[發(fā)明專利]一種基于3+2+1軸的復(fù)雜零件增減材混合加工方法及平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710928965.0
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107671545B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長青;李迎光;李仲宇
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

1.一種基于3+2+1軸的復(fù)雜零件增減材集成混合加工方法，其特征是以小型雕刻機(jī)為基體，以X、Y、Z為三個(gè)平動軸，以B、C搖籃擺為轉(zhuǎn)動軸，附加一軸控制擠出機(jī)噴嘴送料，實(shí)現(xiàn)五軸打印與切削，它通過使用導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)將3D打印擠出機(jī)與雕刻機(jī)加工主軸集成為一體，實(shí)現(xiàn)打印與切削在同一工作空間內(nèi)，切換加工模式時(shí)無需更換刀具和噴嘴，噴嘴的定位在加工前只需一次找正，并且上下可移動，避免了刀具與噴嘴的干涉；所述的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)由主軸夾具（2）、導(dǎo)軌（8）和滑塊（7）組成，主軸夾具（2）固定在主軸（3）上，導(dǎo)軌（8）通過墊塊（1）固定在主軸夾具（2）上，滑塊（7）安裝在導(dǎo)軌（8）上并能在電機(jī)控制下沿導(dǎo)軌上下移動并定位，打印擠出機(jī)的打印頭（5）安裝在配件（6）上，配件（6）安裝在滑塊（7）上; 在擠出機(jī)的加熱塊上安裝一個(gè)熱敏電阻，并與任意一個(gè)測量電阻串聯(lián)，與繼電器一起接為一個(gè)閉合電路，采用單片機(jī)測量信號并控制繼電器開閉;溫控過程如下：

步驟一：將V1、V2接到單片機(jī)信號上，通過信號口得到測量電阻兩端的電壓U’;

步驟二：計(jì)算得到熱敏電阻兩端的電壓U，公式如下：

其中V為電源電壓，U’為測量電阻兩端的電壓。

步驟三：通過比例關(guān)系得到熱敏電阻阻值，公式如下：

其中R’是測量電阻的阻值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是使用Mach3六軸數(shù)控系統(tǒng)控制各軸運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)增材加工和減材加工的交替進(jìn)行，完成混合加工。

3.一種3+2+1軸增減材集成混合加工平臺，其特征是以小型雕刻機(jī)為基體，以X、Y、Z為三個(gè)平動軸，以B、C搖籃擺為轉(zhuǎn)動軸，附加一軸控制擠出機(jī)噴嘴送料，實(shí)現(xiàn)五軸打印與切削，并使用導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)將3D打印擠出機(jī)與雕刻機(jī)加工主軸集成為一體，實(shí)現(xiàn)打印與切削在同一工作空間內(nèi)，切換加工模式時(shí)無需更換刀具和噴嘴，噴嘴的滑塊定位使加工前只需一次找正，并且上下可移動模式避免了刀具與噴嘴的干涉，使用Mach3六軸數(shù)控系統(tǒng)控制各軸運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)增材加工和減材加工的交替進(jìn)行，完成混合加工；該平臺能有效避免增材制造工件表面質(zhì)量差、減材加工刀具不可達(dá)的問題，通過集成增減材方法可以加工出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量高的零件；所述的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)是用主軸夾具將主軸固定住，在主軸夾具上安裝導(dǎo)軌和滑塊，通過上下調(diào)節(jié)滑塊位置實(shí)現(xiàn)打印模式與切削模式的互換；導(dǎo)軌與夾具通過一個(gè)墊塊連接固定，其連接為螺紋連接；導(dǎo)軌上有滑塊，可控制滑塊的滑行距離范圍，打印擠出機(jī)則通過一個(gè)配件連接在滑塊上，同樣為螺紋連接；當(dāng)使用打印模式時(shí)，將滑塊向下調(diào)節(jié)到最低點(diǎn)并鎖緊即可進(jìn)行打印工作，此時(shí)最低點(diǎn)處打印擠出機(jī)的頭部低于刀具切削部位，而打印是由底向上的，因此切削刀具不會干涉零件；當(dāng)使用切削模式時(shí)，將滑塊調(diào)至最上端，此時(shí)最高點(diǎn)處打印擠出機(jī)與刀柄平齊，因此在切削過程中打印頭也不會干涉零件；在增減材交替加工過程中使用該機(jī)構(gòu)，進(jìn)行頻繁換刀工作，無需裝卸，即可完成混合加工；使用Mach3六軸數(shù)控系統(tǒng)控制各軸運(yùn)動，通過Mach3主板對并口信號進(jìn)行處理，并控制六軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動；使用溫控電路對當(dāng)前加熱溫度進(jìn)行測量并控制，采用熱敏電阻與單片機(jī)，設(shè)計(jì)電路進(jìn)行測量與反饋，實(shí)現(xiàn)固定溫度范圍加熱；在擠出機(jī)的加熱塊上安裝一個(gè)熱敏電阻，并與任意一個(gè)測量電阻串聯(lián)，與繼電器一起接為一個(gè)閉合電路，采用單片機(jī)測量信號并控制繼電器開閉;溫控過程如下：

步驟一：將V1、V2接到單片機(jī)信號上，通過信號口得到測量電阻兩端的電壓U’;

步驟二：計(jì)算得到熱敏電阻兩端的電壓U，公式如下：

其中V為電源電壓，U’為測量電阻兩端的電壓，

步驟三：通過比例關(guān)系得到熱敏電阻阻值，公式如下：

其中R’是測量電阻的阻值;

步驟四：根據(jù)選用的熱敏電阻的溫度-阻值關(guān)系表，得到當(dāng)前阻值下的溫度T，對于適合打印的溫度范圍[T1, T2]，當(dāng)T>T2，則控制斷開繼電器，電路斷開則停止升溫，溫度開始下降；當(dāng)T<T1，則控制閉合繼電器，電路連接則開始升溫，通過此方法可保持溫度在期望范圍之內(nèi);

所述的增減材集成混合加工平臺以小型雕刻機(jī)為基體，以X、Y、Z為三個(gè)平動軸，以B、C搖籃擺為轉(zhuǎn)動軸，附加一軸控制擠出機(jī)噴嘴送料，實(shí)現(xiàn)3+2+1軸的六軸驅(qū)動平臺，它使用導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)將3D打印擠出機(jī)與雕刻機(jī)加工主軸集成為一體，以雕刻機(jī)為主體，在其上集成3D打印擠出機(jī)噴嘴，并可以通過導(dǎo)軌上下調(diào)節(jié)噴嘴位置，實(shí)現(xiàn)增材和減材加工模式的切換。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增減材集成混合加工平臺，其特征是該平臺可以通過數(shù)控程序控制五軸X、Y、Z、B、C運(yùn)動，并通過機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換打印和切削模式，實(shí)現(xiàn)增減材交替混合加工，使許多難加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工工作成為可能。