一种增减材一体机打印头快换装置的制作方法

本发明属于金属零件3d打印装置技术领域，具体涉及一种增减材一体机打印头快换装置。

背景技术：

金属零件的3d打印主要应用领域是航空、航天、军工、模具制造及医疗领域，用于这些领域的共同点就是个性化、小批量的快速制造。相对来说，医疗行业3d打印应用的发展速度较快，而其他领域需求大，但实际应用却比较少，一方面3d打印工艺与传统机加加工工艺比加工精度较低，另一方面加工效率与传统加工工艺比较也较低，再者，金属3d打印材料成本是传统材料的十倍到十几倍，目前应用于这些领域的3d打印设备的自动化程度低。

目前，解决金属3d打印精度低、效率低最有效手段就是增减材一体打印加工技术。其中技术途径之一，是对立式加工中心进行改造，主轴和3d3d打印头共用一个动力头。这样就需3d3d打印头和金属刀具之间快速转换。很多情况下，增减材一体机打印现有数控铣床改造的3d打印一体机，绝大部分是三轴联动的。如果等全打印结束后再进行切削加工，所产生刀具和工件干涉的问题难以解决。同时3d打印后有熔渣形成，最好打印一层切削一层，可以有效去除熔渣和应力，否则，熔渣就会留在打印件内部，影响零件机械性能。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增减材一体机打印头快换装置，包括工作台、行程开关a、行程开关b和快换装置，所述工作台顶部右端设置有快换装置，工作台左端上设置有行程开关a，所述行程开关b设置于机床本体上。

所述快换装置包括滚珠丝杠运动模组，所述滚珠丝杠运动模组滑块顶部设置有刀库，刀库顶板底部对称设置有低位微动开关，刀库顶部设置有防护板，刀库顶板顶部设置有3d打印头，所述3d打印头右端设置有开关座，所述开关座前端顶部设置有高位光电开关，开关座顶部后端设置有中位接近开关。

一种增减材一体机打印头快换装置的使用方法，采用一种增减材一体机打印头快换装置，包括以下步骤，

步骤1，主轴卸刀：当上道机加工序完成后，主轴回到机床换刀位置，通过机械手将刀具放回加工中心原刀库；

步骤2，快移定位a、b位置选择：主轴按照所编程序快速移动到指定位置a或b(实际是工作台运动)触碰行程开关a或行程开关b，外设plc发指令给快换装置步进电机，步进电机驱动快换装置运动到a或b完成刀库a、b位置选择；

步骤3，主轴拉丁松开：3d打印头识别、抓取：以a位置为例，数控系统编程使机床运动到换刀固定位置，实现主轴与3d打印头同心，且主轴完成定位，通过3d打印头低位微动开关完成a位置3d打印头有无判定，当主轴z向接近3d打印头，通过高位光电开关感应到主轴逼近换头位置时，则对外设plc发指令，控制主轴拉刀气缸电磁阀开关进行松开拉钉的动作，为后续换刀插入做准备；

步骤4，主轴拉丁锁紧：当检测到主轴已经达到取3d打印头位置时，中位接近开关感应到主轴到位后，发信号至plc控制主轴拉刀气缸电磁阀开关进行拉钉锁紧完成刀具抓取；

步骤5，3d打印头回刀库：当3d打印头完成3d打印工序后，数控系统编程使机床运动到换刀固定位置并实现准停，当主轴z向接近刀库a位置通过高位光电开关、中位接近开关和低位微动开关检测反馈来确定3d打印头已完成放回刀库，从而由外设plc控制主轴拉刀气缸电磁阀开关，以刀库定位销定位，完成3d打印头放回刀库动作。

本发明的有益效果，

1、本发明装置通过将快换装置在立式加工中心上的安装，通过刀库实现3d打印头与金属刀具之间的快速转换，通过3d打印头与金属刀具之间的不断变换，避免3d打印后熔渣形成，可以有效去除熔渣和应力，进而提高零件的机械性能。

