设有激光头，所述激光头与激光发生器相连，所述增材制造机构由喷嘴托架夹持，所述喷嘴托架能将喷嘴安装在主轴上并能将喷嘴从主轴上卸载； 减材加工机构，所述减材加工机构包括刀具、刀库和和换刀托架；以及 能对工件缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头和与所述缺陷检测头相连的检测信号采集与分析系统。2.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于:所述主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷检测机构均由数控系统控制。3.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于:所述刀库中放置有不同规格的刀具以及缺陷检测头，所述刀库也与数控系统相连，所述换刀托架能从刀库取放刀具和缺陷检测头。4.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于:所述摇篮式工作台能绕水平轴线和竖直轴线旋转。5.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于:所述喷嘴为同轴送粉喷嘴。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的复合制造机床，其特征在于:所述缺陷检测头为涡流检测器。7.—种工件复合制造方法，其特征在于:包括如下步骤: ①根据工艺，在金属基板上进行一定层数的增材制造； ②减材加工去除表面缺陷； ③对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷则减材加工去除内部缺陷，如果不存在内部缺陷，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。8.根据权利要求7所述的工件复合制造方法，其特征在于:步骤③中，对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，对缺陷区域进行减材加工，去除缺陷区域，并重新在去除缺陷区域的位置进行增材制造。
【专利摘要】本发明公开了一种激光同轴送粉复合制造机床，包括摇篮式工作台、主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷在线检测机构，所述增材制造机构包括喷嘴和与喷嘴连接的送粉装置，所述喷嘴处设有激光头，激光头与激光发生器相连，所述增材制造机构由喷嘴托架夹持，所述减材加工机构包括刀具、刀库和换刀托架，所述缺陷在线检测机构包括缺陷检测头和检测信号采集与分析系统。本发明还公开了一种工件复合制造方法，过程主要为增材制造、缺陷在线检测和减材加工循环进行，最终完成复合制造。本发明通过对增材制造、减材加工和缺陷在线检测的复合，保证具有高尺寸精度、高表面质量、低内部缺陷的工件的一次成形,有效缩短生产周期，保证零件制造质量和精度。
【IPC分类】B22F3/105, B33Y50/02, B23P23/04, B22F3/24, B23Q17/00
【公开号】CN105397494
【申请号】CN201510918480
【发明人】张璧, 白倩, 杜巍, 黄鑫, 郭东明
【申请人】大连理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月10日