一种增减材双工位同步加工空间曲面的方法及装置

1.本发明涉及桌面型激光加工设备领域，尤其涉及一种增减材双工位同步加工空间曲面的方法及装置。


背景技术：

2.传统激光加工设备中，先进行增材加工，再进行减材加工，增减材加工并不能在同时完成，需要重新进行上下料操作和重新定位，虽然目前有部分增减材复合设备，但是各工位之间存在干涉问题，导致增减材复合设备具有一定的局限性。
3.随着我国制造业的快速发展，新型机械装备的定制化需求与日俱增，各类零部件的结构一体化及结构复杂化程度不断提高。同时，在高性能复杂零部件加工方面，也相应提出了定制化、高精度、高效率、低成本、低能耗以及集成化和一体化等诸多要求。这给增/减材复合制造技术提供了广阔的发展平台和技术改进空间。
4.为了进一步提高增材成形零部件的加工精度和表面质量，增/减材复合制造设备的减材过程中需设置磨削加工环节。并且，磨削加工时将会产生大量的磨屑，在传动系统密封性能不足的情况下，设备的滚珠丝杠、导杆等关键传动部件容易堆积磨屑而被严重磨损(此时磨屑充当磨粒的作用)，严重影响设备后续的工作精度及设备传动系统的使用寿命。
5.现有的桌面型增/减复合制造设备缺乏对激光增材过程中惰性气体起保护作用的考虑。目前，较大比例的高性能复杂零部件均由金属材料制成，而金属材料在激光增材快速成形的过程中对特定气体环境的防氧化要求相对较高。所以当工件原料采用金属材料时，缺乏激光增材过程中惰性气体的保护将容易导致金属材料发生氧化，从而影响金属材料的成形质量，因此适用范围窄，不适用金属材料加工。另外在磨削减材加工时，飞溅的金属材料会产生对操作人员的安全隐患。现有的增/减材复合制造设备的增材加工装备，往往仅针对某一特定或指定材料的成形制造，缺乏对复合材料零件的考虑。特别是减材加工环节，其实是极具多样性和多元化综合发展的。通常，减材加工部分往往只针对材料成型过程中某一个面的切削(以铣削为主)加工。对于部分复杂零件，在对其增/减材加工后还需进一步磨削，而其减材功能却并不齐全，因而在特殊工况下减材加工柔性较低。尤其是零件呈不规则形状且高度不一致时，无法同步进行增减材加工，需要将增材加工和减材加工分开进行，增加了重复定位的时间和工序，生产效率低。综上所述，目前增/减材复合制造技术与装备设计仍存在较多缺陷。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种增减材双工位同步加工空间曲面的方法及装置，该装置结构紧凑、加工方式多样且灵活可变，布局合理可实现增/减材多工位同步加工互不干涉，充分考虑了传动系统运行全过程以及增/减材加工全过程的可靠性与安全性问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.一种增减材双工位同步加工空间曲面的装置，包括固定底座、第一立柱、龙门吊、增材模块、复合移动平台、磨削减材模块、工作台、第一连接件；所述固定底座包括内底座、上底座和下底座，所述内底座、上底座位于下底座上，所述上底座套设于内底座外侧，所述固定底座内设有第四驱动机构，所述上底座在第四驱动机构的驱动下相对于内底座旋转，所述龙门吊包括龙门吊横梁和龙门吊立柱，龙门吊立柱位于龙门吊横梁两端且固定于上底座上；所述复合工作台设置于内底座处；所述龙门吊立柱内设有用于驱动龙门吊横梁上下移动的第一驱动机构；所述复合移动平台包括上移动台和下移动台，所述内底座内设有第二驱动机构和第三驱动机构，所述下移动台连接于上移动台的下方且在第三驱动机构驱动下相对于固定底座可水平移动，所述上移动台在第二驱动机构驱动下相对于固定底座可水平移动，所述上移动台和下移动台的水平移动方向互相垂直；工作台至少两个端部外侧分别设有所述第一立柱，第一立柱固定于上移动台上；所述第一立柱内设有用于驱动工作台端部上下移动的第五驱动机构，所述第五驱动机构通过第一连接件与工作台的端部连接，工作台不同端部向上或向下移动的位移不相等，使工作台倾斜；所述增材模块和磨削减材模块设置于龙门吊横梁下方，所述龙门吊横梁内设有第六驱动机构，所述第六驱动机构用于驱动增材模块和磨削减材模块相对于龙门吊横梁同步水平移动，且所述增材模块和磨削减材模块分别对工作台上的工件进行增材加工和减材加工。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.所述第三驱动机构包括第三驱动电机和x向滚珠丝杠；所述下移动台包括下平板和位于下平板下方的多个连接板，所述上底座设有供连接板穿过的x向条形孔，所述连接板的下部与x向滚珠丝杠连接，其中一所述x向滚珠丝杠由第三驱动电机驱动，连接板下部的x向滚珠丝杠与连接板相对应的x向条形孔错位设置；
