一种增减材复合加工回转体的装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属零件增减材制造技术领域，具体而言，涉及一种增减材复合加工回转体的装置。


背景技术：

2.回转体类零件多为机器的导向件或承重件，是极其关键的零部件。机器在使用过程中，回转体类零件经过长时间的摩擦、磨损或突发撞击等意外事故均可造成零件的失效。大型零部件失效以后，传统的加工方法无法对其进行修复，多数零件只能报废，造成巨大的资源浪费。因此，开发一种适宜于回转体类零件的加工方法对回转体类零件的资源化利用尤为重要。
3.目前，对于失效的重要回转体类金属零件，一般是先通过机床对损坏的零件表面进行少量的材料去除，再通过大功率激光器对金属表面进行加热，同时对金属表面喷涂金属粉末进行激光熔融的增材制造技术进行修复，但该方法加工效率低，耗时长。此外，现有技术中，增减材加工装置基本都是使用传统的三坐标机床的传动机构，即分别沿x、y、z三个方向的轴的直线导轨传动。激光成形过程中，当运动一条直线时，xy平面坐标能很好的满足需求，当需要运动一条圆弧形轨迹时，就存在着致命的缺点，大大降低了加工零件的精度。且现有技术中的增减材加工装置，大多采用两个或多个工业机器人分别完成增材和减材工序，但多个机器人不仅会显著增加设备的制造成本，多个机器人协调配合也使路径规划和坐标系的设置更加复杂，降低了加工效率。


技术实现要素：

4.本实用新型解决的问题是现有技术中增减材加工装置在加工回转体类零件的过程中，加工效率低、加工精度较低、制备成本较高中的至少一个方面。
5.为解决上述问题，本实用新型提供一种增减材复合加工回转体的装置，包括：固定座、增材制造组件、角度调节组件和减材组件，其中，
6.所述增材制造组件，用于对回转体进行增材制造；
7.所述固定座靠近所述回转体的一端设置所述减材组件，所述减材组件用于对所述回转体进行减材制造；
8.所述固定座的侧面通过所述角度调节组件与所述增材制造组件连接，所述角度调节组件用于调节所述减材组件的中轴线和所述增材制造组件的中轴线之间的夹角。
9.优选地，所述增材制造组件包括激光头和送粉头，所述送粉头设置在所述激光头靠近所述回转体的一端，并在激光的辅助下对所述回转体进行增材制造；
10.所述减材组件包括铣刀，所述铣刀设置在所述固定座靠近所述回转体的一端；
11.所述铣刀的中轴线与所述激光头的中轴线相交于所述回转体的圆心处。
12.优选地，所述角度调节组件包括调节杆和两个侧板，两个所述侧板分别设置在所述固定座和所述激光头相对的两个侧面上，所述调节杆穿设于两个相铰接的所述侧板上。
13.优选地，两个所述侧板的侧面均设有与其铰接的耳板，所述调节杆穿过两个所述耳板，能够调节并固定两个所述耳板的位置。
14.优选地，所述侧板与所述固定座滑动连接，所述侧板和所述固定座的连接处设置有至少一组锁紧组件；
15.所述侧板与所述激光头固定连接。
16.优选地，所述侧板和所述固定座的连接处开设有适于容纳所述锁紧组件的凹槽，所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述固定座上开设所述第一凹槽，所述侧板上开设两个对称设置的所述第二凹槽，所述第一凹槽和两个所述第二凹槽连通配合形成所述凹槽。
17.优选地，每组所述锁紧组件均包括锁紧杆和两个锁紧块，两个所述锁紧块对称设置在所述凹槽内，且每个所述锁紧块均一端设置在所述第一凹槽内，每个所述锁紧块另一端均设置在所述第二凹槽内；
18.所述锁紧杆穿过设置在所述第一凹槽部分的两个所述锁紧块，并穿设于所述固定座中，用于调节两个所述锁紧块相向运动。
19.优选地，所述固定座上还设有吸尘管组件，用于吸除减材组件在减材制造过程中的碎屑。
20.优选地，所述固定座远离所述回转体的一端设有用于与机械手连接的连接座。
21.优选地，所述减材组件还包括驱动电机，所述驱动电机的输出转轴与所述铣刀连接。
22.与现有技术相比，本实用新型所述的增减材复合加工回转体的装置，在固定座和增材制造组件之间设置角度调节组件，角度调节组件一端与固定座连接，其另一端与增材制造组件连接，通过角度调节组件调节固定座的中轴线和增材制造组件的中轴线之间的夹角，从而调节减材组件的中轴线和增材制造组件的中轴线之间的夹角，适宜于对表面为圆弧形的工件进行加工，能够实现对回转体零件表面进行精密的减材加工和增材加工；此外，将增材制造组件和减材组件融合成一体，能充分利用二者的优势，对大型零件或模具进行现场加工或修复，极大地提高了制造效率，节省了加工成本。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例中增减材复合加工回转体装置的主视示意图；
