[发明专利]一种基于3+2+1轴的复杂零件增减材混合加工方法及平台

权利要求书

1.一种基于3+2+1轴的复杂零件增减材集成混合加工方法，其特征是以小型雕刻机为基体，以X、Y、Z为三个平动轴，以B、C摇篮摆为转动轴，附加一轴控制挤出机喷嘴送料，实现五轴打印与切削，它通过使用导轨机构将3D打印挤出机与雕刻机加工主轴集成为一体，实现打印与切削在同一工作空间内，切换加工模式时无需更换刀具和喷嘴，喷嘴的定位在加工前只需一次找正，并且上下可移动，避免了刀具与喷嘴的干涉；所述的导轨机构由主轴夹具（2）、导轨（8）和滑块（7）组成，主轴夹具（2）固定在主轴（3）上，导轨（8）通过垫块（1）固定在主轴夹具（2）上，滑块（7）安装在导轨（8）上并能在电机控制下沿导轨上下移动并定位，打印挤出机的打印头（5）安装在配件（6）上，配件（6）安装在滑块（7）上; 在挤出机的加热块上安装一个热敏电阻，并与任意一个测量电阻串联，与继电器一起接为一个闭合电路，采用单片机测量信号并控制继电器开闭;温控过程如下：

步骤一：将V1、V2接到单片机信号上，通过信号口得到测量电阻两端的电压U’;

步骤二：计算得到热敏电阻两端的电压U，公式如下：

其中V为电源电压，U’为测量电阻两端的电压。

步骤三：通过比例关系得到热敏电阻阻值，公式如下：

其中R’是测量电阻的阻值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是使用Mach3六轴数控系统控制各轴运动，实现增材加工和减材加工的交替进行，完成混合加工。

3.一种3+2+1轴增减材集成混合加工平台，其特征是以小型雕刻机为基体，以X、Y、Z为三个平动轴，以B、C摇篮摆为转动轴，附加一轴控制挤出机喷嘴送料，实现五轴打印与切削，并使用导轨机构将3D打印挤出机与雕刻机加工主轴集成为一体，实现打印与切削在同一工作空间内，切换加工模式时无需更换刀具和喷嘴，喷嘴的滑块定位使加工前只需一次找正，并且上下可移动模式避免了刀具与喷嘴的干涉，使用Mach3六轴数控系统控制各轴运动，实现增材加工和减材加工的交替进行，完成混合加工；该平台能有效避免增材制造工件表面质量差、减材加工刀具不可达的问题，通过集成增减材方法可以加工出结构复杂、质量高的零件；所述的导轨机构是用主轴夹具将主轴固定住，在主轴夹具上安装导轨和滑块，通过上下调节滑块位置实现打印模式与切削模式的互换；导轨与夹具通过一个垫块连接固定，其连接为螺纹连接；导轨上有滑块，可控制滑块的滑行距离范围，打印挤出机则通过一个配件连接在滑块上，同样为螺纹连接；当使用打印模式时，将滑块向下调节到最低点并锁紧即可进行打印工作，此时最低点处打印挤出机的头部低于刀具切削部位，而打印是由底向上的，因此切削刀具不会干涉零件；当使用切削模式时，将滑块调至最上端，此时最高点处打印挤出机与刀柄平齐，因此在切削过程中打印头也不会干涉零件；在增减材交替加工过程中使用该机构，进行频繁换刀工作，无需装卸，即可完成混合加工；使用Mach3六轴数控系统控制各轴运动，通过Mach3主板对并口信号进行处理，并控制六轴步进电机进行运动；使用温控电路对当前加热温度进行测量并控制，采用热敏电阻与单片机，设计电路进行测量与反馈，实现固定温度范围加热；在挤出机的加热块上安装一个热敏电阻，并与任意一个测量电阻串联，与继电器一起接为一个闭合电路，采用单片机测量信号并控制继电器开闭;温控过程如下：

步骤一：将V1、V2接到单片机信号上，通过信号口得到测量电阻两端的电压U’;

步骤二：计算得到热敏电阻两端的电压U，公式如下：

其中V为电源电压，U’为测量电阻两端的电压，

步骤三：通过比例关系得到热敏电阻阻值，公式如下：

其中R’是测量电阻的阻值;

步骤四：根据选用的热敏电阻的温度-阻值关系表，得到当前阻值下的温度T，对于适合打印的温度范围[T1, T2]，当T>T2，则控制断开继电器，电路断开则停止升温，温度开始下降；当T<T1，则控制闭合继电器，电路连接则开始升温，通过此方法可保持温度在期望范围之内;

所述的增减材集成混合加工平台以小型雕刻机为基体，以X、Y、Z为三个平动轴，以B、C摇篮摆为转动轴，附加一轴控制挤出机喷嘴送料，实现3+2+1轴的六轴驱动平台，它使用导轨机构将3D打印挤出机与雕刻机加工主轴集成为一体，以雕刻机为主体，在其上集成3D打印挤出机喷嘴，并可以通过导轨上下调节喷嘴位置，实现增材和减材加工模式的切换。

4.根据权利要求3所述的增减材集成混合加工平台，其特征是该平台可以通过数控程序控制五轴X、Y、Z、B、C运动，并通过机械结构转换打印和切削模式，实现增减材交替混合加工，使许多难加工的复杂结构件的加工工作成为可能。