2、本发明装置通过3d打印头与金属刀具之间的不断变换，有效的提高了3d打印技术的工作效率以及零部件的加工精度，并且提高了3d打印设备的自动化程度。

附图说明

图1本发明整体结构示意图；

图2为本发明快换装置结构示意图；

1-工作台，2-行程开关a，3-行程开关b，4-快换装置，5-滚珠丝杠运动模组，6-刀库，7-低位微动开关，8-防护板，9-3d打印头，10-开关座，11-高位光电开关，12-中位接近开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图2所示，一种增减材一体机打印头快换装置，包括工作台1、行程开关a2、行程开关b3和快换装置4，所述工作台1顶部右端设置有快换装置4，工作台1左端上设置有行程开关a2，所述行程开关b3设置于机床本体上。

所述快换装置4包括滚珠丝杠运动模组5，所述滚珠丝杠运动模组5滑块顶部设置有刀库6，刀库6顶板底部对称设置有低位微动开关7，刀库6顶部设置有防护板8，刀库6顶板顶部设置有3d打印头9，所述3d打印头9右端设置有开关座10，所述开关座10前端顶部设置有高位光电开关11，开关座10顶部后端设置有中位接近开关12。

一种增减材一体机打印头快换装置的使用方法，采用一种增减材一体机打印头快换装置，包括以下步骤，

步骤1，主轴卸刀：当上道机加工序完成后，主轴回到机床换刀位置，通过机械手将刀具放回加工中心原刀库；

步骤2，快移定位a、b位置选择：主轴按照所编程序快速移动到指定位置a或b(实际是工作台1运动)触碰行程开关a2或行程开关b3，外设plc发指令给快换装置4步进电机，步进电机驱动快换装置4运动到a或b完成刀库6的a、b位置选择；

步骤3，主轴拉丁松开：3d打印头9识别、抓取：以a位置为例，数控系统编程使机床运动到换刀固定位置，实现主轴与3d打印头9同心，且主轴完成定位，通过3d打印头9低位微动开关7完成a位置3d打印头9有无判定，当主轴z向接近3d打印头9，通过高位光电开关11感应到主轴逼近换头位置时，则对外设plc发指令，控制主轴拉刀气缸电磁阀开关进行松开拉钉的动作，为后续换刀插入做准备；

步骤4，主轴拉丁锁紧：当检测到主轴已经达到取3d打印头9位置时，中位接近开关12感应到主轴到位后，发信号至plc控制主轴拉刀气缸电磁阀开关进行拉钉锁紧完成刀具抓取；

步骤5，3d打印头9回刀库6：当3d打印头9完成3d打印工序后，数控系统编程使机床运动到换刀固定位置并实现准停，当主轴z向接近刀库6的a位置通过高位光电开关11、中位接近开关12和低位微动开关7检测反馈来确定3d打印头9已完成放回刀库6，从而由外设plc控制主轴拉刀气缸电磁阀开关，以刀库6定位销定位，完成3d打印头9放回刀库6动作。

技术特征：

技术总结
一种增减材一体机打印头快换装置，包括工作台、行程开关A、行程开关B和快换装置，所述工作台顶部右端设置有快换装置，工作台左端上设置有行程开关A，所述行程开关B设置于机床本体上，本发明装置通过将快换装置在立式加工中心上的安装，通过刀库实现3D打印头与金属刀具之间的快速转换，通过3D打印头与金属刀具之间的不断变换，避免3D打印后熔渣形成，可以有效去除熔渣和应力，进而提高零件的机械性能，本发明装置通过3D打印头与金属刀具之间的不断变换，有效的提高了3D打印技术的工作效率以及零部件的加工精度，并且提高了3D打印设备的自动化程度。

技术研发人员：张宇;韩海玲;王雁彬;熊华波;徐慧;王青林;何亮
受保护的技术使用者：辽宁省交通高等专科学校
技术研发日：2018.08.10
技术公布日：2018.12.04