一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法

摘要

本发明公开了一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法，包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，控制系统，立式铣床装置位于成型室内；立式铣床装置还包括一个链式刀库，链式刀库位于成型室外部的右侧；激光器位于激光选区熔化成型装置成型室的右侧；准直扩束镜、光学透镜、扫描振镜置于成型室的顶部；光学透镜位于成型室上部并内嵌于成型室外壁，与成型室外壁密封结合；本设备提高了成型零件的尺寸精度和表面质量，从而实现了增材制造与高精度铣削加工的有机结合；同时采用通过自动换刀阀门和换刀口的闭合来防止激光加工过程中金属粉末和余热对铣刀的影响，保证了铣刀的质量并延长了其的使用寿命。

主权项

一种采用单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备对金属零件进行加工的方法，所述设备包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，中央控制系统，激光选区熔化成型装置包括光学系统、铺粉系统、成型室(14)和成型缸(18)；所述立式铣床装置位于成型室(14)内；立式铣床装置还包括一个链式刀库(20)，链式刀库(20)位于成型室外部的右侧；所述光学系统包括依次光路连接的激光器(5)、准直扩束镜(4)、光学透镜(3)、扫描振镜(2)；所述激光器(5)位于激光选区熔化成型装置成型室(14)的右侧；所述准直扩束镜(4)、光学透镜(3)、扫描振镜(2)置于成型室(14)的顶部；所述光学透镜(3)位于成型室(14)上部并内嵌于成型室(14)外壁，与成型室(14)外壁密封结合；所述立式铣床装置包括铣削X向导轨(8)、铣削Z向导轨(9)、铣削Y向导轨(10)、铣削主轴(11)；所述铣削X向导轨(8)固定在成型室(14)的后部上方，所述铣削Y向导轨(10)与铣削X向导轨(8)连接在一起，由驱动机构控制其沿X方向运动；所述铣削Z向导轨(9)与铣削Y向导轨(10)连接在一起，实现Y方向的移动；所述铣削主轴(11)位于铣削Z向导轨(9)上，实现其在Z方向的运动；所述铺粉系统还包括粉料瓶(1)和一个设置在铺粉导轨(16)上的铺粉装置(15)；粉料瓶(1)置于成型室(14)上方左侧，粉料瓶(1)还包括一个给铺粉装置(15)输送粉末的自动送粉通道(7)；所述立式铣床装置具有一个链式刀库(20)；链式刀库(20)包括链式刀架(22)、刀架驱动电机(21)和铣刀(23)，铣刀(23)安装在链式刀架(22)上，刀架驱动电机(21)驱动链式刀架(22)的运动；其特征在于，对金属零件进行加工的方法包括如下步骤：(一)、对待加工的零件三维CAD模型进行处理，首先，根据加工要求选择合适的的层厚应用Magics软件进行分层切片；然后以每二十层数据为单位进行片层数据打包，对每一包数据添加刀具信息和铣削轮廓信息；最后对每一包的片层轮廓进行扫描路径规划，完成后导入3D打印机，准备进行加工；(二)、启动3D打印机，首先，工控机控制自动送粉通道(7)对铺粉装置(15)添加粉末，完成后关闭自动送粉通道(7)；打开氧含量检测装置、压力检测装置和抽真空装置，当成型室(14)内气体压力降低到‑15KPa时关闭抽真空装置并打开氮气发生装置充入保护气体，当气压升至20KPa时停止充入保护气体，然后继续打开抽真空装置，如此循环往复；当成型室(14)内氧气含量降低到0.1％以下时开始加工，首先，铺粉装置(15)在成型面上铺一次粉，金属粉末(19)从而熔化形成一层实体，每成型一层后铺粉装置(15)即铺一次粉，如此循环完成二十层粉末加工后，中央控制系统发出信号，扫描阵镜(2)及激光器(5)停止工作，铺粉装置(15)退回到左侧初始位置；(三)、立式铣床装置开始工作，首先，中央控制系统根据加工数据信息控制铣削主轴(11)沿着导轨运动到换刀口(13)位置；铣削主轴(11)先沿着铣削X向导轨(8)移动，再沿着铣削Y向导轨(10)移动，最后沿着铣削Z向导轨(9)移动，然后链式刀库(20)内的刀架驱动电机(21)驱动链式刀架(22)运动，将对应的铣刀(23)对准换刀口(13)，自动换刀阀门(12)打开，铣削主轴(11)进行换刀操作；换刀完成后，铣削主轴(11)夹带铣刀(23)退出换刀口(13)，自动换刀阀门(12)闭合，对换刀口(13)关闭；然后铣削主轴(11)在中央控制系统的控制下开始对已加工的金属零件(17)进行铣削加工，对金属零件(17)内部的随形通道进行铣削并铣去成型面凹凸不平的部分；铣削完成后铣削主轴(11)带着铣刀(23)返回初始位置；(四)、如此循环重复上述步骤(二)、(三)进行激光加工和铣削加工过程，直至整个加工过程完成。