一种五轴增减材制造装置及其增减材复合制造方法

1.本发明属于工件加工领域，具体为一种五轴增减材制造装置及其增减材复合制造方法。


背景技术：

2.目前市场上使用最广泛的增材制造技术是熔融沉积制造(fdm)技术，熔融沉积制造技术是采用的热熔喷头，使塑性材料或复合材料基体在喷头内熔化后挤出，并在成型基板上固化成形。单一的熔融沉积制造技术制造的具有复杂内外表面特征的成型件表面有明显的条纹或阶梯效应，存在几何精度和表面质量不理想的情况，需要通过后处理来降低阶梯效应，提高零件表面质量特征，限制了熔融沉积制造技术的进一步发展，多轴数控减材技术可对复杂零件的空间曲面进行高精度的加工，获得理想的表面质量特征，因此，可以将增材制造技术与减材制造技术集中在一个打印平台上，能够利用增材制造和减材制造的各自优势，完成对复杂结构零件的一体化加工，得到理想的零件性能和表面质量，提高零件的材料利用率和功能性，但是仍旧存在以下缺陷：在对工件进行增减材加工时，需要将工件固定于承载台上，而工件大小不一，从而易造成对工件的夹持效果不佳，从而使得工件在加工过程中可能存在晃荡，从而造成增减材效果不佳。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种五轴增减材制造装置及其增减材复合制造方法，有效的解决了目前对工件进行增减材加工时，需要将工件固定于承载台上，而工件大小不一，从而易造成对工件的夹持效果不佳的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种五轴增减材制造装置，包括工作台，所述工作台的顶端四角处均安装有支撑柱，支撑柱的顶端安装有顶架，顶架的底端安装有喷嘴增材组件，顶架的底端安装有刀片减材组件，工作台的顶端安装有移动支撑组件；喷嘴增材组件包括安装于顶架底壁上的喷嘴本体，喷嘴本体的内部安装有螺旋进料杆，螺旋进料杆与喷嘴本体的内顶壁转动连接，螺旋进料杆的顶端与第三电机的输出轴固定连接，第三电机固定安装于喷嘴本体的顶壁上，第三电机外接电源，喷嘴本体的一侧安装有进料管，进料管与喷嘴本体内部相连通，进料管的外壁上安装有加热线圈，加热线圈外接电源，进料管的内部设有料线，料线的外壁与进料管的内壁紧贴，料线的外侧设有移动件。
5.优选的，所述移动件包括对称安装于进料管远离喷嘴本体一端的支撑杆，支撑杆的一端安装有安装板，安装板对称设于料线的两侧，两个安装板之间对称转动连接有移动轮，两个移动轮分别设于料线的上下两侧，且两个移动轮均与料线紧贴，其中一个移动轮与第四电机的输出轴固定连接，第四电机与安装板固定连接，两个移动轮的背面均安装有第一齿轮，两个第一齿轮相啮合。
6.优选的，所述移动支撑组件包括开设于工作台顶端的移动槽，移动槽的正面和背面均开设有x轴滑槽，移动槽的内部设有托架，托架的两端对称安装有第一滑块，第一滑块与x轴滑槽滑动连接，其中一个x轴滑槽的内部转动连接有第一螺杆，第一螺杆的一端与第一电机的输出轴固定连接，第一电机与工作台固定连接，第一螺杆与第一滑块螺纹连接，托架的顶端开设有y轴滑槽，y轴滑槽的内部转动连接有第二螺杆，第二螺杆的一端与第二电机的输出轴固定连接，第二电机与托架固定连接，y轴滑槽的内部滑动连接有第二滑块，第二滑块与第二螺杆螺纹连接，第二滑块的顶端安装有承载台。
7.优选的，所述承载台的顶端等角度开设有滑动槽，滑动槽设置有四个，承载台设置为方形，承载台的内部滑动连接有夹板，夹板远离承载台中心的一侧转动连接有调节螺杆，调节螺杆与承载台螺纹连接，承载台上安装有加强夹持单元。