11.所述上移动台包括上平板和位于上平板下方的下滑块，所述下平板上部开设有导向槽，所述下滑块与导向槽滑动配合。
12.所述装置还包括伸缩杆、伸缩杆固定块，所述伸缩杆固定块相对设置于内底座两侧，所述上移动台通过伸缩杆与伸缩杆固定块上部连接；
13.所述第二驱动机构包括第二驱动电机和y向滚珠丝杠，所述第二驱动电机用于驱动y向滚珠丝杠转动，所述y向滚珠丝杠与伸缩杆固定块下部连接并带动伸缩杆固定块水平移动，所述内底座开设有供伸缩杆固定块穿过的y向条形孔，所述y向滚珠丝杠与y向条形孔错位设置。
14.所述下底座包括内凸台和与内凸台间隔设置的外凸缘，所述外凸缘与内凸台之间的空间为容纳空间，在所述上底座底部内侧设有内齿轮，所述内齿轮和第四驱动机构位于容纳空间内，所述第四驱动机构包括第四驱动电机和连接于第四驱动电机输出端的第四驱动齿轮，所述第四驱动齿轮和内齿轮啮合传动。
15.所述第六驱动机构包括第六驱动电机、第六支撑座、第六滚珠丝杠和联轴器，两个旋转方向相反的第六滚珠丝杠水平设置并且通过联轴器连接，所述第六驱动电机用于驱动第六滚珠丝杠旋转，所述第六支撑座支撑在第六滚珠丝杠端部，增材模块和磨削减材模块分别连接于两第六滚珠丝杠上。
16.所述第一连接件包括球销座、球头销、连接杆，所述球销座一端与工作台一端部连接，另一端与球头销连接配合，所述连接杆套设于球头销外，所述第五驱动机构与连接杆连
接。
17.所述第五驱动机构包括第五驱动电机、第五支撑座、第五滚珠丝杠和第五丝杠连接件，所述第五滚珠丝杠竖直设置，所述第五驱动电机用于驱动第五滚珠丝杠旋转，所述第五支撑座支撑在第五滚珠丝杠两端，所述第五丝杠连接件套设在第五滚珠丝杠外，所述第五丝杠连接件自第一立柱内延伸至第一立柱外并与第一连接件连接；所述第一立柱在靠近工作台一侧开设有前槽，所述第五丝杠连接件穿过前槽与连接杆铰接，所述第五滚珠丝杠与前槽错位设置。
18.所述磨削减材模块包括砂轮立柱、位于砂轮立柱外且用于铣削或磨削工件侧面的小砂轮，以及位于砂轮立柱内的砂轮电机、砂轮摆动轴和砂轮摆动柱，所述砂轮电机驱动水平设置的砂轮摆动轴转动以带动小砂轮摆动，所述砂轮摆动柱上下两端分别与砂轮摆动轴、小砂轮连接。
19.所述磨削减材模块还包括两互相啮合传动的圆锥齿轮，其中一圆锥齿轮固定于砂轮摆动轴上，所述砂轮电机驱动其中一圆锥齿轮转动带动砂轮摆动轴转动。
20.所述砂轮立柱底部开设有楔形槽。
21.所述砂轮摆动轴两端固定在砂轮立柱内侧壁上。
22.所述砂轮立柱侧壁设有便于维修的置物口和置物门，置物门用于打开关闭置物口。
23.所述增材模块包括激光头、送丝头，送丝头将原料送至激光头下方熔化，所述激光头的激光发射方向垂直于工作台上表面且与送丝头的送丝方向呈夹角α，满足0＜α＜90
°
。
24.一种前述的增减材双工位同步加工空间曲面的装置的加工方法，包括以下步骤：
25.将工件放置于工作台上，开启增材模块发射激光在工件表面产生熔池，将原料送至增材模块下并在激光的作用下于熔池处熔化并固化在工件上，开启磨削减材模块同步对固化后的工件侧面进行减材加工，改变工作台上工件和增材模块、磨削减材模块的相对位置，达到预设厚度层后，向上移动增材模块，开始下一厚度层的增材加工；n
26.所述改变工作台上工件和增材模块、磨削减材模块的相对位置包括以下方式：
27.方式a：开启第五驱动机构驱动工作台倾斜；
28.方式b：开启第六驱动机构驱动增材模块和磨削减材模块同步水平移动；
29.方式c：开启第二驱动机构驱动上移动台水平移动；
30.方式d：开启第三驱动机构驱动下移动台水平移动；
31.方式e：开启第四驱动机构驱动上底座旋转带动龙门吊横梁旋转；
32.所述减材加工具体包括：旋转磨削减材模块的小砂轮至与工件侧面贴合对工件进行侧面磨削；
33.所述向上移动增材模块的具体步骤包括：开启龙门吊立柱内的第一驱动机构带动龙门吊横梁向上移动。
34.与现有技术相比，本发明的优点在于：
35.1、本发明通过工作台倾斜运动，龙门吊横梁的上下移动，上底座的旋转运动带动龙门吊横梁的旋转运动，增材模块和减材模块的同步水平运动，配合上移动台和下移动台的水平运动带动工作台水平移动，从而满足复杂零件多方位加工的要求，可加工各种具有不同形态曲面的复杂零件，尤其是含有空间曲面的零构件，并通过磨削减材模块的砂轮轴
摆动实现小砂轮的转动，在磨削减材模块的转动下可实现对任意角度的零件侧壁贴合，解除了复杂结构零件对传统磨削工艺的束缚，进一步提高了装备的生产柔性。
36.2、本发明设计了尺寸性能合适的气密性防护罩即外罩，注重装备整体的气密性与防护性，在完全不影响传动系统稳定性的同时确保装置整体的气密性，可适用于包括金属材料在内的各类可激光增材加工的材料零部件的成形加工，具备了针对多元化加工对象极强的工作适应能力，极大地拓展了该款设备装置的工作业务范围。外罩隔绝外界环境，且可形成负压状态的保护气体环境，在防止材料高温氧化的同时，保护操作人员安全。