24.图2为本实用新型实施例中增减材复合加工回转体装置的后视示意图；
25.图3为本实用新型实施例中增减材复合加工回转体装置中角度调节组件的局部剖视图；
26.图4为本实用新型实施例中增减材复合加工回转体装置的局部剖视图；
27.图5为本实用新型实施例中增减材复合加工回转体装置的局部示意图。
28.附图标记说明：
[0029]1‑
固定座；2
‑
增材制造组件；3
‑
角度调节组件；4
‑
减材组件；5
‑
锁紧组件；6
‑
凹槽；7
‑
吸尘管件；
[0030]
11
‑
连接座；21
‑
激光头；22
‑
送粉头；31
‑
侧板；32
‑
调节杆；41
‑
铣刀；42
‑
驱动电机；51
‑
锁紧杆；52
‑
锁紧块；61
‑
第一凹槽；62
‑
第二凹槽；71
‑
吸尘管；72
‑
吸尘管座；
[0031]
311
‑
耳板；421
‑
步进电机；422
‑
传动箱。
具体实施方式
[0032]
现有技术中，对于回转体类金属零件的修复，一般是通过机床对损坏的零件表面进行少量的材料去除，再通过大功率激光器对金属表面进行加热，同时对金属表面喷涂金属粉末进行激光熔融的增材制造技术进行修复，但该方法加工效率低，耗时长。此外，目前的增减材加工装置基本都是使用传统的三坐标机床的传动机构，即分别沿x、y、z三个方向的轴的直线导轨传动。激光成形过程中，当运动一条直线时，xy平面坐标能很好的满足需求，当需要运动一条圆弧形轨迹时，就存在着致命的缺点，大大降低了加工零件的精度。且现有技术中的增减材加工装置，大多采用两个或多个工业机器人分别完成增材和减材工序，但多个机器人不仅会显著增加设备的制造成本，多个机器人协调配合也使路径规划和坐标系的设置更加复杂，降低了加工效率。
[0033]
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种增减材复合加工回转体的装置，通过角度调节组件便能调节减材组件的中轴线和增材制造组件的中轴线之间的夹角，适宜于对表面为圆弧形的工件进行加工，有利于提高回转体类零件的加工效率和加工精度，也降低了制造成本。
[0034]
下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035]
在本技术实施例的描述中，术语“一些优选实施例中”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个优选实施例或优选示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]
结合图1
‑
2所示，本实用新型的实施例提供了一种增减材复合加工回转体的装置，包括：固定座1、增材制造组件2、角度调节组件3和减材组件4，其中，
[0037]
增材制造组件2，用于对回转体进行增材制造；
[0038]
固定座1靠近回转体的一端设置减材组件4，减材组件4用于对回转体进行减材制造；
[0039]
固定座1的侧面通过角度调节组件3与增材制造组件2连接，角度调节组件3用于调节减材组件4的中轴线和增材制造组件2的中轴线之间的夹角。
[0040]
本实施例提供的增减材复合加工回转体的装置，在固定座和增材制造组件之间设置角度调节组件，角度调节组件一端与固定座连接，其另一端与增材制造组件连接，通过角度调节组件调节固定座的中轴线和增材制造组件的中轴线之间的夹角，从而调节减材组件的中轴线和增材制造组件的中轴线之间的夹角，适宜于对表面为圆弧形的工件进行加工，
能够实现对回转体零件表面进行精密的减材加工和增材加工；此外，将增材制造组件和减材组件融合成一体，能充分利用二者的优势，对大型零件或模具进行现场加工或修复，极大地提高了制造效率，节省了加工成本。
[0041]
具体地，增材制造组件2包括激光头21和送粉头22，激光头21靠近回转体的一端设置送粉头22，激光头21用于发射激光，送粉头22用于送出粉末，并在激光的辅助下对回转体进行增材制造。
[0042]
减材组件4包括铣刀41和驱动电机42，铣刀41设置在固定座1靠近回转体的一端，驱动电机42的输出转轴与铣刀41连接，用于驱动铣刀41对回转体进行减材制造。需要说明的是，本实施例中对驱动电机42不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，只要驱动电机42能驱动铣刀41铣削加工即可。在一些优选实施例中，驱动电机42包括步进电机421和传动箱422，其中，步进电机421与固定座1平行设置，传动箱422设置在步进电机421和铣刀41之间，且传动箱422的输出转轴与铣刀41可拆卸连接，步进电机421驱动传动箱422的输出转轴转动，从而驱动铣刀41转动。
