3D打印和铣削的增减材复合加工装置 |
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| 申请号 | CN201710879041.6 | 申请日 | 2017-09-26 | 公开(公告)号 | CN107414151A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 武汉科技大学; | 发明人 | 段现银; 贺俊华; 蒋国璋; | ||||
| 摘要 | 一种3D打印和 铣削 的增减材复合加工装置，包括：加工平台上设置有Y轴平动的 导轨 ；Y轴平台，设置在加工平台的Y轴平动的导轨上；X轴平台在Y轴平台上可相对加工平台的X轴平动；X轴平台上端用于提供待加工 工件 放置位；刀柄刀具存放架，设置在加工平台上；3D打印终端装置，设置在加工平台上；3D打印终端装置靠近Y轴平台的一侧设置有Z轴平动导轨；复合加工部可相对Z轴平台转动；复合加工部靠近待加工工件放置位的端面上设置有刀具安装位；多轴 机械臂 ，设置在加工平台上。可以通过多轴机械臂来完成增材部分与减材部分的切换，并实现了增减材4轴复合加工，结构紧凑、切换便捷，降低了增减材复合加工成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种3D打印和铣削的增减材复合加工装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 3D打印和铣削的增减材复合加工装置技术领域背景技术[0002] 随着科技的飞速发展，3D打印技术的研究也逐步深入，各种3D打印装置也逐步出现在我们的工作与生活当中。在进行3D打印时，常通过减材装置来配合实现，增减材复合加工装置是一种将增材制造与减材加工一体的复合装置，使得两种装置优势互补。 [0003] 传统方案中三轴、五轴的增减材复合加工装置大都将控制增减材加工方向的机床或者装置分开，即使用了两套装置。增材与建材的复合程度低，不仅增加占地面积，而且增加机床零部件以及使用能耗。现有技术中，对于有些也做到了增、减材复合，而且共用传动装置的设计，其增材部分(激光沉积成型3D打印头)与减材部分(切削刀具和刀柄)的切换装置复杂，存在制造成本高、切换效率较低等缺点。 [0004] 因此，如何提供一种结构紧凑切换便捷的增减材复合加工装置成为亟待解决的技术问题。 发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题在于现有技术中增材部分与减材部分的切换装置复杂，制造成本高。 [0006] 为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种3D打印和铣削的增减材复合加工装置，包括： [0007] 加工平台，用于提供3D打印和铣削的加工平台；加工平台上设置有Y轴平动的导轨；Y轴平台，设置在加工平台的Y轴平动的导轨上，Y轴平台可相对加工平台的Y轴平动；X轴平台，设置在Y轴平台上，X轴平台在Y轴平台上可相对加工平台的X轴平动；X轴平台上端用于提供待加工工件放置位；刀柄刀具存放架，设置在加工平台上，用于提供铣削刀柄刀具的放置位；3D打印终端装置，为立柱结构，设置在加工平台上，用于提供3D打印的物料和驱动信号；3D打印终端装置与加工平台的安装位位于Y轴平动的导轨所在的轴线上；3D打印终端装置靠近Y轴平台的一侧设置有Z轴平动导轨；Z轴平台，设置在Z轴平动导轨上，Z轴平台可相对加工平台的Z轴平动；复合加工部，通过转动连接件连接在Z轴平台靠近Y轴平台的一侧上，复合加工部可相对Z轴平台转动，以相对加工平台的B轴转动；复合加工部靠近待加工工件放置位的端面上设置有刀具安装位；多轴机械臂，设置在加工平台上，用于对复合加工部上的刀具安装位切换安装铣削刀柄刀具或者3D打印头，以对位于待加工工件放置位上的待加工工件进行铣削或者3D打印作业。 [0008] 可选地，3D打印终端装置靠近刀柄刀具存放架的侧面上设置有用于放置3D打印头的3D打印存放架。 [0009] 可选地，多轴机械臂通过球铰链设置在加工平台上；3D打印存放架和刀柄刀具存放架在加工平台的投影区域位于多轴机械臂的夹持端绕加工平台Z轴旋转的旋转区间内。 [0010] 可选地，还包括：夹持机构，安装于多轴机械臂的末端，用于夹持铣削刀柄刀具或者3D打印头。 [0011] 可选地，夹持机构包括：主动齿轮，其上固定设置有延伸出主动齿轮的第一倒钩；从动齿轮，其上固定设置有延伸出从动齿轮的第二倒钩；第一倒钩与第二倒钩相对，以使在主动齿轮带动从动齿轮转动时，第一倒钩与第二倒钩闭合夹持或者分离释放；动力装置，与主动齿轮连接，用于向主动齿轮提供动力源。 [0013] 可选地，主动齿轮和从动齿轮的传动比为1:1。 [0014] 本发明技术方案，具有如下优点： [0015] 本发明实施例提供的3D打印和铣削的增减材复合加工装置，在加工平台依次设置Y轴平台和X轴平台，刀柄刀具存放架和3D打印终端装置设置在加工平台上，Z轴平台设置在3D打印终端装置的Z轴导轨上，复合加工部通过转动连接件连接在Z轴平台靠近所述Y轴平台的一侧上；使得复合加工部上的刀具安装位能够相对待加工工件放置位4轴运动；铣削刀柄刀具和3D打印头共用多轴机械臂，相对于现有技术增材部分与减材部分复杂的传动装置，本实施例提供的方案，可以通过多轴机械臂来完成增材部分与减材部分的切换，并实现了增减材4轴复合加工，结构紧凑、切换便捷，降低了增减材复合加工成本。 附图说明 [0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0017] 图1为本发明实施例中一种3D打印和铣削的增减材复合加工装置结构示意图； [0018] 图2为本发明实施例中另一种3D打印和铣削的增减材复合加工装置结构示意图； [0019] 图3为本发明实施例中一种传动装置爆炸结构示意图； [0020] 图4为本发明实施例中一种夹持机构结构示意图。 具体实施方式[0021] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0023] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0024] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。 [0025] 为了实现结构紧凑、切换便捷的增减材复合加工装置，本实施例公开了一种3D打印和铣削的增减材复合加工装置，请参考图1和图2，为该3D打印和铣削的增减材复合加工装置立体结构示意图，该3D打印和铣削的增减材复合加工装置包括：加工平台1、Y轴平台2、X轴平台3、刀柄刀具存放架4、3D打印终端装置5、Z轴平台6、复合加工部7和多轴机械臂8，其中： [0026] 加工平台1用于提供3D打印和铣削的加工平台，在具体实施例中，加工平台1上设置有Y轴平动的导轨。 [0027] Y轴平台2设置在加工平台1的Y轴平动的导轨上，Y轴平台2可相对加工平台1的Y轴平动；X轴平台3设置在Y轴平台2上，X轴平台3在Y轴平台2上可相对加工平台1的X轴平动，X轴平台上端用于提供待加工工件放置位。 [0028] 刀柄刀具存放架4设置在加工平台1上，用于提供铣削刀柄刀具的放置位。在具体实施例中，刀柄刀具存放架4上可以开设不同大小的存放孔，或者相同大小的存放孔，用来放置铣削刀柄刀具。 [0029] 3D打印终端装置5为立柱结构，设置在加工平台上，用于提供3D打印的物料和驱动信号。在具体实施例中，可以通过导管和信号线向3D打印头传输3D打印所需的物料和驱动信号。本实施例中，3D打印终端装置5与加工平台1的安装位位于Y轴平动的导轨所在的轴线上。在可选的实施例中，3D打印终端装置靠近刀柄刀具存放架4的侧面上设置有用于放置3D打印头的3D打印存放架，由此，使得3D打印存放架和刀柄刀具存放架4位于相邻区域，从而便于置换，提高了效率。 [0030] 3D打印终端装置5靠近Y轴平台2的一侧设置有Z轴平动导轨，Z轴平台6设置在Z轴平动导轨上，Z轴平台6可相对加工平台1的Z轴平动。由此，实现了相对于待加工工件放置位的Z轴平动。 [0031] 复合加工部7通过转动连接件连接在Z轴平台6靠近Y轴平台的一侧上，复合加工部7可相对Z轴平台6转动，以相对加工平台的B轴转动；复合加工部7靠近待加工工件放置位的端面上设置有刀具安装位。刀具安装位用来安装铣削刀柄刀具或者3D打印头。 [0032] 请参考图3，示意了本实施例中传动装置的爆炸结构，X轴平台3设置在Y轴平台2上，使得位于X轴平台3上的待加工工件可相对加工平台1的X轴平动；Y轴平台2设置在加工平台1的Y轴平动的导轨上，使得位于X轴平台3上的待加工工件可相对加工平台1的Y轴平动；复合加工部7通过转动连接件连接在Z轴平台6上，使得复合加工部7相对于位于X轴平台3上的待加工工件实现了B轴转动和Z轴平动。亦即，实现了复合加工部7可相对于位于X轴平台3上的待加工工件4轴运动。 [0033] 请参考图1和图2，多轴机械臂8设置在加工平台1上，用于对复合加工部7上的刀具安装位切换安装铣削刀柄刀具或者3D打印头，以对位于待加工工件放置位上的待加工工件进行铣削或者3D打印作业。在具体实施例中，多轴机械臂8可以包含多个自由度的转动副。本实施例中，多轴机械臂8可以包括大臂、小臂以及位于小臂末端的夹持机构设置位。 [0034] 在具体实施例中，多轴机械臂8通过球铰链设置在加工平台上，3D打印存放架和刀柄刀具存放架在加工平台的投影区域位于多轴机械臂的夹持端绕加工平台Z轴旋转的旋转区间内。 [0035] 为了便于对铣削刀柄刀具或者3D打印头切换安装，在具体实施例中，该3D打印和铣削的增减材复合加工装置还包括：夹持机构，夹持机构安装于多轴机械臂的末端，用于夹持铣削刀柄刀具或者3D打印头。 [0036] 请参考图4，在具体实施例中，夹持机构包括：主动齿轮91、从动齿轮92和动力装置93，其中： [0037] 主动齿轮91其上固定设置有延伸出主动齿轮的第一倒钩94。在具体实施例中，第一倒钩94可以跟随主动齿轮91绕主动齿轮91的转动轴转动。 [0038] 从动齿轮92其上固定设置有延伸出从动齿轮的第二倒钩95；第一倒钩94与第二倒钩95相对，以使在主动齿轮91带动从动齿轮92转动时，第一倒钩94与第二倒钩95闭合夹持或者分离释放。在具体实施例中，第二倒钩95可以跟随从动齿轮92绕从动齿轮92的转动轴转动。在可选的实施例中，主动齿轮和从动齿轮的传动比为1:1，以使得在闭合夹持或者分离释放动作时，第一倒钩94与第二倒钩95能够等距离运动。 [0039] 动力装置93与主动齿轮91连接，用于向主动齿轮91提供动力源。在具体实施例中，动力装置为活塞动力装置；活塞动力装置的活塞杆与摇杆的一端铰接；摇杆的另一端与主动齿轮铰接。具体地，活塞动力装置可以是例如液压缸、气缸等，当然，也可以是电缸。 [0040] 本实施例提供的3D打印和铣削的增减材复合加工装置，在加工平台依次设置Y轴平台和X轴平台，刀柄刀具存放架和3D打印终端装置设置在加工平台上，Z轴平台设置在3D打印终端装置的Z轴导轨上，复合加工部通过转动连接件连接在Z轴平台靠近所述Y轴平台的一侧上；使得复合加工部上的刀具安装位能够相对待加工工件放置位4轴运动；铣削刀柄刀具和3D打印头共用多轴机械臂，相对于现有技术增材部分与减材部分复杂的传动装置，本实施例提供的方案，可以通过多轴机械臂来完成增材部分与减材部分的切换，并实现了增减材4轴复合加工，结构紧凑、切换便捷，降低了增减材复合加工成本。 [0041] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 |
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