37.3、本装置为一次安装增减材同步加工，相比与传统的多工位分步安装加工方式而言，本装备省去了多次拆卸与安装工件，以及人工搬运工件等步骤，极大地缩短了工作时间，提高了工作效率，降低了时间成本与人工成本。
38.4、本装置采用桌面型设计，整体结构较小，占据空间有限，在工作中可以节省大量的位置空间，同时该装备较高的便携性与灵活性也由此凸显，可以在生产中实现较大的普及。
39.5、本装置在工作中，各加工部件的工作移动路径较短，因而缩短了整体的加工流程，进一步缩短工件的生产周期，提高了生产效率。在短流程、短周期的加工优势下，装备在生产单个零件所消耗的能量也随着生产周期的减少而同步减少，因此零件生产过程中的能耗周期也相应缩短，间接性地达到低能耗、低排放的要求。
40.6、本装置由于增材模块和磨削减材模块等都是模块化装置，更换与维护较为简便。本装置采用旁轴送丝激光熔融增材制造技术(增材模块具有送丝头和激光头，并且送丝头和激光头具有夹角)与砂轮磨削技术相(磨削减材模块的小砂轮等)复合，生产柔性高，与当前制造业中应用广泛的混流装配线有极高的契合度。
附图说明
41.图1是本发明装置的结构示意图。
42.图2是本发明移除外罩后装置的结构示意图。
43.图3是第一驱动机构和龙门吊横梁连接示意图。
44.图4是第一驱动机构在龙门吊立柱中的结构示意图。
45.图5是第六驱动机构及增材模块和磨削减材模块的结构示意图。
46.图6是龙门吊横梁的结构示意图。
47.图7是增材模块的结构示意图。
48.图8是磨削减材模块的结构示意图。
49.图9是磨削减材模块移除砂轮立柱后的结构示意图。
50.图10是固定底座及固定支撑座等零件的装配后结构示意图。
51.图11是固定支撑座及其上零件的结构示意图。
52.图12是固定支撑座及其上零件的侧视图(移除第一立柱的立柱盖)。
53.图13是固定支撑座及其上零件的俯视图。
54.图14是图13中a-a线剖视图。
55.图15是图14中b处的局部放大图。
56.图16是第一连接件的爆炸分解图。
57.图17是工作台的结构示意图。
58.图18是固定底座、上移动台等装置的结构示意图。
59.图19是固定底座的俯视图。
60.图20是图19中c-c线剖视图。
61.图21是上底座及第四驱动机构的配合示意图。
62.图22是上底座的结构示意图。
63.图23是下底座的结构示意图。
64.图24是下底座的俯视图。
65.图25是图24中d-d线剖视图。
66.图26是上移动台、下移动台及其驱动机构的结构示意图。
67.图27是上移动台、下移动台及其驱动机构的另一视角的结构示意图。
68.图28是上移动台、下移动台及其驱动机构的俯视图。
69.图29是伸缩杆的结构示意图。
70.图30是伸缩杆部分的剖视图。
71.图31是下移动台的结构示意图。
72.图32是上移动台的结构示意图。
73.图33是另一实施例装置的结构示意图。
74.图34是本发明能一次性加工成形的零件结构示意图。
75.图中各标号表示：
76.1、固定底座；101、内底座；1011、x向条形孔；1012、y向条形孔；102、下底板；103、上底座；1031、滚轮支撑件；1032、内齿轮；1033、上盖；104、下底座；1041、内凸台；1042、外凸缘；10421、滑动轨道；105、滑动滚轮；2、外罩；3、第一立柱；4、龙门吊；41、龙门吊横梁；411、横梁盖；412、安装腔；413、支撑板；414、条形槽；42、龙门吊立柱；5、上移动台；501、上平板；5011、平板通孔；502、下滑块；6、下移动台；601、下平板；6011、导向槽；6012、限位块；602、连接板；6021、竖板；6022、横板；60221、限位孔；7、增材模块；71、激光头；72、送丝头；73、激光接头；74、增材滑块；75、激光立柱；8、磨削减材模块；81、小砂轮；82、砂轮立柱；821、楔形槽；84、立柱接头；85、砂轮电机；86、砂轮摆动轴；87、砂轮摆动柱；88、圆锥齿轮；89、减材滑块；9、工作台；91、延伸杆；10、伸缩杆；1001、外套筒；1002、内套筒；1003、内导杆；12、伸缩杆固定块；15、第二驱动机构；151、第二驱动电机；152、第二支撑座；153、y向滚珠丝杠；16、第三驱动机构；161、第三驱动电机；162、x向滚珠丝杠；163、第三支撑座；17、第一驱动机构；171、第一驱动电机；172、第一支撑座；173、第一滚珠丝杠；174、第一丝杠连接件；18、第六驱动机构；181、第六驱动电机；182、第六支撑座；183、第六滚珠丝杠；184、联轴器；19、第五驱动机构；191、第五驱动电机；192、第五支撑座；193、第五滚珠丝杠；194、第五丝杠连接件；20、第一连接件；201、球销座；202、球头销；203、连接杆；21、固定支撑座；23、送丝模块；24、第四驱动机构；241、第四驱动电机；242、第四驱动齿轮；26、定料机构；261、小辊筒；262、小辊筒支架。