[0043]
在一些优选实施例中，铣刀41的中轴线与激光头21的中轴线相交于回转体的圆心处。由此，能保证铣刀41和激光均与回转体的加工表面保持相对竖直的位置关系，有利于得到加工精度较高的回转体。
[0044]
在一些优选实施例中，角度调节组件3包括调节杆32和两个侧板31，两个侧板31分别设置在固定座1和增材制造组件2相对的两个侧面上，调节杆32穿设于两个相铰接的侧板上。更优选地，两个侧板31分别设置在固定座1和激光头21相对的两个侧面上，两个侧板31相铰接，调节杆32穿设于两个侧板31上，并用于调节两个侧板31之间的夹角。由此，通过调节两个侧板31之间的夹角，便能实现减材组件4的中轴线和增材制造组件2的中轴线之间的角度调节，该调节方式简便、快捷。
[0045]
结合图3所示，在一些优选实施例中，两个侧板31的侧面均设有与其铰接的耳板311，调节杆32穿过两个耳板311，能够调节并固定两个耳板311的位置。由此，通过在两个侧板31的侧面分别设置铰接连接的两个耳板311，并使调节杆32穿过两个耳板311，能实现任意调节两个侧板31之间的夹角，此外，通过调节杆32固定两个耳板311的位置，能够将两个侧板31之间的夹角固定在预设的角度，防止两个耳板转动，影响回转体的加工精度。
[0046]
需要说明的是，本实用新型中对调节杆32实现调节并固定两个耳板311的位置的方式不做进一步限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整，例如，可以通过在调节杆32上设置限位块，通过限位块和调节杆32相配合以实现调节并固定两个耳板311的位置。
[0047]
在一些优选实施例中，两个侧板31的铰接处还设置有角度调节表，用于指示两个侧板31之间的夹角。由此，能够高效的调整两个侧板31之间的夹角。
[0048]
在一些优选实施例中，侧板31与固定座1滑动连接，侧板31与激光头21固定连接。由此，通过调整侧板31与固定座1在竖直方向的相对距离，而调整铣刀41与激光头21在竖直方向的相对距离，从而满足加工过程中对铣削深度、激光焦距以及铣刀和激光间距的不同要求。
[0049]
为了便于调节侧板31和固定座1在竖直方向的相对距离，固定座1上设置有调节钮，通过旋转调节钮以调整侧板31相对固定座1沿竖直方向滑动，调节侧板31和固定座1在
竖直方向的相对距离，从而调整激光焦点o与回转体表面的径向距离h3。
[0050]
需要说明的是，本实用新型对侧板31和固定座1实现滑动连接的具体方式不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择，只要能实现侧板31和固定座1滑动连接即可，例如：可以通过滑轨和滑块，或者齿形导轨和齿轮实现滑动连接。
[0051]
在一些优选实施例中，侧板31和固定座1的连接处设置有至少一组锁紧组件5。由此，在调整好侧板31和固定座1之间的竖直距离之后，锁紧侧板31和激光头21，避免两者在加工的过程中发生相对滑动，影响加工精度。
[0052]
为了更好地锁紧侧板31和固定座1，保持加工过程中的稳定性，侧板31和固定座1的连接处设置有两组锁紧组件5。
[0053]
以下结合图4对锁紧组件5在侧板31和固定座1的连接处的设置进行说明。
[0054]
如图4所示，侧板31和固定座1的连接处开设有适于容纳锁紧组件5的凹槽6，凹槽6包括第一凹槽61和第二凹槽62，固定座1上开设第一凹槽61，侧板31上开设两个对称设置的第二凹槽62，第一凹槽61和两个第二凹槽62连通配合形成凹槽6，凹槽6的截面形状类似于倒“凹”字形。
[0055]
每组锁紧组件5均包括锁紧杆51和两个锁紧块52，两个锁紧块52对称设置在凹槽6内，且每个锁紧块52均一端设置在第一凹槽61内，每个锁紧块52另一端均设置在第二凹槽62内；
[0056]
锁紧杆51穿过设置在第一凹槽61部分的两个锁紧块52并穿设于固定座1中，用于调节两个锁紧块52相向运动。
[0057]
在一些优选实施例中，锁紧杆51与锁紧块52螺纹连接，以调整两个锁紧块52相向运动。具体地，锁紧杆51与锁紧块52螺纹连接，两个锁紧块52的螺纹方向相反，从而实现在旋转锁紧杆51的时候，使两个锁紧块52相向运动，更好地进行锁紧。
[0058]
由此，通过设置相配合的锁紧块52和凹槽6，并通过旋转锁紧杆51带动相对设置的两个锁紧块52相向运动，使两个锁紧块52在凹槽6内运动，当两个锁紧块52与凹槽6的两侧抵接时，侧板31和固定座锁紧而无法相对滑动，能够避免在加工过程中，激光头21和固定座1之间发生相对滑动，影响加工质量。
