[发明专利]一种增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备及其方法

权利要求书

1.一种增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，包括：

机床主体，至少具有工作台加工区、增材制造区、减材制造区和超声微锻造处理区；所述机床主体包括与数控系统连接的床身和主轴，所述主轴沿所述床身的X轴左右移动，沿Y轴前后移动，沿Z轴上下移动；

所述工作台加工区设置在所述床身中部的容纳区Ⅰ内，包括摆动工作台和旋转工作台；

激光粉末3D打印增材装置，设置在所述增材制造区，用于对待制造工件的增材制造，包括设置在主轴立柱下端的激光头和粉末喷头，设置在所述床身一侧容纳区Ⅱ内的激光头库、送粉装置和激光器，其中，所述送粉装置通过送粉管道与粉末喷头相连，所述激光器通过光纤与所述激光头相连；

超声微锻造处理装置，设置在所述超声微锻造处理区，与数控系统连接沿Z轴升降，用于对增材后的工件进行激光加热均匀微锻造，包括设置在所述主轴立柱上的超声波发生器、换能器、变幅杆以及微锻造工具头；

减材装置，设置在所述减材制造区，用于对微锻造处理后的工件减材制造，包括设置在所述床身另一侧容纳区Ⅲ内的刀库和刀具夹持装置，所述数控系统控制所述刀具夹持装置取/放刀具到所述主轴立柱下端安装/拆卸。

2.根据权利要求1所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，所述装置还包括温度监测装置，设置在所述床身中部的容纳区Ⅳ内，在其安装范围内上下、左右摆动，对待工件的定位跟踪，用于对加工过程中的温度实时监控。

3.根据权利要求1所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，所述激光头和所述粉末喷头为一整体装置，使用过程中与所述刀具在主轴置换，通过数控系统实现在主轴上的安装/拆卸。

4.根据权利要求1所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，所述摆动工作台可绕X轴在和旋转工作台-120°～120°之间旋转；所述旋转工作台可绕Y轴在0～360°之间旋转。

5.根据权利要求1所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，所述超声微锻造处理装置工作时，超声波发生器产生一个设定的频率信号，通过换能器磁致伸缩或电致伸缩在空气中产生高频振动，通过变幅杆改变振幅，带动微锻造工具头对工件表面实施高频微锻造。

6.根据权利要求1所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备，其特征在于，所述粉末喷头的一侧还与保护气管道相连。

7.一种使用权利要求1-6任意一项权利要求所述的增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备制造工件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将待制造工件的模型数据输入到数控系统中，对待制造工件从下至上进行加工区域划分，采用层层增材制造工艺；

S2、通过数控系统控制激光头库将激光头安装到主轴上，再通过数控系统控制送粉装置进行输送粉末和输送保护气，同时控制激光器通过光纤传输到激光头；

S3、通过主轴在床身的X轴和Y轴的移动带动激光头通过粉末喷头向旋转工作台上喷洒金属粉末，同时与激光头射出激光相互作用熔化粉末，在工作台上形成工件的基础形状，经过若干次增材，将工件一层一层地制造成形；

S4、完成部分增材工件后，再用激光头发射激光对增材完成的这部分工件进行均匀加热处理；再根据工件的基础结构在对其增高的部分通过超声微锻造处理装置进行超声微锻造处理，经过升降超声微锻造处理装置的微锻造工具头和摆动工作台及旋转工作台的A、B轴的协同转动，实现对激光加热后增材工件的均匀微锻造；

S5、微锻造完成之后，通过数控系统控制激光头夹持装置自动拆激光头，控制刀具夹持装置在主轴上自动安装所需的刀具，接下来对微锻造完的工件按照工件精度加工要求进行减材加工，通过摆动工作台的摆动、旋转工作台的旋转以及主轴沿X轴、Y轴和Z轴的移动实现五轴联合运动；

S6、重复步骤S3至S5直至加工完成，数控系统控制刀具夹持装置和激光头分别将刀具放回刀库和激光头库，完成增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造。

8.根据权利要求7所述的制造工件的方法，其特征在于，加工的整个过程使用温度监测装置进行温度的实时监控。