具体实施方式
77.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说
明，本发明采用的仪器或材料为市售。
78.实施例1
79.如图1至32所示，本实施例的增减材双工位同步加工空间曲面的装置，包括固定底座1、第一立柱3、龙门吊4、增材模块7、复合移动平台、磨削减材模块8、工作台9、第一连接件20、固定支撑座21；固定底座1包括内底座101、上底座103和下底座104，内底座101、上底座103位于下底座104上，上底座103套设于内底座101外侧，固定底座1内设有第四驱动机构24，上底座103在第四驱动机构24的驱动下相对于内底座101旋转，龙门吊4包括龙门吊横梁41和龙门吊立柱42，龙门吊立柱42位于龙门吊横梁41两端且固定于上底座103上；复合移动平台设置于内底座101处；龙门吊立柱42内设有用于驱动龙门吊横梁41上下移动的第一驱动机构17；复合移动平台包括上移动台5和下移动台6，内底座101内设有第二驱动机构15和第三驱动机构16，下移动台6连接于上移动台5的下方且在第三驱动机构16驱动下相对于固定底座1可水平移动，上移动台5在第二驱动机构15驱动下相对于固定底座1可水平移动，上移动台5和下移动台6的水平移动方向互相垂直；工作台9至少两个端部外侧分别设有第一立柱3，第一立柱3固定于固定支撑座21上；第一立柱3内设有用于驱动工作台9端部上下移动的第五驱动机构19，第五驱动机构19通过第一连接件20与工作台9的端部连接，工作台9不同端部向上或向下移动的位移不相等，使工作台9倾斜；增材模块7和磨削减材模块8设置于龙门吊横梁41下方，龙门吊横梁41内设有第六驱动机构18，第六驱动机构18用于驱动增材模块7和磨削减材模块8相对于龙门吊横梁41同步水平移动，且增材模块7和磨削减材模块8分别对工作台9上的工件进行增材加工和减材加工。
80.本发明依靠工作台9倾斜运动，上底座103旋转运动带动龙门吊横梁41旋转，以带动增材模块7和磨削减材模块8的旋转，上移动台5和下移动台的水平移动，将增材模块7和磨削减材模块8旋转至工件的任意方位，配合增材模块7和磨削减材模块8的同步水平移动，从而满足复杂零件多方位加工的要求，可加工各种具有不同形态曲面的复杂零件，尤其是含有空间曲面的零构件。龙门吊横梁41上的增材模块7、磨削减材模块8均能沿龙门吊横梁41移动，大大放宽了工作模块的自由度，提高了整体装备的生产柔性。
81.如图3和4所示，龙门吊立柱42内安装有第一驱动机构17，第一驱动机构17用于驱动龙门吊横梁41上下移动。第一驱动机构17包括第一驱动电机171、第一支撑座172、第一滚珠丝杠173、第一丝杠连接件174，第一滚珠丝杠173竖直设置，第一驱动电机171用于驱动第一滚珠丝杠173旋转，第一支撑座172支撑在第一滚珠丝杠173端部，第一丝杠连接件174套设在第一滚珠丝杠173外，第一丝杠连接件174自龙门吊立柱42内延伸至龙门吊立柱42外并与龙门吊横梁41端部连接。
82.通过龙门吊立柱42内的第一滚珠丝杠173来控制龙门吊横梁41在z轴方向的移动。龙门吊横梁41在两侧第一丝杠连接件174的固定和带动作用下带着增材模块7和磨削减材模块8在z轴方向上下移动。本实施例中，第一驱动机构17位于龙门吊立柱42上半部分，第一驱动电机171为伺服电机，分别驱动两根第一滚珠丝杠173。在龙门吊立柱42上半部分开设有立柱内孔，第一驱动机构17位于立柱内孔内，龙门吊立柱42在靠近龙门吊横梁41一侧开设有供第一丝杠连接件174通过的前槽，前槽与立柱内孔相连通，并且前槽与第一滚珠丝杠173错位设置，防止磨屑直接进入前槽影响第一驱动机构17的传动。立柱内孔由水平设置的隔离板分隔成两部分，一部分容纳第一驱动电机171，另一部分容纳第一驱动机构17的其他
重要零件。
83.如图5所示，龙门吊横梁41内设有第六驱动机构18，增材模块7和磨削减材模块8安装于龙门吊横梁41下部并在第六驱动机构18的驱动下相对于龙门吊横梁41同步水平移动。
84.第六驱动机构18包括第六驱动电机181、第六支撑座182、第六滚珠丝杠183、第六丝杠螺母和联轴器184，两个旋转方向相反的第六滚珠丝杠183水平设置并且通过联轴器184连接，第六驱动电机181用于驱动第六滚珠丝杠183旋转，第六支撑座182支撑在第六滚珠丝杠183端部，两个第六丝杠螺母分别套设在第六滚珠丝杠183外，第六丝杠螺母分别与增材模块7和磨削减材模块8连接。