8.优选的，所述加强夹持单元包括等角度安装于承载台顶端的固定块，固定块与滑动槽相适配，正面和背面的两个固定块内部均活动安装有第一顶杆，两个第一顶杆相互远离的一端均安装有连接板，两个连接板相互远离的一侧均安装有电磁铁，两个电磁铁磁性相反，连接板靠近固定块的一侧安装有第一弹簧，第一弹簧与固定块固定连接。
9.优选的，两侧所述的固定块均活动连接有套筒，两个连接板靠近套筒的一侧均转动连接有转动杆，转动杆与套筒转动连接，套筒的内部活动安装有第二顶杆，第二顶杆的一端安装有第二弹簧，第二弹簧与套筒的内壁固定连接。
10.优选的，所述刀片减材组件包括安装于顶架底壁上的固定套，固定套的内部滑动连接有活动块，活动块贯穿至固定套的底端，活动块的内部开设有内槽，内槽贯穿至活动块的顶端，内槽的正面开设有连通槽，内槽的内壁一侧安装有齿条，齿条的一侧啮合连接有第二齿轮，第二齿轮与第五电机的输出轴固定连接，第五电机与固定套固定连接。
11.优选的，所述活动块的底端开设有卡槽，活动块的底端设有刀具，刀具的顶端安装有卡块，卡块与卡槽卡接，活动块与卡块通过固定螺栓固定连接。
12.优选的，一种五轴增减材制造装置的增减材复合制造方法，其操作步骤如下：一、将需要进行增减材的工件放置在承载台上，拧动各个调节螺杆，推动四个夹板将工件夹紧；二、两个电磁铁通电，带动两个第一顶杆和两个第二顶杆对四个夹板均产生朝向工件的压力，提高夹紧效果；三、开启第一电机，带动承载台沿x轴向移动，开启第二电机，带动承载台沿y轴向移动，从而使得承载台带着工件沿着预定轨道移动；四、承载台移动至喷嘴本体下方时，料线进入进料管后，在加热线圈作用下加热熔化，而熔化的料线被推入喷嘴本体内部，随着螺旋进料杆的转动挤出进行增材；五、承载台移动至固定套下方时，第二齿轮转动带动活动块上下移动对切削深度进行调节，而刀具作用在工件表面进行切削减材。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）、本发明，通过拧动各个调节螺杆，使得调节螺杆转动推动夹板朝着工件移动，四个夹板将工件夹紧，方便进行加工，随后两个电磁铁通电，带动两个第一顶杆相互靠近，对工件正面和背面的两个夹板产生压力，而两个连接板相互靠近，通过转动杆带动工件两侧的套筒相互靠近，使得第二弹簧压缩，对工件两侧的夹板产生压力，继而对四个夹板均产
生朝向工件的压力，从而提高对工件的夹持稳定性；（2）、该发明通过开启第四电机，使得料线上下两个移动轮转动推动料线不断进入到进料管内部，而进入进料管的料线在加热线圈加热下熔化，且随着料线的不断进入将熔化的料线挤入到喷嘴本体内部，继而通过螺旋进料杆进行出料，从而保证出料持续性，提高增材效果。
14.（3）、该发明通过开启第五电机，使得第二齿轮转动，而第二齿轮与齿条相啮合，从而带动活动块上下移动，从而方便对切削深度进行调节，提高减材效率，同时活动块与刀具通过固定螺栓固定连接，从而方便刀具更换。
附图说明
15.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
16.在附图中：图1为本发明五轴增减材制造装置结构示意图；图2为本发明移动支撑组件结构示意图；图3为本发明承载台结构示意图；图4为本发明夹板结构示意图；图5为本发明加强夹持单元结构示意图；图6为本发明套筒结构示意图；图7为本发明喷嘴增材组件结构示意图；图8为本发明喷嘴本体内部结构示意图；图9为本发明刀片减材组件结构示意图；图10为本发明活动块结构示意图；图中：1、工作台；2、支撑柱；3、顶架；4、移动支撑组件；401、移动槽；402、x轴滑槽；403、托架；404、第一滑块；405、第一螺杆；406、第一电机；407、y轴滑槽；408、第二螺杆；409、第二电机；410、第二滑块；411、承载台；412、滑动槽；413、夹