一种五轴增减材复合加工装置的制作方法

本发明涉及一种高精度零件的制造加工设备，具体涉及一种增减材加工装置。

背景技术：

增材制造（additivemanufacturing，am）俗称3d打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。

区别与增材制造，传统的切削等机加工方式俗称为减材制造方法。

减材制造与增材制造在很多方面都是各有利弊。就像两兄弟一样，虽然各有各的好与不好，但都无法被取代。传统制造业虽然工序复杂，操作繁琐，而且一些工艺的实现也需要很多条件，但是，它却在很多方面能够达到一定的高标准要求，而且在批量生产方面，都是远远优于增材制造的。而目前的3d打印产业，首先，材料是一大难关，材料的要求非常之高；其次，增材制造不适于批量生产之用，而且目前的增材制造技术水平，很多方面的技术要求都无法达到。

因而目前通常无法通过单一制造方式能够达到高精度的要求。但是如果频繁更换加工设备和加工场地则会增加周转时间，同时因为更换夹具的定位误差则会影响加工精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，结合现有技术的上述技术缺陷提供一种一体化的增减材复合加工装置，在一台设备上完成增减材加工，能够保证加工精度一致性同时可以提高加工效率，特别适用于批量加工；同时能够适应不同材料的制造，适用性更广。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种五轴增减材复合加工装置，包括双z轴增减材模块、支撑梁、横梁、摇篮式工件盘；其特征在于：

横梁的两端分别搭设在两侧的支撑梁上，两侧的支撑梁为横梁提供支撑，支撑梁顶部表面为导轨，横梁设置为能够在支撑梁上沿着支撑梁顶部表面的导轨进行沿水平y轴方向直线进给；

横梁上设置沿水平x轴方向导轨，x轴与y轴互相垂直并在同一个平面上，且x轴与y轴均与z轴垂直，导轨上卡合着双z轴增减材模块，双z轴增减材模块设置为能够沿着横梁x轴方向导轨直线进给；

双z轴增减材模块包括移动框架、打印头和铣削头；打印头和铣削头分别安装在移动框架两侧，打印头和铣削头设置为能够分别沿z轴方向设置的导轨滑动而实现直线进给；

在横梁下方两侧的支撑梁之间的空间内，悬空设置摇篮式工件盘；所述摇篮式工件盘通过两臂固定在两支撑梁之间，并能够通过两臂绕x轴方向旋转；摇篮式工件盘分为定盘和动盘，所述定盘与两臂固定连接，所述动盘设置为能在定盘上绕与定盘所在平面垂直的方向周向回转。

进一步的，摇篮式工件盘分为定盘和动盘，所述定盘与两臂吊耳固定连接，吊耳连接在两支撑梁上并能通过旋转电机驱动；所述动盘通过步进电机在定盘上绕与定盘所在平面垂直的方向周向回转。

进一步的，摇篮式工件盘分为定盘和动盘，所述定盘与两臂吊耳固定连接，吊耳连接在两支撑梁上并能通过旋转电机驱动；所述动盘通过步进电机在定盘上绕与定盘所在平面垂直的方向周向回转。

进一步的，摇篮式工件盘的定盘设置为框架模式。

进一步的，横梁通过滚珠丝杠驱动而在支撑梁上沿着支撑梁顶部表面的导轨进行y方向直线进给。

进一步的，打印头和铣削头分别设置移动框架两侧导轨上，且在垂直方向上看，打印头和铣削头分居于横梁两侧。

进一步的，打印头和铣削头分别通过滚珠丝杠在移动框架两侧导轨上直线滑动进给。

进一步的，打印头和铣削头进行分别控制，进行增材打印时，铣削头始终在移动框架最上端；进行减材加工时，打印头始终在移动框架最上端。

该装置通过上述方式将五轴加工精密组合，节省加工程序同时节省场地；将增材、减材制造集于一体，使两者进行优势互补，大幅度缩短了零件制造周期以及方便更高精度零件的制造加工。同时，由于增减材互补，对于加工材料的适用和加工方式的扩展又有了更大的适用性。

附图说明

图1为本发明五轴增减材复合加工装置的整体结构示意图。

图2为双z轴增减材模块的结构示意图。

图3为摇篮式工件盘的结构示意图。

图1-3中，各附图标记对应如下：

支撑梁1、横梁2、双z轴增减材模块3、摇篮式工件盘4、铣削头5、滚珠丝杆6、移动框架7、打印头8、工件盘支架9、工件盘10、工件盘底座11、吊耳12、转动电机13。

具体实施方式

根据本发明实施的五轴增减材复合加工装置主要包括支撑梁1、横梁2、双z轴增减材模块3、摇篮式工件盘4。

横梁2的两端分别搭设在两侧的支撑梁1上，两侧的支撑梁1均固定在机架上并为横梁2提供支撑，支撑梁1顶部表面为导轨，横梁2通过滚珠丝杠驱动而在支撑梁1上沿着支撑梁1顶部表面的导轨进行y方向直线进给。

横梁2上沿水平x轴设置导轨（x轴与y轴互相垂直并在同一个平面上，且均与z轴垂直），导轨上卡合着双z轴增减材模块3，双z轴增减材模块3能够沿着横梁2上的导轨进行x轴方向直线进给。

如图2，双z轴增减材模块3包括移动框架7、打印头8和铣削头5。打印头8和铣削头5均安装在移动框架7两侧沿竖直z轴方向设置的导轨上，并通过滚珠丝杠驱动而沿着移动框架7两侧的导轨进行z轴方向直线进给。

如图3，摇篮式工件盘4包括工件盘支架9、吊耳12、工件盘10以及工件盘底座11。工件盘支架9固定在支架上，工件盘10安装在工件盘底座11的上表面，工件盘底座11与工件盘支架9通过吊耳12相连接。在转动电机13的驱动下，工件盘10可绕x轴方向进行转动。工件底盘上安装有步进电机，在控制器的控制下，工件盘10通过此步进电机可以自身完成360度的回转。

在进行增材打印之前，增减材成型设备会进行三维建模，将模型切片分层。随后开始激光层积打印，在打印过程中横梁2通过滚珠丝杠在支撑梁1上表面的导轨上进行y方向进给，移动框架7通过滚珠丝杠在横梁2导轨上进行x方向进给，增材打印头8通过滚珠丝杠在移动框架7上进行z方向进给，工件盘10在步进电机的带动下进行自转以及在转动电机13的驱动下绕x轴进行转动。

打印头8在x、y、z方向的平动和工件盘10的自转以及绕x轴转动共五个自由度，通过五轴联动和根据程序控制进行相互配合运动，最终实现复杂零件的激光层积打印制造。在第一次打印时，会设定一定的切削加工余量，便于成型件的修复加工。进行增材打印时，减材铣削头5始终在移动框架7最上端，防止铣削头5位置干涉。

当进行铣削减材加工时，由减材铣削头5主轴转动进行减材切削加工，同样通过五轴联动和根据程序控制进行相互配合运动，最终实现复杂零件的表面铣削。在减材加工前，增材打印头8回到移动框架7最上端，防止打印头8位置干涉。

该装置通过将增材、减材制造集于一体，使两者进行优势互补，大幅度缩短了零件制造周期以及方便更高精度零件的制造加工。