用于金属箔材的超声波增减材一体化设备及加工方法

本发明属于精密加工，尤其涉及一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备及加工方法。

背景技术：

1、增材制造技术(简称am技术)自从20世纪90年代出现并开始发展，经过超过20年的研究，am技术已经发展成为现代前沿制造领域中不可或缺的一种制造技术，不同于需要夹具，刀具等传统减材工艺，通过离散-堆积原理，由零件3d数据直接推动零件制造成型，实现零件自由制造、快速制造，广泛应用于航空航天，医疗器械等领域，发展前景广阔；超声波增材制造技术(ultrasonic additive manufacturing，uam)基于超声波焊接技术发展而成，1999年由white提出，uam技术通过一层层焊接一系列金属箔形成3d形状制造金属固体，超声波增材技术在经过不断发展后，在多种金属及合金中得到广泛应用。

2、目前，在实际应用中超声波增材制造的过程中主要存在以下不足之处：在制造过程中增材、减材工艺无法连续，需要通过两台及以上的增材、减材设备加工，使得零件加工过程中需要多次装夹。

3、为此，针对上述的技术问题，需要提供一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备及加工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备及加工方法，以解决现有技术中待加工零件的增材、减材工艺无法连续，需要通过两台及以上的增材、减材设备才能实现加工，使得零件在加工过程中需要多次装夹的技术问题。

2、本发明第一方面提供了一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，包括：机床床身；凸型架，设于机床床身的上方，并与机床床身相连接；z轴移动组件，设置于凸型架的内部，并与凸型架相连接，并能够相对于凸型架沿z轴方向移动；旋转组件，设置于z轴移动组件的底部，并与z轴移动组件相连接，通过z轴移动组件沿z轴方向移动；下压组件，设置于旋转组件的下方，并与旋转组件相连接；动力组件，设置于下压组件的下方，并与下压组件相连接；联动铣头组件，设于旋转组件的侧面，并与旋转组件相连接；移动平台组件，设置于机床床身的下方，并与机床床身相连接，并能够相对于机床床身沿水平方向移动；超声波增材装置，设置于移动平台组件的上方，并与动力组件相连接。

3、可选地，z轴移动组件包括：z轴电机，设置于凸型架的上方，并与凸型架相连接；联轴器，设置于凸型架与z轴电机之间，并与z轴电机的输出轴相连接；z轴滚珠丝杠，设置于凸型架的内部，并与联轴器相连接；轴承，套设在z轴滚珠丝杠的外部，并与z轴滚珠丝杠相连接；空心架，套设在轴承的外部，并与轴承相连接；z轴导轨，设置于空心架与机床床身之间，并与空心架、机床床身均相连接；滚珠螺母，设置于z轴滚珠丝杠与空心架之间，使得z轴滚珠丝杠通过滚珠螺母与空心架相连接。

4、可选地，旋转组件包括：旋转轴，设置于空心架的底部，并与空心架相连接；支撑架，设置于旋转轴的下方，并与旋转轴相连接；涡轮，设置于旋转轴的侧面，并与旋转轴相连接；减速器，设置于涡轮的下方，并与涡轮相连接。

5、可选地，3d激光测距仪，设置于支撑架的下方，并与支撑架相连接。

6、可选地，下压组件包括：电动缸，设置于支撑架的下方，并与支撑架相连接；球副，设置于电动缸的下方，并与电动缸相连接。

7、可选地，动力组件包括：安装板，设置于球副的下方，并与球副相连接；同步电机，设置于安装板的上方，且设置于球副的侧面，并与安装板相连接；主动带轮，套设于同步电机的输出轴，并与同步电机相连接；轴承安装座，设置于安装板的下方，并与安装板相连接；被动带轮，设置于主动带轮的下方，并通过连接皮带与主动带轮相连接；短程导轨，设置于支撑架的侧面与安装板之间，进而使安装板沿着短程导轨延伸的方向相对于支撑架运动。

8、可选地，联动铣头组件包括：精密滑台装置，设置于支撑架的背离于超声波增材装置的侧面，并与支撑架滑动连接；联动铣头安装板，设置于精密滑台装置的侧面，并与精密滑台装置相连接；磁套圈，设置于联动铣头安装板的下方，并与联动铣头安装板相连接；联动铣头，设置于磁套圈的下方，并与磁套圈相连接。

