[發明專利]一種激光增減材復合五軸機械加工成型設備及加工方法

在審

• 申請號: 202011195787.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112338209A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 王成勇;楊洋;文琢;劉建業;戚文軍;郭紫瑩
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B22F12/82
• 分類號: B22F12/82;B22F3/105;B22F3/24;B23K26/36;B33Y10/00;B33Y30/00;B22F10/00
• 代理公司: 廣州市時代知識產權代理事務所(普通合伙) 44438
• 代理人: 楊樹民

本發明涉及激光增減材復合機械加工技術領域，具體涉及一種激光增減材復合五軸機械加工成型設備及加工方法。所述成型設備包括成型裝置、光路切換裝置、脈沖激光光源，所述成型裝置包括成型艙，所述成型倉內分別設有機械加工裝置、鋪粉裝置、粉缸、成型缸、粉末收集裝置、鏈式刀庫、升降裝置，所述成型艙的外壁設有在線監測裝置；還包括掃描振鏡裝置、擴束裝置，所述在線監測裝置、掃描振鏡裝置、擴束裝置依次連接。本發明極大地提升了加工零件的尺寸精度、表面質量以及內腔表面加工效果，能高效的一次成型加工制造出具有高要求的復雜螺紋、流道和內腔等結構的零件，解決了傳統加工中心難以一次完成、需要多臺設備和多種后處理工序的加工難題。

技術領域

本發明涉及激光增減材復合機械加工技術領域，具體涉及一種激光增減材復合五軸機械加工成型設備及加工方法。

背景技術

選區激光熔融（Selective laser melting，SLM）技術是指通過激光束對選定區域的金屬粉末進行熔融，再經過冷凝成型的一種增材制造技術。該技術特別適用于制造具有復雜表面或復雜內流道及異形孔的工件，同時具有節省加工材料、加工時間等優點，但是面對大規模高精度要求的工業制造較為困難，該技術制造精密航空航天和電子模具產品一次成型精度低、制造效率低、設備成本高的問題。

對于該類技術難題，當前出現了激光增材和機械切削兩種工藝復合加工的技術和設備，比如日本Sodick公司的OPM250L設備，就是在SLM的基礎上增加四軸聯動機加工單元，德國DMG MORI公司的LASERTEC 65 3Dhybrid設備是在LMD的基礎上添加五軸機加工單元。另外，一些專利技術方案諸如：“一種五軸增減材復合加工裝置”（CN 109228336 A），“一種增減材復合加工設備”（CN 109604598 A），“一種五軸增減材復合制造機床”（CN 104384936A）等也提出了類似的發明。目前已存在的復雜零件增材制造設備和增減材復合加工產品及相關專利存在以下數點技術難題未能解決：

1．現有技術中的SLM技術在制備金屬零件特別是復雜內腔時，無支撐內腔上表面粗糙度很大，且極容易產生毛刺、金屬球、裂紋等缺陷，這些問題無法通過現有技術的機加工裝置進行解決，也無法通過后續加工消除缺陷；

2．傳統機械減材加工無法實現非常規、大傾斜角的精細表面，表面質量要求高的內腔道和微細結構，同時加工效率低；

3．針對不同打印材料，單一激光發生器難以滿足加工要求；

4．當前增減材專利中，五軸機加工絕大部分是和同軸送粉式增材制造技術（LENS）組合，其打印精度受技術限制，不足以滿足使用要求；

5．目前專利多采用逐層增減材復合加工方法，啟動、切換光路的時間和機械減材單元運動的時間大大增加。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種具有連續激光增材、脈沖激光減材、機加工減材等復合制造技術的加工設備及加工方法。

本發明的技術方案為：

一種激光增減材復合五軸機械加工成型設備，其特征在于，包括成型裝置、光路切換裝置、脈沖激光光源，所述成型裝置包括成型艙，所述成型倉內分別設有機械加工裝置、鋪粉裝置、粉缸、成型缸、粉末收集裝置、鏈式刀庫、升降裝置，所述成型艙的外壁設有在線監測裝置；還包括掃描振鏡裝置、擴束裝置，所述在線監測裝置、掃描振鏡裝置、擴束裝置依次連接；

所述光路切換裝置的一側連接有連續激光發生器；所述光路切換裝置分別與擴束裝置、脈沖激光源連接。

進一步的，所述成型艙內還設有A軸、C軸；所述A軸、所述C軸置于所述成型缸和所述粉缸下方。

進一步的，所述機械加工裝置包括X軸、Y軸、Z軸、刀具主軸和刀頭，所述機械加工裝設置于所述成型缸的上方，與所述鏈式刀庫、所述開口和所述成型缸中心軸線位于同一平面內。