数字化五轴激光增材制造成形机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光增材制造领域，特别涉及一种数字化五轴激光增材制造成形机。
【背景技术】
[0002]激光增材制造技术，是以高能量激光束为热源，以塑料、陶瓷、金属等粉末为添加材料，直接由CAD数字模型快速转化为实体零件，是增材制造技术的重要组成部分，在解决工业生产中难加工材料、复杂结构、快速制造等问题方面有极大的优势。
[0003]激光增材制造技术制造的金属零件具有高强度、高尺寸精度、水密性及轻量化特点，在航空航天、国防、医疗、汽车、电子等领域得到了广泛的应用，体现了直接制造金属零件的优越性。金属零件的激光增材制造技术已不仅是对铸、锻、焊等传统技术的补充，其加工过程的高精度和加工材料广泛性的制造特点使之优于传统技术。
[0004]国内现有的激光增材制造设备，普遍具有成形尺寸小、效率低、成本高等缺点，且无法完成高复杂性与多工作面的成形工作；开发高精度、数字化的激光增材制造成形机，实现工件的低成本、高精度、短周期、大尺寸、高复杂性、多工作面的激光增材制造成形工作，成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种数字化五轴激光增材制造成形机，可实现工件的数字化、低成本、高精度、短周期、大尺寸、高复杂性、多作业面的激光增材制造成形工作。
[0006]一种数字化五轴激光增材制造成形机，包括:主体直线定位系统、激光回转定位系统、冷水机组、送粉器、激光器、外罩体、电控柜，还包括移载式平台系统。
[0007]进一步地，移载式平台系统包括加工平台、驱动装置、焊接底座、护罩，其中，加工平台焊接于矩形管上，通过滑块与焊接底座上的导轨连接，可实现滑动配合。
[0008]进一步地，激光回转定位系统包括第一直连电机、激光回转定位底座、激光回转定位直角座、第二直连电机、激光作业模块安装板、激光作业模块。
[0009]进一步地，激光回转定位底座安装于主体直线定位系统中的Z轴运动系统上，第一直连电机与激光回转定位直角座安装于激光回转定位底座上，且激光回转定位直角座在第一直连电机的驱动下可绕Z轴方向旋转。
[0010]进一步地，激光作业模块安装板与第二直连电机安装于激光回转定位直角座上，且激光作业模块安装板在第二直连电机的驱动下可在规定角度范围内旋转。
[0011]进一步地，激光作业模块固定于激光作业模块安装板上。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的优势。
[0013]1、该数字化五轴激光增材制造成形机采用移载式平台系统，使得放件、取件更为便捷，减小了工人的工作量，提高了加工效率。
[0014]2、该数字化五轴激光增材制造成形机采用五轴联动，可实现多工作面、高复杂性工件的激光增材制造成形工作。
[0015]3、该数字化五轴激光增材制造成形机运动行程大，从而加大了有效工作幅面，可以实现大尺寸工件的激光增材制造成形工作。
[0016]4、该数字化五轴激光增材制造成形机成形精度高，指令反馈时间短，更适合精密工件的激光增材制造成形工作。
[0017]5、该数字化五轴激光增材制造成形机可通过更改各轴尺寸与加工平台尺寸，实现系列化生产。
[0018]6、该数字化五轴激光增材制造成形机采用完全专用开放式数控系统，固化了激光柔性制造工艺参数，并可随机选择路径起点，提高了加工效率。
【附图说明】
[0019]图1与图2为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机的整体结构。
[0020]图3为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中主体直线定位系统的结构。
[0021]图4为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中左X轴运动系统的结构。
[0022]图5为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中Y轴运动系统的结构。
[0023]图6为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中Z轴运动系统的结构。
[0024]图7为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中激光回转定位系统的结构。
[0025]图8为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中移载式平台系统的结构。
[0026]图9为本发明的数字化五轴激光增材制造成形机中外罩体的结构。
具体实施方案
[0027]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0028]图1至图9提供了本发明的一种优选实施例，如图所示，该数字化五轴激光增材制造成形机包括主体直线定位系统1、激光回转定位系统2、移载式平台系统3、冷水机组4、送粉器5、激光器6、外罩体7、电控柜8。
[0029]主体直线定位系统I构成该数字化五轴激光增材制造成形机的运动系统，通过NC代码指令，控制各轴运动，完成对工件的激光增材制造成形工作。
[0030]如图3所示，主体直线定位系统I，包括机架总体装配体11、X轴运动系统12和13、Y轴运动系统14、Z轴运动系统15。
[0031 ] 机架总体装配体11，包括设备侧支座装配体和运输连接横梁装配体，其中，设备侧支座装配体通过地脚螺栓与地面连接。
[0032]X轴运动系统，包括平行设置的左X轴运动系统12和右X轴运动系统13，两系统间相隔预定距离。
