[發明專利]一種等離子和多軸數控機床增減材復合3D打印設備與方法

有效

• 申請號: 201710245796.0
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107009150B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 楊永強;陳杰;白玉超
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23P15/00;B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

1.一種等離子和多軸數控機床增減材復合3D打印設備運行方法，其特征在于基于等離子和多軸數控機床增減材復合3D設備；

該設備包括中央控制系統（14）、密封成型室（25）；

所述密封成型室（25）分為：Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區；

Ⅰ區用于放置微束等離子加工裝置；

Ⅱ區用于放置五軸五聯動數控加工平臺；

Ⅲ區用于放置立銑銑削加工裝置；

所述中央控制系統（14）用于：控制微束等離子加工裝置的按照規劃路徑完成工件的加工作業；控制五軸五聯動數控加工平臺根據規劃路徑實現工件在X、Y、Z軸方向的運動作業；控制立銑銑削加工裝置對五軸五聯動數控加工平臺上的工件（26）進行銑削作業；

所述微束等離子加工裝置包括：

微束等離子槍（21）；

龍門式結構的X軸導軌（22）；

梁式結構的Y軸導軌（19）；

懸臂式結構的Z軸導軌（18）；

所述Y軸導軌（19）在Z軸導軌（18）上上下運動；

所述X軸導軌（22）在Y軸導軌（19）上前后運動；

所述微束等離子槍（21）安裝在X軸導軌（22）上，并可在X軸導軌（22）上左右運動；在中央控制系統（14）的控制下，可實現微束等離子槍（21）在X、Y、Z三軸移動；

所述五軸五聯動數控加工平臺包括：

地軌式結構的平臺X軸導軌（1）；

梁式結構的平臺Y軸導軌（3）；

懸臂式結構的平臺Z軸導軌（2）；

工作平臺（7）；

工件基板（8）；

加工平臺（9）；

所述平臺Z軸導軌（2）上設置有平臺X軸方向旋轉步進電機（6）；平臺X軸方向旋轉步進電機（6）在Z軸上上下運動；

所述平臺Y軸導軌（3）可在平臺X軸導軌（1）上左右運動；

所述平臺Z軸導軌（2）可在平臺Y軸導軌（3）上前后運動；

所述工作平臺（7）連接在平臺X軸方向旋轉步進電機（6）上，并在中央控制系統（14）的控制下，可實現三軸移動以及X軸方向轉動；

所述加工平臺（9）連接平臺Z軸方向旋轉步進電機（5）并安裝在工作平臺（7）上，工件基板（8）與加工平臺（9）連接，并在中央控制系統（14）的控制下，可實現三軸移動以及X軸和Z軸方向轉動；

所述立銑銑削加工裝置包括：

龍門式結構的銑削X軸導軌（16）；

梁式結構的銑削Y軸導軌（15）；

懸臂式結構的銑削Z軸導軌（13）；

所述銑削X軸導軌（16）上設置銑削驅動主軸（17），銑削驅動主軸（17）端部設置刀具（10）；

所述銑削Y軸導軌（15）在銑削Z軸導軌（13）上上下運動；

所述銑削X軸導軌（16）沿著銑削Y軸導軌（15）前后運動；

在中央控制系統（14）的控制下，銑削驅動主軸（17）攜帶刀具（10）按照路徑規劃對加工完成或者部分完成的工件（26）進行銑削加工；

所述立銑銑削加工裝置還包括：

用于放置刀具（10）的銑刀刀盤（11）；

驅動銑刀刀盤（11）轉動的步進電機（12）；

換刀可采用手動模式或者自動模式；

若采用自動模式換刀時，由中央控制系統（14）控制銑削X軸導軌（16）沿著銑削Y軸導軌（15）前后運動，以調整銑削驅動主軸（17）在銑削X軸導軌（16）上的卸刀工位，銑削驅動主軸（17）上的用于吸附刀具（10）的電磁裝置的磁性消失，刀具在重力作用下跌落置銑刀刀盤（11）上的卸刀工位內，然后控制銑削驅動主軸（17）運行至銑刀刀盤（11）對應的刀具正上方并逐漸與其接近，在電磁裝置的磁性吸附力作用下，將相應的刀具（10）吸入銑削驅動主軸（17）的刀架安裝孔內，實現刀具更換及安裝；

運行方法包括如下步驟：

步驟（1）：成型前，將密封成型室（25）處于抽成真空狀態后，再通入保護氣；

步驟（2）：五軸五聯動數控加工平臺開始工作；

其平臺Y軸導軌（3）沿著平臺X軸導軌（1）移動到平臺X軸導軌（1）的中間位置；

其平臺Z軸導軌（2）沿著平臺Y軸導軌（3）移動到平臺Y軸導軌（3）中間位置；

其平臺X軸方向旋轉步進電機（6）沿著平臺Z軸導軌（2）移動到平臺Z軸導軌（2）的中間位置，平臺X軸方向旋轉步進電機（6）水平方向復位，平臺Z軸方向旋轉步進電機（5）復位；

步驟（3）：微束等離子槍（21）開始移動，Y軸導軌（19）沿著Z軸導軌（18）移動到工件基板（8）的上方預定位置，X軸導軌（22）沿著Y軸導軌（19）移動到工件基板（8）的正上方，微束等離子槍（21）沿著離子槍X軸導軌（22）移動到工件基板（8）正中心上方；

步驟（4）：微束等離子槍（21）開始工作，中央控制系統（14）控制冷卻機（24）開始工作；

中央控制系統（14）控制粉末供給裝置（23）按照預定流量，向微束等離子槍（21）的噴嘴處送入粉末；

微束等離子槍（21）的微束等離子弧熔化金屬粉末，并按照規劃路徑對工件（26）進行逐層打印，當工件（26）完成加工或中途停止需要銑削加工時，微束等離子槍（21）退回初始位置；

步驟（5）：根據路徑規劃，中央控制系統（14）控制工件基板（8）進行五聯動變換調整位置后，立銑銑削加工裝置開始工作；

銑削X軸導軌（16）沿著銑削Y軸導軌（15）移動至工件基板（8）的正上方，銑削Y軸導軌（15）沿著銑削Z軸導軌（13）向下移動到預定位置，調整銑削驅動主軸（17）在銑削X軸導軌上的位置，進行對刀；

完成對刀后，銑削驅動主軸（17）沿任意軸方向開始進給，切去成型面表面的帶切除的凸起部分；

完成切屑后，銑削X軸導軌（16）、銑削Y軸導軌（15）退回初始位置；

步驟（6）：重復步驟（3）至步驟（5），直至工件（26）加工完成。