[0059]
在一些优选实施例中，锁紧块52的截面形状呈“l”形，且锁紧块52宽度较大的一侧设置在第二凹槽62内，第二凹槽62的形状与锁紧块52的形状相匹配。由此，通过设置截面形状呈“l”形的锁紧块52，以更好地锁紧固定座1和侧板31。
[0060]
在一些优选实施例中，固定座1上还设置有吸尘管组件7，用于吸除减材组件4在减材制造过程中的碎屑。
[0061]
具体地，吸尘管组件7包括吸尘管71和吸尘管座72，吸尘管71的管口朝向铣刀41设置，吸尘管71的管尾与工业吸尘器相连，吸尘管座72用于固定吸尘管71，以防止吸尘管71的位置偏移。由此，在铣削减材的过程中，打开工业吸尘器，及时吸除碎屑，清洁加工表面，能够有效避免氧化严重的碎屑重新进入熔池而形成裂纹，同时也避免了碎屑搅入铣刀41与金属间缝隙而影响减材加工过程，有利于延长铣刀41的工作寿命。
[0062]
在一些优选实施例中，固定座1远离回转体的一端设有用于与机械手连接的连接座11。由此，在固定座1上设置与机械手连接的连接座11，使该装置能实现仅与单个机械手配合，便能快速对回转体进行增材制造和减材制造，降低了设备的制造成本，也避免了多个
机械手难以协调配合的难题。
[0063]
下面示例性地对上述增减材复合加工回转体的装置在回转体工件中的应用进行说明：
[0064]
设定回转体的加工参数；
[0065]
将减材组件4的中轴线和增材制造组件2的中轴线之间的夹角调至预设角度，对回转体的表面进行减材制造，直至达到预设铣削深度；
[0066]
对回转体已减材制造区域进行增材制造；
[0067]
重复上述操作，直至得到预定的回转体，对预定的回转体进行精加工，得到成品。
[0068]
其中，回转体的加工参数包括：铣刀41加工参数、激光参数、铣刀41与激光之间相对位置参数、送粉参数，以及确定粉末的化学成分，从而及时向送粉头22中加入合适的粉末，以使送粉喷嘴向回转体已铣削加工区域的熔池喷射合适的粉末。
[0069]
为了更详细的阐述回转体的加工参数，结合图5对回转体的加工参数进行说明，其中：
[0070]
铣刀41加工参数包括铣刀41进给速度v1、铣刀41转速v2、铣削深度h1、吸尘管71底部与回转体的表面的高度h2；
[0071]
激光参数包括激光焦点o和回转体表面的距离h3、激光功率、激光移动速度，且激光移动速度与铣刀41的进给速度v1相等；
[0072]
铣刀41与激光之间相对位置参数包括铣刀41与激光圆弧距离l、铣刀41轴心与激光束轴心夹角θ；
[0073]
送粉参数包括送粉速率和粉末粒径。
[0074]
需要说明的是，本领域的技术人员可以根据铣刀41与激光的圆弧距离l、铣削表面粗糙度、激光熔池前部预热温度、激光移动速度、铣刀41刚度、回转体的硬度等因素确定铣刀41进给速度v1和铣刀41转速v2；根据铣削表面粗糙度、激光熔池前部预热温度、铣刀41刚度、回转体的硬度、氧化物层的深度和激光辅助增材单层金属的厚度等因素确定铣削深度h1；根据铣削碎屑最大直径确定吸尘管71底部与回转体表面的高度h2，以防止碎屑残留于吸尘管71下方的空隙；根据激光熔池宽度、激光熔池前部预热温度、增材金属熔点、增材金属微观组织等因素确定激光焦点o和回转体表面的距离h3、激光功率；根据回转体在加工位置的横截面半径r、铣刀41与激光头21的夹角θ和铣削深度h1确定铣刀41与激光圆弧距离l，且满足如下关系：l＝π(r
‑
h1)θ/180；本实用新型的实施例对铣刀41进给速度v1、铣刀41转速v2、铣削深度h1、吸尘管71底部与回转体表面的高度h2、激光焦点o和回转体表面的距离h3、激光功率，以及送粉速率和粉末粒径的具体数值不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况确定，例如：铣刀41进给速度v1可以为0.05
‑
10mm/s，铣刀41转速v2可以为200
‑
3000rpm，铣削深度h1可以为0.1
‑
3mm，吸尘管71底部与回转体表面的高度h2可以为0.1
‑
2mm，激光焦点o和回转体表面的距离h3可以为0
‑
5mm，激光功率可以为200
‑
2400w，激光移动速度与铣刀41的进给速度v1相等，铣刀41轴心与激光束轴心夹角θ可以为0
‑
45
°
，铣刀41与激光圆弧距离l可以为30
‑
150mm，送粉速率可以为5
‑
12g/min，粉末粒径可以为45
‑
115μm。
[0075]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。