[发明专利]一种基于放电加工的多功能集成制造系统

说明书

本发明公开了一种基于放电加工的多功能集成制造系统，包括机器人、运动控制单元、多功能复合放电电源、工作介质供给回收单元、送丝装置、工具头快换夹持单元、放电加工工具头、焊接工具头、检测工具头和工作台。系统以机器人为执行机构，实现包括电弧增材成形、微细电火花沉积成形在内的放电增材制造，包括电弧高效加工、电火花精密加工在内的放电减材加工，基于电弧堆焊的零件连接，以及基于光学扫描和超声探伤的在线检测功能。本发明集成度高，涵盖了难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点。发明可在多种介质中实施，摆脱了环境的限制，适用范围广，在太空、深海等极端环境具有很强的应用前景。

技术领域

本发明属于机械加工与制造领域，尤其涉及一种基于放电加工的多功能集成制造系统。

背景技术

现代制造技术可以分为增材制造(3D打印等)、减材制造(切削加工、特种加工等)和等材制造(塑性成形)，前两者是制备零件的最重要手段。增材制造可将金属粉末或金属丝进行熔化堆积成形，原材料形状简单、便于存储和运输，可根据实际涉及打印出所需的形状。而减材制造是目前最常用的加工手段，其中切削加工是采用车、铣、刨、磨等方法将毛坯余量去除而获得具有较高精度的零部件，而特种加工是采用电、热、化学等手段去除材料的加工方法。研制同时具有增材、减材制造能力的多功能集成制造系统，对于提升制造装备水平具有重要意义。

日本山崎马扎克公司开发了一款将金属3D打印机的积层造型与加工中心的切削加工融合于一体的加工机(“INTERREX i AM”系列)。该设备采用激光烧结金属粉末的方法进行3D近成形打印，进而进行切削加工获得所需工件。而由于铝合金对激光的吸收率低，该方法并不擅长进行铝合金工件的打印。同时，该设备采用传统的机床架构，无法借助机器人实现加工，可加工零件的尺寸不大，且效率非常低。加上激光头的寿命有限且激光的光电转换效率偏低(大功率10％，小功率30％)，整个系统的制造成本、加工成本和维护成本都居高不下。

王克鸿等在专利CN108145332A中公开了一种机器人电弧增减材成形装置及方法。该方法利用CAD技术为待加工产品建立相应的三维模型，获得加工控制信息代码，然后依次利用机器人电弧增材、激光切割减材复合加工的方法，按照设定好的路径，对产品进行加工，得到所需要的零件。该方法采用的减材加工方案为激光切割，只能实现简单轮廓加工，而对于复杂形貌工件则需借助其他加工设备完成，同时激光加工对工件厚度尺寸有较大限制。电弧增材适用于普通宏观尺寸特征的加工，而无法实现微小尺寸零件的加工。此外，激光发生器的成本高、体积大，光热转换效率低也制约着该技术在航海、航天等极端工作环境中的应用。

肖文磊等在专利CN105574254A中提出了一种增减材复合加工系统和方法，系统包括机器人、控制部、电弧增材设备、减材设备。其采用的减材方法为利用机械铣削的方式去除工件材料，能够实现工件的高精度加工，但所能加工的工件材料范围有限，对于航海、航天等特殊环境大量采用的以高温合金、钛合金以及复合材料为代表的难切削加工材料存在加工成本高、加工效率低的问题；此外，铣削过程中存在切削力，导致薄壁类零件加工过程中常出现加工变形等缺陷，刀具损耗严重，需要携带大量不同种类型刀具方能满足加工要求。进一步的，受限于电弧增材的技术特点，该复合加工系统无法实现微小尺寸零件的增材制造。

综上所述，现有的增减材集成制造系统功能集成度不高，系统的增材制造功能无法实现微小尺寸零部件的加工制造，而减材制造功能则存在加工特征有限或面对难加工材料时加工成本高、加工效率低、需要大量更换刀具等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于放电加工的多功能集成制造系统。