[0033]左X轴运动系统12与设备左支座装配体连接，如图4所示，包括左X梁121、左X轴滑台罩122、左X轴滑台123、左X轴驱动装置124、左X轴导轨125、左X轴缓冲器126。左X轴导轨125安装于左X梁121上，左X轴滑台123可沿左X轴导轨125单自由度运动。本实施例中，左X轴驱动装置124采用伺服电机驱动齿条或丝杠作为传动单元，实现左X轴滑台123的运动。
[0034]右X轴运动系统13的结构组成与运作方式与左X轴运动系统12相同，可参考前述内容，在此不做赘述。
[0035]左X轴运动系统12与右X轴运动系统13之间的距离由移载式平台系统3中加工平台31的宽度确定，可以将左X轴运动系统12与右X轴运动系统的距离设定成较大距离，加工平台31相应加大，以适应大尺寸工件的激光增材制造。
[0036]Y轴运动系统14两端通过滑块分别与左X轴运动系统12、右X轴运动系统13连接，可滑动配合，如图5所示，包括Y梁141、Y轴导轨142、Υ轴驱动装置143、Υ轴滑台144、Y轴缓冲器146。Y轴导轨142安装于Y梁141上，Y轴滑台144可沿Y轴导轨142单自由度运动。本实施例中，Y轴驱动装置143采用伺服电机驱动齿条或丝杠作为传动单元，实现Y轴滑台144的运动。
[0037]Z轴运动系统15通过滑块与Y轴运动系统14连接，可滑动配合，如图6所示，包括Z梁151、Z轴导轨152、Z轴滑台153、Z轴缓冲器154。Z轴导轨152安装于Z梁151上，Z轴滑台153可沿Z轴导轨152单自由度相对滑动。
[0038]优选地，Y轴滑台144和Z轴滑台153可共用一个YZ轴滑台罩145。
[0039]如图7所示，激光回转定位系统2包括第一直连电机21、激光回转定位底座22、激光回转定位直角座23、第二直连电机24、激光作业模块安装板25、激光作业模块26。
[0040]进一步地，激光回转定位底座22安装于主体直线定位系统中的Z轴运动系统15上，第一直连电机21与激光回转定位直角座23安装于激光回转定位底座22上，且激光回转定位直角座23在第一直连电机21的驱动下可绕Z轴方向旋转。
[0041]进一步地，激光作业模块安装板25与第二直连电机24安装于激光回转定位直角座上23，且激光作业模块安装板25在第二直连电机24的驱动下可在规定角度范围内旋转。
[0042]进一步地，激光作业模块26固定于激光作业模块安装板25上。
[0043]如图8所示，移载式平台系统3设置在机架总体装配体11之间，用于更换与支撑加工工件，包括加工平台31、驱动装置33、焊接底座34、护罩35。加工平台31通过矩形管32焊接于底座34上，并可在驱动装置33的带动下，沿焊接底座34单自由度滑动，实现加工工件的更换。本实施例中，驱动装置33采用伺服电机，焊接底座34平行于X轴方向，可实现加工平台31沿X方向的运动。
[0044]如图9所示，外罩体7，包括排风管道71、模块外板72、前门体73、外罩骨架74、后门体75。其中，顶端的排风管道71与模块外板72通过风管法兰连接，模块外板72底端通过调整底座与地面连接。
[0045]本实施例采用完全专用开放式数控系统，该系统固化了激光快速成形工艺参数，并可随机选择路径起点，确保成形精度。
[0046]虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种数字化五轴激光增材制造成形机，其特征在于，包括:主体直线定位系统(1)、激光回转定位系统(2)、冷水机组(4)、送粉器(5)、激光器(6)、外罩体(7)、电控柜(8)，还包括移载式平台系统(3)。2.根据权利要求1所述的数字化五轴激光增材制造成形机，其特征在于，所述的移载式平台系统(3)，包括加工平台(31)、驱动装置(33)、焊接底座(34)、护罩(35)，所述的加工平台(31)焊接于矩形管(32)上，通过滑块与焊接底座(34)上的导轨连接，可实现滑动配入口 ο3.根据权利要求1所述的数字化五轴激光增材制造成形机，其特征在于，所述的激光回转定位系统(2 )，包括第一直连电机(21)、激光回转定位底座(22 )、激光回转定位直角座(23)、第二直连电机(24)、激光作业模块安装板(25)、激光作业模块(26)。4.根据权利要求1所述的激光回转定位系统(2)，其特征在于，激光回转定位底座(22)安装于主体直线定位系统(I)中的Z轴运动系统(15)上，第一直连电机(21)与激光回转定位直角座(23)安装于激光回转定位底座(22)上，且激光回转定位直角座(23)在第一直连电机(21)的驱动下可绕Z轴方向旋转。5.根据权利要求1所述的激光回转定位系统(2)，其特征在于，激光作业模块安装板(25)与第二直连电机(24)安装于激光回转定位直角座(23)上，且激光作业模块安装板(25)在第二直连电机(24)的驱动下可在规定角度范围内旋转。6.根据权利要求1所述的激光回转定位系统(2)，其特征在于，激光作业模块(26)固定于激光作业模块安装板(25)上。
【专利摘要】本发明提供一种数字化五轴激光增材制造成形机，包括：主体直线定位系统、激光回转定位系统、移载式平台系统、冷水机组、送粉器、激光器、外罩体、电控柜。该激光增材制造成形机采用移载式平台系统，激光作业模块可五轴联动，实现工件的数字化、低成本、高精度、短周期、大尺寸、高复杂性、多作业面的激光增材制造成形工作。
【IPC分类】B22F3/105, B29C67/00, B33Y30/00, B28B1/00
【公开号】CN104889393
【申请号】CN201510268248
【发明人】单忠德, 孙福臻, 刘丰, 张敏, 曲文峰, 姜波
【申请人】机械科学研究总院先进制造技术研究中心
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日