板；414、调节螺杆；415、加强夹持单元；4151、固定块；4152、第一顶杆；4153、连接板；4154、电磁铁；4155、第一弹簧；4156、套筒；4157、转动杆；4158、第二顶杆；4159、第二弹簧；5、喷嘴增材组件；501、喷嘴本体；502、螺旋进料杆；503、第三电机；504、进料管；505、加热线圈；506、料线；507、安装板；508、支撑杆；509、移动轮；510、第四电机；511、第一齿轮；6、刀片减材组件；601、固定套；602、活动块；603、第五电机；604、内槽；605、连通槽；606、齿条；607、第二齿轮；608、卡槽；609、卡块；610、刀具；611、固定螺栓。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例一，由图1-图10给出，本发明包括工作台1，工作台1的顶端四角处均安装有
支撑柱2，支撑柱2的顶端安装有顶架3，顶架3的底端安装有喷嘴增材组件5，顶架3的底端安装有刀片减材组件6，工作台1的顶端安装有移动支撑组件4；移动支撑组件4包括开设于工作台1顶端的移动槽401，移动槽401的正面和背面均开设有x轴滑槽402，移动槽401的内部设有托架403，托架403的两端对称安装有第一滑块404，第一滑块404与x轴滑槽402滑动连接，其中一个x轴滑槽402的内部转动连接有第一螺杆405，第一螺杆405的一端与第一电机406的输出轴固定连接，第一电机406与工作台1固定连接，第一螺杆405与第一滑块404螺纹连接，托架403的顶端开设有y轴滑槽407，y轴滑槽407的内部转动连接有第二螺杆408，第二螺杆408的一端与第二电机409的输出轴固定连接，第二电机409与托架403固定连接，y轴滑槽407的内部滑动连接有第二滑块410，第二滑块410与第二螺杆408螺纹连接，第二滑块410的顶端安装有承载台411，承载台411的顶端等角度开设有滑动槽412，滑动槽412设置有四个，承载台411设置为方形，承载台411的内部滑动连接有夹板413，夹板413远离承载台411中心的一侧转动连接有调节螺杆414，调节螺杆414与承载台411螺纹连接，承载台411上安装有加强夹持单元415，加强夹持单元415包括等角度安装于承载台411顶端的固定块4151，固定块4151与滑动槽412相适配，正面和背面的两个固定块4151内部均活动安装有第一顶杆4152，两个第一顶杆4152相互远离的一端均安装有连接板4153，两个连接板4153相互远离的一侧均安装有电磁铁4154，两个电磁铁4154磁性相反，连接板4153靠近固定块4151的一侧安装有第一弹簧4155，第一弹簧4155与固定块4151固定连接，两侧的固定块4151均活动连接有套筒4156，两个连接板4153靠近套筒4156的一侧均转动连接有转动杆4157，转动杆4157与套筒4156转动连接，套筒4156的内部活动安装有第二顶杆4158，第二顶杆4158的一端安装有第二弹簧4159，第二弹簧4159与套筒4156的内壁固定连接。
19.喷嘴增材组件5包括安装于顶架3底壁上的喷嘴本体501，喷嘴本体501的内部安装有螺旋进料杆502，螺旋进料杆502与喷嘴本体501的内顶壁转动连接，螺旋进料杆502的顶端与第三电机503的输出轴固定连接，第三电机503固定安装于喷嘴本体501的顶壁上，第三电机503外接电源，喷嘴本体501的一侧安装有进料管504，进料管504与喷嘴本体501内部相连通，进料管504的外壁上安装有加热线圈505，加热线圈505外接电源，进料管504的内部设有料线506，料线506的外壁与进料管504的内壁紧贴，料线506的外侧设有移动件，移动件包括对称安装于进料管504远离喷嘴本体501一端的支撑杆508，支撑杆508的一端安装有安装板507，安装板507对称设于料线506的两侧，两个安装板507之间对称转动连接有移动轮509，两个移动轮509分别设于料线506的上下两侧，且两个移动轮509均与料线506紧贴，其中一个移动轮509与第四电机510的输出轴固定连接，第四电机510与安装板507固定连接，两个移动轮509的背面均安装有第一齿轮511，两个第一齿轮511相啮合。
