[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

说明书

一种3+2+1轴增减材集成混合加工方法及平台，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。本发明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。

技术领域

本发明涉及一种3+2+1轴增减材集成混合加工平台，具体地说是一种以小型雕刻机为基体，摇篮摆为转动轴，附加一轴控制挤出机喷嘴送料的六轴驱动平台，可实现增材制造、减材制造交替进行，制造复杂结构件，并提高加工效率以及加工质量。

背景技术

航空复杂结构件具有尺寸大、外形复杂的特点，尤其是航空发动机零件，如叶轮、整体叶盘等，其加工难度大、加工精度要求高且加工工艺复杂。对于这些结构件，其整套工艺往往非常复杂，使用传统的减材加工方法(即切削加工)，整体加工效率很低，容易出错，且加工精度不高，时间周期较长，同时材料利用率非常低，最低甚至只有10％左右，大部分的材料切除后若出现问题则无法再次利用便成了废品。

增材加工是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造出零件的一种加工技术，是解决上述问题的有效方法。但增材加工方法由于其技术本身的性质，加工出的零件表面质量、精度与公差都难以满足要求，需要用切削加工方法再次对工件进行精加工以保证表面质量。对于一些复杂的航空类结构件，其很多结构例如接头部分或是一些内部的狭小区域，常常具有较多难以加工的部位，由于减材加工是在零件成型之后进行，其存在的刀具干涉问题便导致了难加工区域无法加工或是加工精度低、表面质量难以达到要求等问题的存留。这使得许多复杂结构件很难保证精度与加工质量。因此，可采用增材减材交替加工的混合加工方法对复杂航空结构件进行加工。现有DMG MORI的Lasertec 65 3D机床将激光堆焊技术与五轴铣削技术集于一体，构成独特的混合加工机床，但造价高昂，普通条件难以实现。为实现混合加工的低成本实验验证，急需设计一种3+2+1轴的增减材集成混合加工平台。

发明内容

本发明的目的是针对加工精度要求高、结构复杂、加工难度大，因此无法单独用传统切削加工工艺或增材制造工艺满足制造要求的复杂结构件，发明一种成本低制造方法且加工质量能满足使用要求的3+2+1轴增减材集成混合加工方法，同时设计一种相应的平台，以实现复杂结构件的高精度制造。

本发明的技术方案之一是：

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；本发明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能加工出结构复杂、质量高的零件。

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。

本发明使用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。

本发明的技术方案之二是：