[发明专利]一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法

权利要求书

1.一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，中央控制系统，激光选区熔化成型装置包括光学系统、铺粉系统、成型室(14)和成型缸(18)；其特征在于：

所述立式铣床装置位于成型室(14)内；立式铣床装置还包括一个链式刀库(20)，链式刀库(20)位于成型室外部的右侧；

所述光学系统包括依次光路连接的激光器(5)、准直扩束镜(4)、光学透镜(3)、扫描振镜(2)；

所述激光器(5)位于激光选区熔化成型装置成型室(14)的右侧；所述准直扩束镜(4)、光学透镜(3)、扫描振镜(2)置于成型室(14)的顶部；

所述光学透镜(3)位于成型室(14)上部并内嵌于成型室(14)外壁，与成型室(14)外壁密封结合；

所述立式铣床装置包括铣削X向导轨(8)、铣削Z向导轨(9)、铣削Y向导轨(10)、铣削主轴(11)；所述铣削X向导轨(8)固定在成型室(14)的后部上方，所述铣削Y向导轨(10)与铣削X向导轨(8)连接在一起，由驱动机构控制其沿X方向运动；所述铣削Z向导轨(9)与铣削Y向导轨(10)连接在一起，实现Y方向的移动；所述铣削主轴(11)位于铣削Z向导轨(9)上，实现其在Z方向的运动。

2.根据权利要求1所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述铺粉系统还包括粉料瓶(1)和一个设置在铺粉导轨(16)上的铺粉装置(15)；粉料瓶(1)置于成型室(14)上方左侧，粉料瓶(1)还包括一个给铺粉装置(15)输送粉末的自动送粉通道(7)。

3.根据权利要求1所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述的成型缸(18)位于成型室(14)的下部，并由中央控制 系统对其升降进行控制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述立式铣床装置具有一个链式刀库(20)；链式刀库(20)包括链式刀架(22)、刀架驱动电机(21)和铣刀(23)，铣刀(23)安装在链式刀架(22)上，刀架驱动电机(21)驱动链式刀架(22)的运动。

5.根据权利要求4所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述链式刀库(20)与成型室(14)通过自动换刀阀门(12)和换刀口(13)相连。

6.根据权利要求4所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：

所述换刀口(13)为圆柱形通道，其打开与关闭通过自动换刀阀门(12)的闭合来实现；当换刀时，自动换刀阀门(12)打开，此时换刀口(13)处于开通状态；当换刀结束后，自动换刀阀门(12)闭合，此时换刀口(13)处于关闭状态。

7.根据权利要求4所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述设备还包括氧含量检测装置、压力检测装置、抽真空装置、氮气发生装置。

8.根据权利要求4所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，其特征在于：所述铣削主轴(11)沿着其中心做180°旋转。

9.根据权利要求2所述的单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备， 其特征在于：所述自动送粉通道(7)与粉料瓶(1)之间设置有一个手动锁扣(6)。

10.采用权利要求1至9中任一项所述的设备加工金属零件的方法，其特征在于下述步骤：

(一)、对待加工的零件三维CAD模型进行处理，首先，根据加工要求选择合适的的层厚应用Magics软件进行分层切片；然后以每二十层数据为单位进行片层数据打包，对每一包数据添加刀具信息和铣削轮廓信息；最后对每一包的片层轮廓进行扫描路径规划，完成后导入3D打印机，准备进行加工；

(二)、启动3D打印机，首先，工控机控制自动送粉通道(7)对铺粉装置(15)添加粉末，完成后关闭自动送粉通道(7)；打开氧含量检测装置、压力检测装置和抽真空装置，当成型室(14)内气体压力降低到-15KPa时关闭抽真空装置并打开氮气发生装置充入保护气体，当气压升至20KPa时停止充入保护气体，然后继续打开抽真空装置，如此循环往复；

当成型室(14)内氧气含量降低到0.1％以下时开始加工，首先，铺粉装置(15)在成型面上铺一次粉，金属粉末(19)从而熔化形成一层实体，每成型一层后铺粉装置(15)即铺一次粉，如此循环完成二十层粉末加工后，中央控制系统发出信号，扫描阵镜(2)及激光器(5)停止工作，铺粉装置(15)退回到左侧初始位置；

(三)、立式铣床装置开始工作，首先，中央控制系统根据加工数据信息控制铣削主轴(11)沿着导轨运动到换刀口(13)位置；铣削主轴(11)先沿着铣削X向导轨(8)移动，再沿着铣削Y向导轨(10)移动，最后沿着铣削Z向导轨(9)移动，然后链式刀库(20)内的刀架驱动电机(21)驱动链式刀架(22)运动，将对应的铣刀(23)对准换刀口(13)，自动换刀阀门(12)打开，铣削主轴(11)进行换刀操作；

换刀完成后，铣削主轴(11)夹带铣刀(23)退出换刀口(13)，自动换 刀阀门(12)闭合，对换刀口(13)关闭；然后铣削主轴(11)在中央控制系统的控制下开始对已加工的金属零件(17)进行铣削加工，对金属零件(17)内部的随形通道进行铣削并铣去成型面凹凸不平的部分；

铣削完成后铣削主轴(11)带着铣刀(23)返回初始位置；

(四)、如此循环重复上述步骤(二)、(三)进行激光加工和铣削加工过程，直至整个加工过程完成。