[发明专利]通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过材料添加和成形相结合的加工方法与设备。根据本发明的方法和设备更特别地适合于加工三维外形，或者表面微观质量不能用材料添加加工方法和成形加工方法单独加工的零件。在下文中，方法被认为与其他的(方法)分别实行，此时被制造的零件在机床空间内部重新定位，所述重新定位时通过更换机床，或将零件从传递作业机床的一个区域转移至另一个区域，其中，零件被固定在安装部或加工托盘，或者，当零件安装在同一机床上时，所述机床的构造被显著地更改，使得由于例如加工头的更换而使得所述轴原始点或机床的动态性能因此发生改变，或如果机床数控系统中保存的运动补偿表被更改，或如果他们保持同样配置但不再能反映机床性能。在下文中，“加工阶段”因此指在同一零件上实施的一系列加工操作，而不改变零件的加工站，且不改变加工设备站的配置以及零件的定位。

在全文中，术语“加工”指加工动作，动词“加工”通常意思指，在工具机床上将材料或零件进行加工。

背景技术

在现有技术中，不论是通过添加还是通过去除材料的加工方法都为人所熟知。日本专利申请JP-A-2010280173描述了这样一种设备和方法，包括，在同一机床上，添加材料的加工方法和去除材料的加工方法的结合。在现有技术中，此方法的实施使用了两个不同加工设备，所述加工设备安装在同一框架上但使用不同位移轴。因此，根据现有技术，第一组执行器用来设置一层粉末，并用激光束烧结该层粉末的一部分，在所述层中，激光束的路径由镜子的运动所决定，第二组执行器包括，铣削主轴，其运动由不同于引导镜子运动的轴的数字控制而控制。这意味着两台不同的机器共用同一框架。另外，这种现有技术的材料去除的方法的目的在于，通过这样来改进执行添加加工方法的条件：修改所设置的材料表面，以便校正表面的几何形状并清洁所述表面的所有污染，使其有助于之后的操作中所设置的材料层的结合。因此，这种现有技术的主要目的在于力求保证添加加工制成的零件的材料的牢固性，相对地，其目的并不特别在于所组合的加工操作的精确度，该精确度在材料添加操作和材料切除操作之间的阶段发生改变时将不能达到。

发明内容

本发明其目的特别但不仅仅在于，制造如图1所示的复杂外形的零件。根据这个示例，并不是加以限制地而是示意性地简单示出了本发明解决的技术问题，待被制造的零件100，包括，刚性平板110，该刚性平板110组成基部，包括在平板中心的铣孔115和在所述铣孔115上定中心的复杂锥形形状的中空延长部120，其可以由材料添加得到。所述零件100的整体的制造具有与表面状态相关的限制，在外形复杂的延长部120的外侧部和内侧部的二者上，例如，根据标准ISO 4287的粗糙度Ra为1.6μm(10^-6米)。另外，所述的零件也根据几何形状的限制来实现，如板的铣孔115和在所述板处的圆锥形延长部120之间的同心度公差，以及延长部120的壁的厚度公差(e)。例如这些公差为0.05mm。根据现有技术已知的方法，具有实现的限制的该零件100不能仅通过一次定位而制造，这样，获得希望的精度非常困难并且与大批量的制造难以兼容。

下文中，术语“基部”指零件初始材料，通过使用添加加工的方法在其上设置材料，其中，设置的材料能够与基部材料性质相同或性质不同。

图1所示出的通过仅一次定位而制造的零件100，不论是添加加工操作，还是在涉及去除材料的加工操作，或者烧蚀加工，都需要用到一个旋转运动，甚至两个旋转运动。通常，这种零件需由零件与工具之间至少有五个位移轴的机床所制造，这五个轴包括，三个正交平移，和两个正交轴向的旋转。这种零件的制造需要连续地使用五个轴，也就是说加工工具应该相对加工表面持续地定向。现有技术中，五轴机床的结构有很多种并且是公知的。为了使加工程序能在不同机床配置之间的具有一定程度的可携带性，根据一种广泛熟知的方法，编程通过描述工具的活动部分的端点的运动来实现。为了在机床上执行所述程序，每个刀具都与“校验尺”相关联，即当工具安装在所述机床主轴上时，在机床参考系中，定义所述工具的活动部分的位置的数值文件。该校验尺文件集成在机床的控制系统的存储器中保存的动态工作表中，其中，所述工作表将编程的位移命令转换为机动化轴的位移的形式，其目的在于获得想要的路径。因此，特别地由于机床的结构是平行的，简单的位移，例如平移，而导致根据结构而操纵五个机动化轴或甚至更多的移动。