[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)參數(shù)調整的增減材一體的五軸混合加工設備及加工方法

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• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN109128824A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 侯帥;陳浩甲;明建明
• 申請（專利權）人: 山東雷石智能制造股份有限公司
• 主分類號: B23P23/00
• 分類號: B23P23/00;B23P15/00;B22F3/105
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種集成激光同軸送粉技術和五軸聯(lián)動機加工技術的混合加工平臺，更關鍵的是，在本發(fā)明中利用傳感器對于加工過程中的熔池尺寸和熔覆帶高度進行實時測量，并且利用測量數(shù)據(jù)對激光的功率和運行速度等參數(shù)進行動態(tài)調整，改變以往固定參數(shù)的激光成型模式，保證了加工過程的穩(wěn)定性，同時本發(fā)明還集成了超聲刀具振動系統(tǒng)，提高了加工的表面質量。

技術領域

本發(fā)明涉及機械加工工程技術領域，具體涉及一種基于動態(tài)參數(shù)調整的增減材一體的五軸混合加工設備及加工方法。

背景技術

增材制造(3D打印)是通過利用數(shù)字化模型，將材料逐層堆疊起來制造三維結構的新興制造技術。增材制造相對于傳統(tǒng)機加工等減材技術而言，在復雜結構制造上具有絕對的優(yōu)勢。現(xiàn)階段增材制造尤其是金屬增材制造技術在世界范圍內(nèi)得到高速發(fā)展，并且在航空、能源、醫(yī)療等領域具有非常大的應用潛力。激光同軸送粉技術作為金屬增材制造的最典型技術具有成型速度快的優(yōu)點，但也存在兩個明顯問題：一是在某些需要五軸聯(lián)動的結構中因為切片不均勻問題限制了其應用；二是成型的產(chǎn)品精確度和表面粗糙度往往低于相應的工業(yè)要求，需要二次加工，而二次加工會導致夾裝定位偏差和加工周期增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種集成激光同軸送粉技術和五軸聯(lián)動機加工技術的混合加工平臺，更關鍵的是，在本發(fā)明中利用傳感器對于加工過程中的熔池尺寸和熔覆帶高度進行實時測量，并且利用測量數(shù)據(jù)對激光的功率和運行速度等參數(shù)進行動態(tài)調整，改變以往固定參數(shù)的激光成型模式，保證了加工過程的穩(wěn)定性。同時本發(fā)明還集成了超聲刀具振動系統(tǒng)，提高了加工的表面質量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基于動態(tài)參數(shù)調整的增減材一體的五軸混合加工設備，包括：

至少一個可在X/Y/Z方向分別運動的主軸，主軸下方設可在A/C方向分別擺動的轉臺；

至少一個可與所述主軸交替工位的激光噴頭，所述激光噴頭與所述主軸通過氣動支架連接；所述主軸上設超聲刀具振動系統(tǒng)；

所述激光噴頭上部設激光測距裝置，側部還設CCD相機，所述激光噴頭內(nèi)上部設左傾斜第一反射鏡，所述第一反射鏡下方水平設置激光濾鏡，所述激光濾鏡下方設右傾斜第二反射鏡，所述第二發(fā)射鏡右側垂向設對稱的第三反射鏡；

光纖激光發(fā)生器通過光纖將激光導入所述激光噴頭內(nèi)，激光射入所述第三發(fā)射鏡面上，經(jīng)其反射至所述第二反射鏡上，并通過第二發(fā)射鏡將光線反射至所述激光噴頭底端頭口，最終照射至待加工件上；

所述激光測距裝置發(fā)出測距光線經(jīng)所述激光噴頭底端口照射至加工件上,反射光線返回激光測距裝置并獲得距離數(shù)值；

工件上熔池的圖像經(jīng)過所述激光濾鏡濾掉1060-1080nm波段的反射激光，并經(jīng)過所述第一反射鏡進入CCD相機；

送粉裝置通過管路將所述待加工粉末送入所激光噴頭的頭口處，并均勻噴涂于所述轉臺上的待加工件面上；

所述激光測距裝置和所述CCD相機均通過信息傳輸線路連接動態(tài)信息采集反饋系統(tǒng)，并進行激光參數(shù)的動態(tài)控制；所述動態(tài)信息反饋系統(tǒng)通過機床控制系統(tǒng)連接控制；

機床控制系統(tǒng)還控制連接所述主軸、所述轉臺和刀庫，并提供自動化加工中所需儲刀及換刀需求。

一種基于動態(tài)參數(shù)調整的增減材一體的五軸混合加工設備的增減材加工方法：

在增材模塊工作時，氣動元件通過數(shù)字信號使氣動支架下降，并且驅動滑枕使主軸沿X方向移動使得激光噴頭成為加工原點，在減材模塊工作時，氣動支架升起，同時恢復主軸刀具的加工原點位置，實現(xiàn)了增減材的交替混合加工；