20.刀片减材组件6包括安装于顶架3底壁上的固定套601，固定套601的内部滑动连接有活动块602，活动块602贯穿至固定套601的底端，活动块602的内部开设有内槽604，内槽604贯穿至活动块602的顶端，内槽604的正面开设有连通槽605，内槽604的内壁一侧安装有齿条606，齿条606的一侧啮合连接有第二齿轮607，第二齿轮607与第五电机603的输出轴固定连接，第五电机603与固定套601固定连接，活动块602的底端开设有卡槽608，活动块602的底端设有刀具610，刀具610的顶端安装有卡块609，卡块609与卡槽608卡接，活动块602与卡块609通过固定螺栓611固定连接。
21.工作原理：在使用时，将需要进行增减材的工件放置在承载台411上，拧动各个调节螺杆414，由于调节螺杆414与工作台1螺纹连接，同时调节螺杆414与夹板413转动连接，从而使得调节螺杆414转动推动夹板413朝着工件移动，从而四个夹板413将工件夹紧，从而方便进行加工，两个电磁铁4154通电，从而使得两个电磁铁4154相互吸引，从而带动两个第一顶杆4152相互靠近，从而对工件正面和背面的两个夹板413产生压力，在两个第一顶杆4152相互靠近后，从而带动两个连接板4153相互靠近，从而带动套筒4156两侧的转动杆4157转动，从而带动工件两侧的套筒4156相互靠近，从而使得第二弹簧4159压缩，从而对两侧的夹板413产生压力，从而对四个夹板413均产生朝向工件的压力，从而提高对工件的夹持稳定性；开启第一电机406，带动第一螺杆405转动，由于第一螺杆405与第一滑块404螺纹连接，从而带动承载台411x轴向移动，开启第二电机409，带动第二螺杆408转动，由于第二螺杆408与第二滑块410螺纹连接，从而带动承载台411y轴向移动，在第一电机406和第二电机409共同作用下，承载台411沿着预定轨道移动，从而进行增减材加工，当承载台411移动至喷嘴本体501下方时，进行增材加工，当承载台411移动至固定套601下方时，进行减材加工；当承载台411移动至喷嘴本体501下方时，此时开启第四电机510，从而带动移动轮509转动，而在两个第一齿轮511作用下，料线506上下两个移动轮509转动并在摩擦力作用下带动料线506不断进入到进料管504内部，而进料管504外侧的加热线圈505通电对进入进料管504内部的料线506进行加热熔化，随着料线506的不断进入将熔化的料线506挤入到喷嘴本体501内部，同时第三电机503开启使得螺旋进料杆502转动，从而带动熔化的料线506从喷嘴本体501底部挤出，从而使得出料持续性，从而提高增材效果，熔化的料线506挤出到工件顶端；当承载台411移动至固定套601下方时，在刀具610与工件接触后，在刀具610作用下对工件表面进行切削，从而进行减材，在切削过程中，开启第五电机603，从而使得第二齿轮607转动，而第二齿轮607与齿条606相啮合，从而在第二齿轮607转动后，带动活动块602上下移动，从而方便对切削深度进行调节，提高减材效率，同时活动块602与刀具610通过固定螺栓611固定连接，从而方便刀具610更换。