一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法与流程

本发明涉及3d打印技术，尤其涉及一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备与方法。

背景技术：

冷金属过渡焊接技术简称cmt，它是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。但是对于一些形状复杂，表面精度要求较高的零件，单纯的冷金属过渡焊接就很难实现。所以需要加入另外的装置保证工件加工表面的质量。

从2004年fronius公司提出冷金属过渡起，经过十几年的发展，冷金属过渡技术逐渐引起人们的关注，市面上的冷金属焊接设备也不断的增多，但是目前市场上还没有成熟的基于cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备。

与传统的激光焊接3d打印设备相比，采用以cmt为热源的3d打印机能大大的降低生产成本，提高工件的生产效率。而且这种3d打印设备还能适用于加工尺寸较大，形状复杂的工件。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备与方法。本发明克服了传统打印精度不高，生产效率低，打印尺寸较小等问题，同时尽量减少支撑结构的存在。

本发明通过下述技术方案实现：

一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3d打印机基座16；3d打印机基座16上设有变位器33；

所述成型装置驱动机构1包括z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的y方向移动导轨12、x方向移动导轨19、x方向控制器20、z方向控制器21；

y方向移动导轨12与y方向控制器13共同形成了一个y方向移动机构，其中y方向控制器13固定在x方向移动导轨19上，可驱动x方向移动导轨19沿y方向做往复直线运动；

x方向移动导轨19与x方向控制器20共同形成了一个x方向移动机构，其中x方向控制器20与z方向控制器21固连，x方向移动导轨19与x方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿x方向做往复直线运动；

z方向移动导轨9与z方向控制器21共同形成了一个z方向移动机构，z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故z方向移动导轨9与z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿z方向做往复直线运动。

所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、x转动架24；x转动架24为待加工零件的成型基台；

所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，x转动架24安装在转动平台23的中部；x转动架24可绕x轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。

所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。

所述刀架18还连接有一冷却液系统7，用于在铣削过程中给铣刀17降温；

所述冷金属焊枪15还连接有一水冷机4，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；

密封成型室还连接有一个高压ar保护气瓶5，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；

密封成型室内还设有一换刀装置8，用于更换不同型号的铣刀17。

所述中央控制系统6与成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、冷却液系统7、换刀装置8相联接，控制相互之间协同有序的作业。

所述cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备的运行方法，包括如下步骤：

(1)、将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统6；并设置好各项参数；

(2)、密封成型室内通保护气；中央控制系统6控制成型装置驱动机构1、冷金属焊枪15、铣刀17与变位器33工作台的相对位置，使它们处于待命状态；

(3)、中央控制系统6控制冷金属焊枪15达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构2协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪15的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；

(4)、当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪15回到初始位置，铣刀17运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；

(5)、如此重复步骤3、步骤4，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1.3d打印机基座上设有变位器；通过两个旋转自由度的平台，加上成型驱动机构的x、y、z轴移动自由度，可实现空间任意位置的加工。

2.通过旋转成型平台，可以调整工件与焊枪或铣刀的最佳角度，尽可能地提高加工质量，同时还可以尽可能地减少或避免支撑结构的存在。

3.拥有两个z轴移动臂，其中之一接冷金属焊枪，另一个接铣刀。冷金属焊枪实现增材制造，这相比于传统的激光加工，提高了加工的效率，减小加工成本；铣刀实现减材制造，主要处理焊枪加工过的零件，可以提高零件的加工精度。

4.与采用传统送粉方式加工零件的3d打印机相比，本复合加工3d打印装备采用送丝结构可以避免材料的浪费和环境的污染。

附图说明

图1为本发明cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备结构总示意图。

图2为图1局部结构示意图。

图3为图2变位器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至3所示。本发明公开了一种cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3d打印机基座16；3d打印机基座16上设有变位器33；

所述成型装置驱动机构1包括z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的y方向移动导轨12、x方向移动导轨19、x方向控制器20、z方向控制器21；

y方向移动导轨12与y方向控制器13共同形成了一个y方向移动机构，其中y方向控制器13固定在x方向移动导轨19上，可驱动x方向移动导轨19沿y方向做往复直线运动；

x方向移动导轨19与x方向控制器20共同形成了一个x方向移动机构，其中x方向控制器20与z方向控制器21固连，x方向移动导轨19与x方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿x方向做往复直线运动；

z方向移动导轨9与z方向控制器21共同形成了一个z方向移动机构，z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故z方向移动导轨9与z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿z方向做往复直线运动。

所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、x转动架24；x转动架24为待加工零件的成型基台；

所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，x转动架24安装在转动平台23的中部；x转动架24可绕x轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。

所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。

所述刀架18还连接有一冷却液系统7，用于在铣削过程中给铣刀17降温；

所述冷金属焊枪15还连接有一水冷机4，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；

密封成型室还连接有一个高压ar保护气瓶5，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；

密封成型室内还设有一换刀装置8，用于更换不同型号的铣刀17。

所述中央控制系统6与成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、冷却液系统7、换刀装置8相联接，控制相互之间协同有序的作业。

本发明cmt和多轴数控机床的增减材复合3d打印装备的运行方法如下：

(1)、将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统6；并设置好各项参数；

(2)、密封成型室内通保护气；中央控制系统6控制成型装置驱动机构1、冷金属焊枪15、铣刀17与变位器33工作台的相对位置，使它们处于待命状态；

(3)、中央控制系统6控制冷金属焊枪15达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构2协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪15的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；

(4)、当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪15回到初始位置，铣刀17运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；

(5)、如此重复步骤3、步骤4，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。