一种金属零件的增减材复合制造装备及方法与流程

文档序号:12361619阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种金属零件的增减材复合制造装备,其特征在于,该装备包括增材制造组件、减材制造组件、气氛调控组件和控制系统;

所述增材制造组件用于对待加工零件实施激光选区熔化;所述减材制造组件用于对已熔化成形的金属零件切片层实施机械加工;所述气氛调控组件用于在零件制造过程中为激光辐照区域提供保护气体和清除激光辐照区域产生的金属烟尘;所述控制系统用于处理待成形金属零件CAD模型,生成增材制造组件与减材制造组件的加工轨迹,并驱动装备各部分的运行。

2.根据权利要求1所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述减材制造组件由一台铣削刀具传动系统和安装在铣削刀具传动系统上的铣削刀具(4)构成;所述增材制造组件为激光选区熔化装置。

3.根据权利要求2所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述铣削刀具传动系统为五轴联动龙门机床,由卧式床身(1)、门式框架(2)和吊臂(3)构成;其中,门式框架(2)横跨可沿左右方向伸缩的卧式床身(1);吊臂(3)安装在门式框架(2)的上部,可沿前后方向与竖直方向滑动;铣削刀具(4)安装于吊臂(3)下方。

4.根据权利要求2所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述铣削刀具传动系统包括第一铣削导轨(23)、第二铣削导轨(24)、铣削横梁(25)、铣削滑块(26)、铣削导轨支撑柱(27)和吊臂(3);其中,第一铣削导轨(23)与第二铣削导轨(24)分别通过铣削导轨支撑柱(27)安装于所述激光选区熔化装置的基座(5)上表面的前后两端,第一铣削导轨(23)与第二铣削导轨(24)可带动与其相连的铣削横梁(25)沿左右方向往复运动;第一铣削导轨(23)与第二铣削导轨(24)的高度高于第一扫描导轨(14)、第二扫描导轨(15)和激光扫描发生器(11);铣削滑块(26)与铣削横梁(25)相连,可沿前后方向滑动;吊臂(3)与铣削滑块(26)相连,可沿竖直方向滑动;铣削刀具(4)安装于吊臂(3)下方。

5.根据权利要求3所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述激光选区熔化装置包括基座(5)、工作平台(6)、铺粉器(7)、成形缸(8)、第一储粉室(9)、第二储粉室(10)、激光扫描发生器(11)、第一铺粉导轨(12)、第二铺粉导轨(13)、第一扫描导轨(14)、第二扫描导轨(15)、基板(16)、活塞(17)、第一储粉室支架(18)、第二储粉室支架(19)、工作平台支撑柱(20)和扫描导轨支撑柱(21);其中,基座(5)安装于卧式床身(1)的上表面,可通过卧式床身(1)的伸缩及吊臂(3)的滑动实现与铣削刀具(4)沿左右、前后及竖直方向的相对移动;工作平台(6)通过工作平台支撑柱(20)安装于基座(5)上方;第一铺粉导轨(12)与第二铺粉导轨(13)分别安装于工作台(6)上表面的前后两端,两者可带动与其相连的铺粉器(7)在工作平台(6)上表面沿左右方向往复运动;第一储粉室(9)与第二储粉室(10)分别开设于铺粉器(7)运动轨迹左右两侧的上方,并分别通过第一储粉室支架(18)与第二储粉室支架(19)与工作台(6)的上表面相连;N个自左至右排列的成形缸(8)均匀开设于工作平台(6)上表面由第一铺粉导轨(12)、第二铺粉导轨(13)、第一储粉室(9)竖直投影和第二储粉室(10)竖直投影所围的区域,N≥1;活塞(17)安装于每一个成形缸(8)的缸体底部,基板(16)安装于活塞(17)上方,可在活塞(17)带动下在成形缸(8)的缸体内部沿竖直方向升降;第一扫描导轨(14)与第二扫描导轨(15)通过扫描导轨支撑柱(21)安装于基座(5)上方,两者可带动与其相连的激光扫描发生器(11)在工作平台(6)上方沿左右方向往复运动;第一扫描导轨(14)、第二扫描导轨(15)和激光扫描发生器(11)的高度低于门式框架(2)的横梁;激光扫描发生器(11)内部含有M个扫描振镜系统(22),M≥1。

