[发明专利]一种激光增减材复合制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光增减材复合制造装置及方法。该装置包括减材系统、激光增材系统和控制系统；减材系统为五轴联动机床，激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；还包括监控系统，监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给控制系统。其制造方法是利用上述装置，进行增材、减材操作，重复上述操作直到加工合格。本方法具有成材率高、运行成本低等优点。

技术领域

本发明属于精细加工制造技术领域，具体涉及一种激光增减材复合制造装置及方法。

背景技术

随着激光技术的不断深入应用，激光金属增材技术在国际上已是比较成熟的技术，可实现比较复杂的零件产品制造，然而增材表面精度不足，需要传统的机加减材实现，对于某些复杂曲面内侧且有较高精度要求的时候，在增材完成后，机加减材的刀具空间受限难以达到，无法实现内侧曲面的高精度要求，因此需要在受限空间形成前先减材加工一部分，再继续增材制造；与此同时，有些增材位置，传统三轴联动已难以满足，特殊曲面难以实现。

而且，激光增材过程中，由于激光和载气送粉可能会出现波动，特别在精细增材过程中，会出现局部塌陷和缺失，影响增材质量，报废率较高；在减材过程中，由于材质和加工方式，可能出现加工引起的变形，影响后续增材。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种成材率高、运行成本低的激光增减材复合制造装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种激光增减材复合制造装置，包括减材系统、激光增材系统和控制系统；所述减材系统为五轴联动机床，包括床体、X/Y轴运动机构、A/B两轴变位机和Z轴运动机构；在所述X/Y轴运动机构上安装有夹持工装，用于夹持基材；所述X/Y轴运动机构位于所述床体的下部，其上安装有所述X/Y轴运动机构；所述Z轴运动机构位于所述X/Y轴运动机构的上方，且安装在所述床体的上部；所述激光增材系统包括激光装置、水冷装置和粉料装置，所述激光装置包括激光器和光学头，所述光学头安装在所述Z轴运动机构上，其头部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过光纤与所述激光器连接；所述水冷装置包括激光水冷机及其连接水管；所述粉料装置包括送粉器和送粉喷嘴，所述同轴送粉喷嘴安装在所述Z轴运动机构上，其嘴部朝向所述X/Y轴运动机构，其尾部通过送粉管路与所述送粉器连接；所述控制系统分别与所述减材系统和激光增材系统通过信号连接；还包括监控系统，所述监控系统通过信号与所述控制系统连接，用于获取熔池图像及工件尺寸参数并传输给所述控制系统。

进一步，所述控制系统包括中央处理器、数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器；所述中央处理器通过信号与所述监控系统连接，所述中央处理器分别与数据库服务器、增材参数设定器和减材参数设定器通过信号连接；所述中央处理器用于接收熔池图像及工件尺寸参数与数据库服务器中的信息相比较，并向增材参数设定器和减材参数设定器分别发出增材参数设定指令和减材参数设定指令；所述增材参数设定器与所述激光增材系统连接，用于控制激光装置的激光的强度、光学头与所述工件的距离和角度以及粉料装置的供粉量；所述减材参数设定器与所述减材系统连接，用于控制五轴联动机床的加工。

进一步，所述监控系统包括工业摄像机和光学扫描装置，所述工业摄像机用于获取熔池图像，所述光学扫描装置用于获取工件尺寸参数。

进一步，在所述激光器上还安装有激光水冷机。

进一步，所述五轴联动机床安装在封闭的机壳中，机壳内部通过管路与保护气供应装置连接，用以形成保护气气氛。

进一步，所述五轴联动机床为五轴联动铣床，在Z轴运动机构的一侧设置有刀具库，用于放置和安装刀具。

进一步，所述光学头和同轴送粉喷嘴通过推送装置与所述Z轴运动机构连接，所述推送装置用于带动所述光学头沿Z轴方向往复运动。