85.如图7所示，龙门吊横梁41内中空设有安装腔412，在安装腔412内垂直设有支撑板413，支撑板413用于支撑联轴器184，龙门吊横梁41在远离增材模块7和磨削减材模块8一侧设有横梁盖411，在靠近增材模块7和磨削减材模块8一侧开设有条形槽414，条形槽414与第六滚珠丝杠183错位设置，防止磨屑直接进入安装腔412内黏附在第六滚珠丝杠183上影响传动。
86.增材模块7和磨削减材模块8共用同一龙门吊横梁41的相同第六驱动机构18。当启动第六驱动电机181时，增材模块7和磨削减材模块8相互靠近或远离，整体上是相向或相对运动。每一个第六驱动机构18包括一第六滚珠丝杠183，增材模块7与磨削减材模块8分别装配在两旋转方向相反的第六滚珠丝杠183上，第六滚珠丝杠183包括两水平丝杠，联轴器184为弹性联轴器，增材模块7和磨削减材模块8分别通过第六丝杠螺母安装于两水平丝杠上，两第六丝杠螺母旋向方向相反(第六丝杠螺母与各自所属水平丝杠的旋向相同)。第六驱动电机181驱动其中一水平丝杠旋转，通过弹性联轴器将扭矩传递到另一水平丝杠上。当第六驱动电机181正转，水平丝杠上的两第六丝杠螺母就会逐渐靠近；当第六驱动电机181反转，水平丝杠上的两第六丝杠螺母就会逐渐远离。龙门吊横梁41内通过第六驱动电机181与水平丝杠传动连接，控制两个反向配合的第六丝杠螺母往相反方向移动，实现增材模块7与磨削减材模块8的联动效果。
87.在其他实施例中，在同一龙门吊横梁41上采用两第六驱动电机181分别驱动增材模块7和磨削减材模块8，两第六驱动机构18的第六滚珠丝杠183旋转方向相反且并没有联轴器184，通过龙门吊横梁41内的第六驱动电机181来控制增材模块7或磨削减材模块8在水平方向的移动。一个龙门吊横梁41内配有两组第六驱动机构18分别用于控制增材模块7和磨削减材模块8，相对于采用相同第六驱动机构18同时驱动增材模块7、磨削减材模块8，两组第六驱动机构18降低了每根第六滚珠丝杠183的承受力，并加强了工作当中的定位准确性与稳定性。
88.如图7所示，增材模块7包括激光头71、送丝头72、激光接头73、增材滑块74和激光立柱75，增材滑块74与第六滚珠丝杠183上的第六丝杠螺母连接配合，激光接头73连接于增材滑块74和激光立柱75之间，激光头71、送丝头72位于激光立柱75下方。在其他实施例中，增材滑块74设有通孔，通孔内壁设有螺纹，套设在第六滚珠丝杠183上，增材滑块74自第六滚珠丝杠183穿过龙门吊横梁41与激光接头73连接。
89.在送丝头72入料口上方设有定料机构26，定料机构26包括小辊筒支架262和两小辊筒261，两小辊筒261支撑于小辊筒支架262上，用于定位原料丝材。并且定料机构26的小辊筒261中间设置与丝材尺寸相当的圆凹槽，增强精确度。
90.激光头71的激光发射方向(激光发射方向垂直于复合工作平台上表面)和送丝头72的送丝方向呈一定夹角α，激光发射方向与送丝方向的夹角α为45
°
(其他实施例中，0＜α＜90
°
均可取得相同或相似的技术效果)，当激光发射器发射激光在工件表面产生熔池时，送丝模块23同步送丝，将材料送入熔池，提高了加工效率，实现增材加工时同步送丝。在送丝头72上布置小辊筒261，并且小辊筒261中间设置与丝材相当的圆凹槽，增强精确度，两小辊筒261下方的送丝头72上方开设有供原料丝材通过的送丝孔。
91.本发明通过龙门吊横梁41所执行的圆周运动，上移动台5和下移动台6的平移运动，工作台9的倾斜运动，以及增材模块7中激光头71和送丝头72角度α调节的合理配合，增材模块7和磨削减材模块8在龙门吊横梁41上的水平移动(两模块之间即可执行同步联动也可执行各自的独立运动，其相对运动的方式非常灵活)，即可有效实现复杂结构件的增材与减材两工位(两工位保持半个回转体旋转周期的间距，无需额外的工位调整)的实时同步加工。同步加工方式不仅可以灵活高效地完成复杂结构件的内、外两侧表面的高精度减材加工，而且在合理的多自由度独立控制的运动配合与传动布置设计之下，严格控制了装备整体的质心高度以提高稳定性，基本实现了两工位的无间隙融合，节省了大量用于工位转换所需的工时与能耗，进一步缩短了加工流程和生产周期，突显了多工位一体化同步复合加工方法的短流程与近净成形优势。
