[發明專利]一種基于放電加工的多功能集成制造系統

有效

• 申請號: 201910089063.1
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109848493B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 顧琳;何國健
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23H5/00
• 分類號: B23H5/00;B23H5/14;B23H11/00;B23K9/04;B23K9/16;B33Y30/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種基于放電加工的多功能集成制造系統，包括機器人、運動控制單元、多功能復合放電電源、工作介質供給回收單元、送絲裝置、工具頭快換夾持單元、放電加工工具頭、焊接工具頭、檢測工具頭和工作臺。系統以機器人為執行機構，實現包括電弧增材成形、微細電火花沉積成形在內的放電增材制造，包括電弧高效加工、電火花精密加工在內的放電減材加工，基于電弧堆焊的零件連接，以及基于光學掃描和超聲探傷的在線檢測功能。本發明集成度高，涵蓋了難加工材料和微小尺寸零部件的加工制造，并兼具高效和精密的加工特點。發明可在多種介質中實施，擺脫了環境的限制，適用范圍廣，在太空、深海等極端環境具有很強的應用前景。

技術領域

本發明屬于機械加工與制造領域，尤其涉及一種基于放電加工的多功能集成制造系統。

背景技術

現代制造技術可以分為增材制造(3D打印等)、減材制造(切削加工、特種加工等)和等材制造(塑性成形)，前兩者是制備零件的最重要手段。增材制造可將金屬粉末或金屬絲進行熔化堆積成形，原材料形狀簡單、便于存儲和運輸，可根據實際涉及打印出所需的形狀。而減材制造是目前最常用的加工手段，其中切削加工是采用車、銑、刨、磨等方法將毛坯余量去除而獲得具有較高精度的零部件，而特種加工是采用電、熱、化學等手段去除材料的加工方法。研制同時具有增材、減材制造能力的多功能集成制造系統，對于提升制造裝備水平具有重要意義。

日本山崎馬扎克公司開發了一款將金屬3D打印機的積層造型與加工中心的切削加工融合于一體的加工機(“INTERREX i AM”系列)。該設備采用激光燒結金屬粉末的方法進行3D近成形打印，進而進行切削加工獲得所需工件。而由于鋁合金對激光的吸收率低，該方法并不擅長進行鋁合金工件的打印。同時，該設備采用傳統的機床架構，無法借助機器人實現加工，可加工零件的尺寸不大，且效率非常低。加上激光頭的壽命有限且激光的光電轉換效率偏低(大功率10％，小功率30％)，整個系統的制造成本、加工成本和維護成本都居高不下。

王克鴻等在專利CN108145332A中公開了一種機器人電弧增減材成形裝置及方法。該方法利用CAD技術為待加工產品建立相應的三維模型，獲得加工控制信息代碼，然后依次利用機器人電弧增材、激光切割減材復合加工的方法，按照設定好的路徑，對產品進行加工，得到所需要的零件。該方法采用的減材加工方案為激光切割，只能實現簡單輪廓加工，而對于復雜形貌工件則需借助其他加工設備完成，同時激光加工對工件厚度尺寸有較大限制。電弧增材適用于普通宏觀尺寸特征的加工，而無法實現微小尺寸零件的加工。此外，激光發生器的成本高、體積大，光熱轉換效率低也制約著該技術在航海、航天等極端工作環境中的應用。

肖文磊等在專利CN105574254A中提出了一種增減材復合加工系統和方法，系統包括機器人、控制部、電弧增材設備、減材設備。其采用的減材方法為利用機械銑削的方式去除工件材料，能夠實現工件的高精度加工，但所能加工的工件材料范圍有限，對于航海、航天等特殊環境大量采用的以高溫合金、鈦合金以及復合材料為代表的難切削加工材料存在加工成本高、加工效率低的問題；此外，銑削過程中存在切削力，導致薄壁類零件加工過程中常出現加工變形等缺陷，刀具損耗嚴重，需要攜帶大量不同種類型刀具方能滿足加工要求。進一步的，受限于電弧增材的技術特點，該復合加工系統無法實現微小尺寸零件的增材制造。

綜上所述，現有的增減材集成制造系統功能集成度不高，系統的增材制造功能無法實現微小尺寸零部件的加工制造，而減材制造功能則存在加工特征有限或面對難加工材料時加工成本高、加工效率低、需要大量更換刀具等問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于放電加工的多功能集成制造系統。