[發明專利]一種基于3+2+1軸的復雜零件增減材混合加工方法及平臺

有效

• 申請號: 201710928965.0
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107671545B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 劉長青;李迎光;李仲宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 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任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種3+2+1軸增減材集成混合加工方法及平臺，其特征是以小型雕刻機為基體，以X、Y、Z為三個平動軸，以B、C搖籃擺為轉動軸，附加一軸控制擠出機噴嘴送料，實現五軸打印與切削，并使用導軌機構將3D打印擠出機與雕刻機加工主軸集成為一體，實現打印與切削在同一工作空間內，切換加工模式時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Mach3六軸數控系統控制各軸運動，實現增材加工和減材加工的交替進行，完成混合加工。本發明能有效避免增材制造工件表面質量差、減材加工刀具不可達的問題，通過集成增減材方法可以加工出結構復雜、質量高的零件。

技術領域

本發明涉及一種3+2+1軸增減材集成混合加工平臺，具體地說是一種以小型雕刻機為基體，搖籃擺為轉動軸，附加一軸控制擠出機噴嘴送料的六軸驅動平臺，可實現增材制造、減材制造交替進行，制造復雜結構件，并提高加工效率以及加工質量。

背景技術

航空復雜結構件具有尺寸大、外形復雜的特點，尤其是航空發動機零件，如葉輪、整體葉盤等，其加工難度大、加工精度要求高且加工工藝復雜。對于這些結構件，其整套工藝往往非常復雜，使用傳統的減材加工方法(即切削加工)，整體加工效率很低，容易出錯，且加工精度不高，時間周期較長，同時材料利用率非常低，最低甚至只有10％左右，大部分的材料切除后若出現問題則無法再次利用便成了廢品。

增材加工是基于離散-堆積原理，由零件三維數據驅動直接制造出零件的一種加工技術，是解決上述問題的有效方法。但增材加工方法由于其技術本身的性質，加工出的零件表面質量、精度與公差都難以滿足要求，需要用切削加工方法再次對工件進行精加工以保證表面質量。對于一些復雜的航空類結構件，其很多結構例如接頭部分或是一些內部的狹小區域，常常具有較多難以加工的部位，由于減材加工是在零件成型之后進行，其存在的刀具干涉問題便導致了難加工區域無法加工或是加工精度低、表面質量難以達到要求等問題的存留。這使得許多復雜結構件很難保證精度與加工質量。因此，可采用增材減材交替加工的混合加工方法對復雜航空結構件進行加工。現有DMG MORI的Lasertec 65 3D機床將激光堆焊技術與五軸銑削技術集于一體，構成獨特的混合加工機床，但造價高昂，普通條件難以實現。為實現混合加工的低成本實驗驗證，急需設計一種3+2+1軸的增減材集成混合加工平臺。

發明內容

本發明的目的是針對加工精度要求高、結構復雜、加工難度大，因此無法單獨用傳統切削加工工藝或增材制造工藝滿足制造要求的復雜結構件，發明一種成本低制造方法且加工質量能滿足使用要求的3+2+1軸增減材集成混合加工方法，同時設計一種相應的平臺，以實現復雜結構件的高精度制造。

本發明的技術方案之一是：

一種基于3+2+1軸的復雜零件增減材集成混合加工方法，其特征是以小型雕刻機為基體，以X、Y、Z為三個平動軸，以B、C搖籃擺為轉動軸，附加一軸控制擠出機噴嘴送料，實現五軸打印與切削，它通過使用導軌機構將3D打印擠出機與雕刻機加工主軸集成為一體，實現打印與切削在同一工作空間內，切換加工模式時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；本發明能有效避免增材制造工件表面質量差、減材加工刀具不可達的問題，通過集成增減材方法能加工出結構復雜、質量高的零件。

所述的導軌機構由主軸夾具2、導軌8和滑塊7組成，主軸夾具2固定在主軸3上，導軌8通過墊塊1固定在主軸夾具2上，滑塊7安裝在導軌8上并能在電機控制下沿導軌上下移動并定位，打印擠出機的打印頭5安裝在配件6上，配件6安裝在滑塊7上。

本發明使用Mach3六軸數控系統控制各軸運動，實現增材加工和減材加工的交替進行，完成混合加工。

本發明的技術方案之二是：