92.如图8和9所示，磨削减材模块8包括小砂轮81、砂轮立柱82、立柱接头84、砂轮摆动轴86、砂轮摆动柱87、两互相啮合传动的圆锥齿轮88和减材滑块89，减材滑块89与第六滚珠丝杠183连接，立柱接头84上端与减材滑块89连接，立柱接头84下端与砂轮立柱82连接，砂轮电机85与其中一圆锥齿轮88同轴，另一圆锥齿轮88通过横向设置的砂轮摆动轴86与砂轮立柱82固定连接，砂轮摆动轴86与砂轮摆动柱87垂直连接，砂轮摆动柱87下端与小砂轮81连接，由此，通过驱动砂轮摆动轴86以实现小砂轮81的摆动，增强对曲面的铣削精度，以迎合工件侧面角度进行磨削加工。
93.在其他实施例中，减材滑块89设有通孔，通孔内壁设有螺纹，套设在第六滚珠丝杠183外，减材滑块89自第六滚珠丝杠183穿过龙门吊横梁41与立柱接头84连接。砂轮立柱82底部开成楔形槽821，即保证小砂轮81的旋转又起到一定的密封作用。
94.激光立柱75、砂轮立柱82为模块化设计，安装、维护和更换都比较方便。
95.如图18-32所示，第三驱动机构16包括固定于内底座101下部的第三驱动电机161和至少一个x向滚珠丝杠162，下移动台6包括下平板601和位于下平板601下方的多个连接板602，内底座101设有供连接板602穿过的x向条形孔1011，连接板602的下部与x向滚珠丝杠162连接，至少一x向滚珠丝杠162由第三驱动电机161驱动，连接板602下部的x向滚珠丝杠162与连接板602相对应的x向条形孔1011错位设置；上移动台5包括上平板501和位于上平板501下方的下滑块502，下平板601上部开设有导向槽6011，下滑块502与导向槽6011滑动配合。上移动台5和下移动台6通过下滑块502和导向槽6011的滑动配合形成多轴向复合传动的运动形式。
96.如图23-25所示，下底座104包括内凸台1041和与内凸台1041间隔设置的外凸缘1042，外凸缘1042与内凸台1041之间的空间为容纳空间，内凸台1041的高度低于外凸缘1042的高度，外凸缘1042内侧壁上设有滑动轨道10421。本实施例中，上底座103呈圆环状，在上底座103底部内侧设有内齿轮1032，内齿轮1032和第四驱动机构24位于容纳空间内，第
四驱动机构24包括第四驱动电机241和连接于第四驱动电机241输出端的第四驱动齿轮242，第四驱动齿轮242由第四驱动电机241驱动，第四驱动齿轮242和内齿轮1032啮合传动，实现上底座103相对于下底座104的旋转运动。
97.在上底座103外侧壁上设有滚轮支撑件1031，滚轮支撑件1031用于支撑滑动滚轮105，滑动滚轮105在滑动轨道10421上滑动，在上底座103上部设有上盖1033，上盖1033盖设在外凸缘1042上，将滑动滚轮105与滑动轨道10421与外界分隔开来，防止磨屑进入到滑动轨道10421内。
98.如图20所示，固定底座1还包括下底板102，下底板102位于内底座101和内凸台1041之间，一方面将容纳空间内的第四驱动机构24等机构与内底座101内的第二驱动机构15和第三驱动机构16等装置分隔并密封，另一方面为内底座101提供支撑。
99.本发明将第三驱动电机161、x向滚珠丝杠162等零部件运动设置在内底座101内，将质量集中在内底座101下，降低装置整机重心并减轻工作台运动载荷，在提高装置稳定性的同时实现高效节能的功效；通过复合移动平台的独立单轴向运动，以实现工件在工作平面内任意一点的定位，突破了传统移动平台单自由度运动的现状，简化了加工模块驱动系统的设计；再者，x向滚珠丝杠162与连接板602相对应的x向条形孔1011错位设置，当磨削时，即便磨屑掉入x向条形孔1011时，随着x向条形孔1011向下掉落，而不会影响用于传动的x向滚珠丝杠162的运动，延长了本发明传动零件的使用寿命。
100.如图31所示，本实施例中，连接板602包括横板6022和竖板6021，竖板6021的一端连接于下平板601，竖板6021的另一端与横板6022的一端连接，横板6022的另一端与x向滚珠丝杠162连接，第三驱动电机161与其中一个x向滚珠丝杠162的一端连接并驱动x向滚珠丝杠162旋转，以带动横板6022沿x向移动。
101.横板6022在靠近x向滚珠丝杠162一侧设有限位孔60221，限位孔60221与x向滚珠丝杠162凹凸配合连接。本实施例中，共有一个x向滚珠丝杠162，位于中间的x向滚珠丝杠162与第三驱动电机161连接并由第三驱动电机161驱动，为主动件，位于两侧的x向丝杠为从动件，起一定的支撑作用。本实施例中，第三驱动电机161输出端直接驱动x向滚珠丝杠162。在其他实施例中，第三驱动电机161输出端连接有齿轮，x向滚珠丝杠162端部设有齿轮，通过齿轮与齿轮配合实现传动。
102.x向滚珠丝杠162通过第三支撑座163固定于内底座101下方。本实施例中，第三支撑座163为橡胶材料制备而成。
