[发明专利]3D打印与铣削复合机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印与铣削复合机床，属于快速成型与机械加工装备领域。

背景技术

3D打印技术已经成为全球研究的热点，有的媒体将3D打印技术喻为第三次工业革命。3D打印这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、庞大的机床和众多的人力，直接从计算机图形数据中便可打印出任何形状的三维零件，使生产制造更加灵活快捷。3D打印技术可以快速加工出传统方法难以制造的零件，对于复杂零部件而言具有极大的优势。这些优势使得3D打印成为一种技术趋势，已经在建筑设计、医疗辅助、工业设计、航空航天、食品和动漫模型等领域均具有了广泛的应用。但是，目前3D打印机的实际使用仍属于快速成型范畴，据统计，3D打印机生产的产品中，80％依旧是产品原型，仅有20％是最终产品。目前存在的主要问题是打印效率和加工精度之间的矛盾，要获得高精度的打印质量，需要切片较薄，这导致打印效率很低。而要提高打印效率，则打印精度和表面光洁度度较差，还需要进行后续的表面处理。另外，具有复杂结构的3D打印物品的内腔在打印完毕后难于做进一步处理，其表面质量难于保证，目前这些存在的缺陷严重限制了3D打印的实际应用。

研究开发具有高刚度、高精度和高效率的3D打印与铣削复合机床，实现3D打印和铣削的复合工艺，首先利用3D打印快速制造出一层，然后通过铣削保证尺寸精度和表面质量，通过这种方式，在保证加工质量的同时，大大提高了加工效率，对于推动3D打印装备的创新开发，特别是对于推动3D打印技术的发展和提高3D打印产品的实用化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、获得高加工精度和高修整效率的3D打印与铣削复合机床。其技术方案为：

一种3D打印与铣削复合机床，包括床身、龙门架、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、主轴、主轴壳体、3D打印头、铣刀、B轴旋转台、具有连续运动功能以及分度并自锁功能的B轴驱动装置、料轮、冷热风喷管和连接板，其中3D打印头采用熔融挤出成型3D打印头，主轴固定安装在主轴壳体内，铣刀安装在主轴上，龙门架由垂直固定安装在床身上的支柱和固定安装在支柱顶部的横梁构成，X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件的结构相同，均包括导轨、运动滑台和运动滑台驱动装置；以X轴运动组件为例，运动滑台支撑在导轨上，由运动滑台驱动装置拖动沿X轴方向做直线移动；X轴运动组件中的导轨固定安装在横梁上，Y轴运动组件中的导轨固定安装在床身上，Z轴运动组件中的导轨固定安装在X轴运动组件的运动滑台上；B轴驱动装置固定安装在Z轴运动组件的运动滑台上，B轴旋转台支撑在B轴驱动装置上，由B轴驱动装置带动绕Y轴作旋转运动，连接板固定连接在B轴旋转台上，其特征在于：料轮安装在X轴运动组件的运动滑台上，且与Z轴运动组件中的导轨分居X轴运动组件中运动滑台的两侧，3D打印头与主轴壳体均固定安装在连接板远离B轴旋转台的一侧，45°≤3D打印头上喷嘴的轴线与主轴的轴线夹角β≤180°，冷热风喷管随B轴旋转台同步运动，喷嘴朝向铣刀的底部。

所述的3D打印与铣削复合机床，运动滑台驱动装置包括电机、联轴器和丝杠组件，其中电机采用步进电机或旋转伺服电机，电机通过联轴器连接丝杠组件，运动滑台由丝杠组件拖着做直线运动。

所述的3D打印与铣削复合机床，运动滑台驱动装置采用直线伺服电机，拖动运动滑台做直线运动。

所述的3D打印与铣削复合机床，冷热风喷管固定安装在主轴壳体上、连接板上或B轴旋转台上。

本发明与现有技术相比，其优点是：

1、由于3D打印与铣削复合机床同时具有3D打印与铣削的功能，使得在3D打印过程中通过数控旋转台分度可以对正在打印的零件进行精密铣削，易于获得高表面质量(包括内、外表面)的3D打印零件；

2、由于3D打印零件不需要更换工作台就可以进行铣削，易于获得较高的加工精度及效率；

3、一体机采用了高刚度的结构配置，使得其动态性能好，易于获得较高的加工精度和效率。

附图说明

图1是本发明实施例的三维结构示意图。

图中：1、床身2、主轴3、主轴壳体4、3D打印头5、铣刀6、B轴旋转台7、B轴驱动装置8、料轮9、冷热风喷管10、连接板11、支柱12、横梁13、导轨14、运动滑台15、电机16、联轴器17、丝杠组件

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做进一步说明。在图1所示的实施例中：3D打印头4采用熔融挤出成型3D打印头，主轴2固定安装在主轴壳体3内，铣刀5安装在主轴2上，龙门架由垂直固定安装在床身1上的支柱11和固定安装在支柱11顶部的横梁12构成，X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件的结构相同，均包括导轨13、运动滑台14、电机15、联轴器16和丝杠组件17，电机15采用步进电机。以X轴运动组件为例，运动滑台14支撑在导轨13上，电机15通过联轴器16连接丝杠组件17，运动滑台14由丝杠组件17拖动沿X轴方向做直线移动。X轴运动组件中的导轨13固定安装在横梁12上，Y轴运动组件中的导轨13固定安装在床身1上，Z轴运动组件中的导轨13固定安装在X轴运动组件的运动滑台14上。具有连续运动功能以及分度并自锁功能的B轴驱动装置7固定安装在Z轴运动组件的运动滑台14上，B轴旋转台6支撑在B轴驱动装置7上，由B轴驱动装置7带动绕Y轴作旋转运动，连接板10固定连接在B轴旋转台6上。料轮8安装在X轴运动组件的运动滑台14上，且与Z轴运动组件中的导轨13分居X轴运动组件中运动滑台14的两侧，3D打印头4与主轴壳体3均固定安装在连接板10远离B轴旋转台6的一侧，3D打印头4上喷嘴的轴线与主轴2的轴线夹角β为90°，冷热风喷管9固定安装在主轴壳体3上，随B轴旋转台6同步运动，喷嘴朝向铣刀5的底部。