[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

说明书

本发明提供一种增材‑减材‑超声微锻造‑五轴联动复合制造装备，包括激光粉末3D打印增材装置、超声微锻造处理装置、五轴联动数控减材装置以及温度监测装置。本发明的复合制造装备可以在一次定位的条件下，通过增材装置和五轴联动减材装置的复合制造，最大程度地完成对复杂零件的一次成型和精密减材加工，并通过超声微锻造的辅助功能改善零件内部组织性能和力学性能，同时对加工过程中的温度进行实时监控，通过温度变化及时调整加工工艺，从而保障材料各项性能的均一性。

技术领域

本发明属于增减材复合制造技术领域，具体而言，尤其涉及一种增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备及其方法。

背景技术

增减材复合制造技术是一种集设计、智能控制、增材制造和减材制造于一体的新型制造技术，广泛应用于航空、航天、国防、武器、人体仿生骨骼等复杂零部件。

与传统增材制造技术相比，增减材复合制造技术在增材制造的过程中引入车削、铣削、磨削等传统切削工艺，实现对复杂零件进行增-减-增-减交替加工，从而对诸如封闭腔体内表面或者加工干涉的零件进行精密加工。此外，使用增减材制造技术加工的零部件，其增材制造和减材制造是在一次装夹定位下完成的，简化加工过程中的工序工步，有效提高了加工效率；一次装夹，位置误差减小，有利于提高表面加工精度和加工形位精度。

虽然，增减材复合制造技术对加工效率和减材加工质量有大幅度的提升，但是，对增材制造过程中材料成型时容易出现内部组织松散、空洞、裂纹等缺陷，以及零件内部残余应力过大等问题没有任何改善。

因此，有必要研发一种制造装备，用以解决现有技术中存在的不足。

发明内容

根据上述提出的增材制造过程中，材料成型时容易出现内部组织松散、空洞、裂纹等缺陷，以及零件内部残余应力过大的技术问题，而提供一种增材-减材-超声微锻造-五轴联动复合制造装备及其方法。本发明主要将增材装置、减材装置、超声微锻造处理装置集成在一台数控机床上，在一次装夹定位下完成加工制造。

在增材制造的过程中，根据材料需求进行超声微锻造，通过超声微锻造功能改善熔覆层组织的不均匀性，拉伸细化了熔覆层组织中的晶粒，减少了熔覆层组织中的孔洞、裂纹等缺陷，使内部组织更加致密，减少零件内部存在的残余拉应力，提高被加工零件的硬度、强度等力学性能以及抗腐蚀性能；同时通过五轴联动数控切削工艺，对已经被打印锻造的零件进行精加工修整，以保证最终成型的零件的尺寸精度和形位精度。同时，在机床内部安装温度检测装置，可以对加工温度进行实时监测。

本发明采用的技术手段如下：

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。