9、可选地，移动平台组件包括：底座，设置于机床床身的下方，并与机床床身相连接；y轴精密移动平台，设置于底座上方，并与底座相连接；x轴精密移动平台，设置于y轴精密移动平台的上方，并与y轴精密移动平台滑动连接；工作台，设置于x轴精密移动平台的上方，并与x轴精密移动平台滑动连接。

10、可选地，超声波增材装置包括：变幅杆，设置于轴承安装座的下方，并与轴承安装座相连接；调幅工具头，设置于两个变幅杆之间，并与变幅杆相连接；换能器，设置于变幅杆的侧面，并与变幅杆相连接；电滑环，设置于换能器的端部，并与换能器相连接；超声波发生器，通过外接连线与换能器相连接；双头螺柱，设置于变幅杆与调幅工具头之间，并与变幅杆、调幅工具头均相连接，使得变幅杆通过双头螺柱与调幅工具头相连接；第一锥面，设置于调幅工具头朝向变幅杆的侧面；第二锥面，设置于变幅杆朝向调幅工具头的侧面，且第二锥面与第一锥面相适配，使变幅杆与调幅工具头通过第一锥面、第二锥面相连接。

11、本发明第二方面提供了用于金属箔材的超声波增减材一体化设备的加工方法，该方法的具体步骤包括：

12、步骤1：将金属箔材放置于超声波增材装置内，下压组件使超声波增材装置下压，将金属箔材压在下压组件与超声波增材装置之间；

13、步骤2：超声波增材装置产生超声电源，超声电源转换为超声振动，超声振动传递至金属箔材；

14、步骤3：金属箔材在下压力与超声振动的共同作用下固结成型，并在移动平台组件和动力组件的作用下，对金属箔材进行增材加工，并重复上述步骤1至3，根据加工要求得到厚度为10mm-50mm的增材金属；

15、步骤4：利用联动铣头组件对增材金属进行减材加工，得到减材加工后的金属板材；

16、步骤5：对减材加工后的金属板材重复上述步骤1至4，使减材加工后的金属板材能够根据加工需要，交替进行增材加工和减材加工，进而得到一体化加工零件。

17、本发明的优点与效果：

18、1、本发明通过z轴移动组件空心架两侧分别连接超声增材装置和减材装置，使超声波增材装置和联动铣头组件共用z轴移动组件进行传动，同时在机床床身上设置有移动平台组件，让增材加工和减材加工共用一套移动平台，进而使得增材加工和减材加工能够在设备上连续加工，使零件加工过程避免了重复装夹，实现了快速加工和增减材一体化加工；

19、2、本发明通过在调幅工具头和变幅杆之间设置锥面接触，进而加强了调幅工具头和变幅杆连接处的抗弯强度；

20、3、本发明通过设置调幅工具头和变幅杆通过螺栓连接，使得调幅工具头和变幅杆之间连接紧固，进而实现调幅工具头可更换功能，加强了设备可加工零件的范围。

技术特征：

1.一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述z轴移动组件包括：

3.根据权利要求2所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述旋转组件包括：

4.根据权利要求3所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求3所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述下压组件包括：

6.根据权利要求5所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述动力组件包括：

7.根据权利要求6所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述联动铣头组件包括：

8.根据权利要求7所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述移动平台组件包括：

9.根据权利要求6所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，其特征在于，所述超声波增材装置包括：

10.一种应用于如权利要求1所述的用于金属箔材的超声波增减材一体化设备的加工方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：

技术总结
本发明提供了一种用于金属箔材的超声波增减材一体化设备，包括：机床床身；凸型架，设于机床床身的上方，并与机床床身相连接；Z轴移动组件，设置于凸型架的内部，并与凸型架相连接；旋转组件，设置于Z轴移动组件的底部，并与Z轴移动组件相连接；下压组件设于旋转组件的下方，并与旋转组件相连接；动力组件设于下压组件的下方，与下压组件相连接；联动铣头组件，设于旋转组件的侧面，并与旋转组件相连接；移动平台组件，设置于机床床身的下方，与机床床身相连接；超声波增材装置设置于移动平台组件的上方，并与动力组件相连接。本发明通过设置超声波增材装置和联动铣头组件使待加工零件实现增材、减材连续加工，提高了加工效率。

技术研发人员：苑泽伟,王凯,吴天正,刘长伟,刘子放
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15