103.下移动台6还包括限位块6012，限位块6012安装于导向槽6011一端并用于阻挡下滑块502运动。本实施例中，导向槽6011为燕尾槽，下滑块502为燕尾滑块，采用燕尾槽和燕尾滑块连接，即有助于导向定位也起到支撑的作用，限位块6012为橡胶块。
104.装置还包括伸缩杆10、伸缩杆固定块12，伸缩杆固定块12相对设置于内底座101两侧，上移动台5通过伸缩杆10与伸缩杆固定块12上部连接；第二驱动机构15包括第二驱动电机151和y向滚珠丝杠153，内底座101开设有供伸缩杆固定块12穿过的y向条形孔1012，第二驱动电机151、y向滚珠丝杠153固定于内底座101内，第二驱动电机151用于驱动y向滚珠丝杠153转动，y向滚珠丝杠153与伸缩杆固定块12下部连接并带动伸缩杆固定块12沿y向移动，y向滚珠丝杠153与y向条形孔1012错位设置，即便磨屑掉入y向条形孔1012时，随着y向条形孔1012向下掉落，而不会影响用于传动的y向条形孔1012的运动，延长了本发明传动零
件的使用寿命。本实施例中，第二驱动电机151输出端连接有圆锥齿轮，y向滚珠丝杠153的端部连接有圆锥齿轮，两圆锥齿轮啮合传动。
105.y向滚珠丝杠153布置在内底座101下方，加长行程，可在其内部滑动。本实施例中，y向滚珠丝杠153通过第二支撑座152固定于内底座101下方。本实施例中，第二支撑座152为橡胶材料制备而成。x向条形孔1011、y向条形孔1012通过两块橡胶相夹实现相对密封。
106.如图29和30所示，伸缩杆10包括内导杆1003和多个外套筒1001、内套筒1002，外套筒1001、内套筒1002均套设于内导杆1003外且沿上移动台5对称设置，内导杆1003穿过上移动台5并与伸缩杆固定块12连接，外套筒1001的一端与伸缩杆固定块12连接，另一端套设于内套筒1002外侧或内侧且与内套筒1002滑动配合，内套筒1002的另一端与上移动台5的一侧连接。本实施例中，伸缩杆10的内套筒1002和外套筒1001均为中空，以实现套接，伸缩杆10的内导杆1003外安装外套筒1001、内套筒1002，实现复杂传动系统的全封闭润滑，以此将涂有润滑油的内导杆1003与外界工作环境相隔绝，防止磨屑的渗入与堆积。一方面，防止磨屑在传动系统的不良堆积，避免传动系统磨损，延长其服役寿命；另一方面，提高装备传动与加工精度，实现一体化加工。
107.如图32所示，本实施例中，上平板501两侧开设有供伸缩杆10通过的平板通孔5011。
108.下移动台6由固定底座1下方的第三驱动电机161连接x向滚珠丝杠162进行传动，带动上移动台5沿x轴方向移动。上移动台5与下移动台6在x轴方向上相对固定。上移动台5与下移动台6之间通过两道燕尾槽与燕尾滑块契合固定，上移动台5由x轴方向的一根伸缩杆10带动实现y轴方向的运动，并且下移动台6的燕尾槽起导向的作用。带动上移动台5的伸缩杆10固定于两边的伸缩杆固定块12上，各自位于下移动台6移动区间两侧，伸缩杆固定块12由固定底座1下方的第二驱动电机151和y向滚珠丝杠153带动。上移动台5上固定工件，一方面，通过以上传动机构实现工件在底座平面内的x、y轴方向运动，所以工件可位于加工区域平面内的任意位置。另一方面，在加工中心轴线为曲线的回转体零件时，底座平面内的x、y轴方向运动，可以调整并保证工作台9倾斜之后的工作中心与增减材加工中心的重合，避免工作台9倾斜之后导致定位出错。
109.如图11至17所示，第一连接件20包括球销座201、球头销202、连接杆203，球销座201一端与工作台9一端部连接，另一端与球头销202连接配合，连接杆203套设于球头销202外，第五驱动机构19与连接杆203连接。本实施例中，连接杆203采用弹性材料制成，可沿长度方向弹性延伸，与球头销202螺纹连接。
110.如图17所示，工作台9至少两端部设有延伸杆91，延伸杆91与球销座201连接。本实施例中，含有四个第一立柱3，每个第一立柱3内均设有分别用于驱动工作台9四个端部的第五驱动机构19，第五驱动机构19各自独立驱动对应工作台9延伸杆91，通过不同延伸杆91在高度方向上不同距离的移动，使工作台9倾斜不同角度。在其他实施例中，可根据零件的复杂程度，工作台9设置不同数量的延伸杆91达到倾斜角度的不同。
111.本实施例中，通过一固定支撑座21固定于上移动台5上，第一立柱3底部与固定支撑座21连接固定，工作台9与固定支撑座21间隔设置且关于加工中心对称设置，工作台9与固定支撑座21间隔设置，一方面防止上移动台5尺寸过小，不足以放置多个第一立柱3以及工作台9，突破了上移动台5尺寸的限制，另一方面便于整体替换不同大小的第一立柱3和工
作台9。