6.根据权利要求4所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述增材制造组件包括基座(5)、工作平台(6)、铺粉器(7)、成形缸(8)、第一储粉室(9)、第二储粉室(10)、激光扫描发生器(11)、第一铺粉导轨(12)、第二铺粉导轨(13)、第一扫描导轨(14)、第二扫描导轨(15)、基板(16)、活塞(17)、第一储粉室支架(18)、第二储粉室支架(19)、工作平台支撑柱(20)和扫描导轨支撑柱(21);其中,基座(5)位于装备最底部;工作平台(6)通过工作平台支撑柱(20)安装于基座(5)上方;第一铺粉导轨(12)与第二铺粉导轨(13)分别安装于工作台(6)上表面的前后两端,两者可带动与其相连的铺粉器(7)在工作平台(6)上表面沿左右方向往复运动;第一储粉室(9)与第二储粉室(10)分别开设于铺粉器(7)运动轨迹左右两侧的上方,并分别通过第一储粉室支架(18)与第二储粉室支架(19)与工作台(6)的上表面相连;N个自左至右排列的成形缸(8)均匀开设于工作平台(6)上表面由第一铺粉导轨(12)、第二铺粉导轨(13)、第一储粉室(9)竖直投影和第二储粉室(10)竖直投影所围的区域,N≥1;活塞(17)安装于每一个成形缸(8)的缸体底部,基板(16)安装于活塞(17)上方,可在活塞(17)带动下在成形缸(8)的缸体内部沿竖直方向升降;第一扫描导轨(14)与第二扫描导轨(15)通过扫描导轨支撑柱(21)安装于基座(5)上方,两者可带动与其相连的激光扫描发生器(11)在工作平台(6)上方沿左右方向往复运动;激光扫描发生器(11)内部含有M个扫描振镜系统(22),M≥1。

7.根据权利要求1至6中任一所述增减材复合制造装备,其特征在于,所述气氛调控组件包含保护气源(28)、除尘机(29)和密闭腔体(30);其中,密闭腔体(30)用于将减材制造组件和增材制造组件封闭于其内部;保护气源(28)与除尘机(29)位于密闭腔体(30)外部,分别负责在零件制造过程中为激光辐照区域提供保护气体和清除激光辐照区域产生的金属烟尘。

8.根据权利要求1至6中任一所述增减材复合制造装备,其特征在于,该装备能够用于同时制造多个零件,所述增材制造组件和减材制造组件既可交替工作,又可同步工作。

9.一种利用权利要求1至8中任一所述增减材复合制造装备的成形金属零件的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

第1步控制系统处理金属零件CAD模型,根据模型切片轮廓信息生成增材制造组件与减材制造组件的加工轨迹;

第2步利用气氛调控组件在激光辐照区域建立惰性、无粉尘气氛;

第3步铺置金属粉末层;

第4步控制增材制造组件沿装备左右方向依次对待加工零件实施激光选区熔化;与此同时,控制减材制造组件沿相同方向依次对已熔化成形的金属零件切片层实施机械加工;

第5步将零件已完成加工的切片层下降一定高度,并在其上方重新铺置金属粉末层;

第6步重复第4步与第5步,直至完成所有金属零件的的增减材复合制造。

10.一种利用权利要求1至8中任一所述增减材复合制造装备的成形金属零件的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

第a步根据生产需求,为每个成形缸(8)分配待加工的金属零件;控制系统将所有金属零件的CAD模型切片以生成激光扫描发生器(11)中的M个扫描振镜系统(22)的扫描轨迹;

第b步控制系统识别每个金属零件须施加机械加工的切片层,并生成铣削刀具(4)的加工轨迹;

第c步利用气氛调控组件在激光辐照区域建立惰性、无粉尘气氛;上升所有成形缸(8)中的基板(16),使基板(16)上表面位于扫描振镜系统(22)的焦平面;

第d步铺粉器(7)接受第一储粉室(9)所提供的金属粉末,并自左至右依次在所有成形缸(8)上表面铺置具有一定厚度的金属粉末层;

第e步激光扫描发生器(11)中的M个扫描振镜系统(22)自左至右依次对所有成形缸(8)上表面铺置的金属粉末层实施激光选区熔化,并在最左侧成形缸(8)上表面的金属粉末层完成激光选区熔化后,利用铣削刀具(4)自左至右依次对所有成形缸(8)上表面已经熔化成形的金属切片层实施机械加工;

第f步将所有基板(16)沿竖直方向下降与零件切片层厚度相同的距离;

第g步铺粉器(7)接受第二储粉室(10)所提供的金属粉末,并自右至左依次在所有成形缸(8)上表面铺置具有一定厚度的金属粉末层;

第h步激光扫描发生器(11)中的M个扫描振镜系统(22)自右至左依次对所有成形缸(8)上表面铺置的金属粉末层实施激光选区熔化,并在最右侧成形缸(8)上表面的金属粉末层完成激光选区熔化后,利用铣削刀具(4)自右至左依次对所有成形缸(8)上表面已经熔化成形的金属切片层实施机械加工;

第i步将所有基板(16)沿竖直方向下降与零件切片层厚度相同的距离;

第j步重复步骤第d步~第i步,直至完成所有金属零件的增减材复合制造。

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