112.如图12所示，第五驱动机构19包括第五驱动电机191、第五支撑座192、第五滚珠丝杠193和第五丝杠连接件194，第五滚珠丝杠193竖直设置，第五驱动电机191用于驱动第五滚珠丝杠193旋转，第五支撑座192支撑在第五滚珠丝杠193两端，第五丝杠连接件194套设在第五滚珠丝杠193外，第五丝杠连接件194自第一立柱3内延伸至第一立柱3外并与第一连接件20连接。
113.本实施例中，第一立柱3在靠近工作台9一侧开设有立柱前槽，立柱前槽用于供第五丝杠连接件194穿过，立柱前槽与第一立柱3内孔相连通，且立柱前槽与第五滚珠丝杠193错位设置，防止磨屑影响第五驱动机构19的传动。
114.第五丝杠连接件194与连接杆203铰接。
115.通过第一立柱3内的第五滚珠丝杠193来控制工作台9各端部在z轴方向的移动，通过不同端部在z轴方向的移动距离不同，实现工作台9的倾斜运动。在第五丝杠连接件194的固定和带动作用下带着工作台9各端部在z轴方向上下移动。本实施例中，第五驱动电机191为伺服电机，驱动第五滚珠丝杠193。在第一立柱3内开设有内孔，第五驱动机构19位于内孔内，第一立柱3在靠近工作台9一侧开设有供第五丝杠连接件194通过的前槽，前槽与内孔相连通，并且前槽与第五滚珠丝杠193错位设置，防止磨屑直接进入前槽影响第五驱动机构19的传动。内孔由水平设置的隔离板分隔成两部分，一部分容纳第五驱动电机191，另一部分容纳第五驱动机构19的其他重要零件。
116.如图1所示，装置还包括外罩2，外罩2固定于固定底座1上，并将上移动台5、下移动台6、磨削减材模块8、增材模块7、龙门吊4与外界分隔。本实施例中，固定底座1上方罩设有外罩2，外罩2上开设有置物口(图中未示出)，置物口上安装有可关闭和打开置物口的置物门。本实施例中，外罩2为透明罩，便于观察核心部件的工作状况，另一方面，外罩2用于密封保护核心部件，隔绝装备内工作环境与外部环境，提高加工质量以及操作人员安全性。
117.外罩2开设有进气孔和出气孔，用于将外罩2内抽真空或通入保护气体。本实施例中，进气孔和出气口分别相对设置于外罩2的侧壁上且分别靠近外罩2的上部和下部设置。一般惰性气体或者二氧化碳等保护气体都是比空气重的，进气口在下部，出气孔在上部，在加工过程是保持慢速进气的，外罩2内是负高压状态。
118.龙门吊横梁41上方设有送丝模块23，送丝模块23包括送料辊轮，送料辊轮两端支撑在龙门吊立柱42上，工作时送料辊轮上环绕代加工原料丝材，根据加工进度将原料丝材同步输送至增材模块7处。
119.本发明中，以x向滚珠丝杠162的长度方向为x向，以y向滚珠丝杠153的长度方向为y向，以垂直于复合移动平台上表面的方向为z向(即龙门吊立柱42的长度方向)。
120.本实施例的增减材双工位同步加工空间曲面的装置的加工方法，包括以下步骤：
121.将工件放置于工作台9上，开启增材模块7发射激光在工件表面产生熔池，将原料送至增材模块7下并在激光的作用下于熔池处熔化并固化在工件上，开启磨削减材模块8同步对固化后的工件侧面进行减材加工，改变工作台9上工件和增材模块7、磨削减材模块8的相对位置，达到预设厚度层后，向上移动增材模块7，开始下一厚度层的增材加工；
122.改变工作台9上工件和增材模块7、磨削减材模块8的相对位置包括以下方式：
123.方式a：开启第五驱动机构19驱动工作台9倾斜；
124.方式b：开启第六驱动机构18驱动增材模块7和磨削减材模块8同步水平移动；
125.方式c：开启第二驱动机构15驱动上移动台5水平移动；
126.方式d：开启第三驱动机构16驱动下移动台6水平移动；
127.方式e：开启第四驱动机构24驱动上底座103旋转带动龙门吊横梁41旋转；
128.减材加工具体包括：旋转磨削减材模块8的小砂轮81至与工件侧面贴合对工件进行侧面磨削；
129.向上移动增材模块7的具体步骤包括：开启龙门吊立柱42内的第一驱动机构17带动龙门吊横梁41向上移动。
130.本发明能一次性同步加工成形具有空间曲面的复杂零构件，或者包含难以加工的圆弧曲面型零构件，零件结构示意图如图34所示，图34(a)是典型零件的结构示意图，图34(b)是该典型零件的主视图，图34(c)是该典型零件的俯视图，图34(d)是另一典型零件的结构示意图，图34(e)是另一典型零件的半剖主视图，图34(f)是另一典型零件的仰视图。
131.实施例2
132.如图33所示，本实施例的装置与实施例1大致相同，不同之处在于：
133.本实施例的龙门吊横梁41的数量为两个，增材模块7和磨削减材模块8分别由两个独立的第六驱动机构18驱动，龙门吊立柱42内设有两第一驱动机构17分别用于驱动龙门吊横梁41上下移动。
134.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。