CN107745258A - 一种增减材为一体的数控加工机床 - Google Patents
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Abstract
一种增减材为一体的数控加工机床，它涉及一种数控加工机床。本发明为了解决现有的增减材分为不同设备进行处理，不但给减材带来了困难，二次装夹影响减材质量，而且还存在浪费整个加工工期的问题。本发明包括底板(1)和移动装置，移动装置安装在底板(1)上，它还包括铣削装置、送料装置、打印喷嘴组件和打印平台(2)，送料装置安装在移动装置的一侧，打印喷嘴组件与送料装置连接并延伸至移动装置内，打印平台(2)安装在移动装置上，铣削装置安装在移动装置的另一侧并对打印平台(2)上的增材物料进行铣削减材。本发明用于木塑挤出打印。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控加工机床，具体涉及一种增减材为一体的数控加工机床。
背景技术
随着科学技术的进步，3D打印技术得到了飞速的发展，并且在《中国制造2025》中将3D打印技术作为重点发展领域，以实施制造强国战略。目前市场上的3D打印设备，从桌面级到工业级，从木塑材料到金属材料以及细胞组织等，都已经得到非常广泛的应用，有很大的发展前景。在传统车间的制造业应用中，增材制造能极大的提高材料的利用率，快速的完成复杂零件加工，相比于减材制造设备的复杂加工工序都有巨大优势。
而目前，对于3D打印的产品，当需要进行减材时，往往需要对产品进行移位减材，不同形状的产品不但给减材带来了困难，二次装夹影响减材质量，而且还存在浪费整个加工工期的问题。
综上所述，现有的增减材分为不同设备进行处理，不但给减材带来了困难，二次装夹影响减材质量，而且还存在浪费整个加工工期的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的增减材分为不同设备进行处理，不但给减材带来了困难，二次装夹影响减材质量，而且还存在浪费整个加工工期的问题。进而提供一种增减材为一体的数控加工机床。
本发明的技术方案是：一种增减材为一体的数控加工机床，它包括底板和移动装置，移动装置安装在底板上，它还包括铣削装置、送料装置、打印喷嘴组件和打印平台，送料装置安装在移动装置的一侧，打印喷嘴组件与送料装置连接并延伸至移动装置内，打印平台安装在移动装置上，铣削装置安装在移动装置的另一侧并对打印平台上的增材物料进行铣削减材。
进一步地，移动装置包括四根Z轴丝杠滑台立柱、四个Z轴电机、支撑支架、Z轴打印平台、Y轴电机、Y轴丝杠滑台、Y轴滑台架、两个X轴滑架、两个X轴滑块、X轴丝杠滑台和X轴电机，底板为矩形底板，四根Z轴丝杠滑台立柱分别竖直转动安装在底板的四角，支撑支架安装在四根Z轴丝杠滑台立柱上部，四个Z轴电机安装在支撑支架的四角，每根Z轴丝杠滑台立柱的上端与一个Z轴电机连接，Z轴打印平台的四角分别套装在一根 Z轴丝杠滑台立柱上，且Z轴打印平台在Z轴丝杠滑台立柱的转动下上下移动；Y轴滑台架安装在Z轴打印平台上，Y轴电机安装在Y轴滑台架的一侧，Y轴丝杠滑台安装在Y轴滑台架上并与Y轴电机连接；两个X轴滑架平行于Y轴丝杠滑台安装在Z轴打印平台的两端，两个X轴滑架之间通过X轴丝杠滑台连接，X轴丝杠滑台的下端两侧分别安装一个X 轴滑块，且X轴滑块滑动套装在X轴滑架上，X轴电机与X轴丝杠滑台的一端连接；打印平台的下端与X轴丝杠滑台连接并在X轴电机与X轴丝杠滑台的带动下实现打印平台的水平移动。
进一步地，铣削装置包括铣削电机、铣削头和铣削支架，铣削支架安装在支撑支架上，铣削电机安装在铣削支架上，铣削电机的输出端安装有铣削头。
进一步地，送料装置包括木塑颗粒料斗、料斗架、供料电机和螺杆，料斗架安装在移动装置中支撑支架的一侧，供料电机安装在料斗架上，木塑颗粒料斗安装在料斗架上，螺杆穿过木塑颗粒料斗并与供料电机的输出端连接。
进一步地，打印喷嘴组件包括加热件、喷管和喷嘴，喷管与木塑颗粒料斗连接，且喷管套装在螺杆上，喷嘴与螺杆的端部连接，加热件安装在靠近喷嘴一侧的喷管上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明型运用FDM(融化沉积制造)方法，实现成本低，操作方便，材料利用率高。增减材的复合加工方式减少了近一半的装卡、搬运及储存时间，消除了重新安装定位带来的误差，提高制造精度与生产效率，节省工作空间。
2、本发明选用螺旋式挤出机比常用的柱塞式挤出机的喷出量要大且稳定，打印速度快，且不宜造成木塑材料的堵塞。3D打印的效率提高了3-4倍，但表面质量较差。引入减材制造进行表面处理，提高表面加工质量。
3、本发明选用串联式3D打印执行机构，而不选择并联式打印喷头，一方面简化了控制，不用考虑并联机构的耦合问题；另一方面使打印区间和铣削区间共用同一个执行机构，大大降低了设备成本。而且串联式的打印执行机构打印空间大，不同于并联式执行装置只在Z轴方向有很大工作空间。可加工零件范围更广。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种增减材为一体的数控加工机床，包括底板1和移动装置，移动装置安装在底板1上，它还包括铣削装置、送料装置、打印喷嘴组件和打印平台2，送料装置安装在移动装置的一侧，打印喷嘴组件与送料装置连接并延伸至移动装置内，打印平台2安装在移动装置上，铣削装置安装在移动装置的另一侧并对打印平台2上的增材物料进行铣削减材。
本实施方式的底板1是钣金材料制成的，并位于机床底部，工作空间由四根Z轴丝杠滑台立柱3支撑同时作为机床坐标系的Z坐标，用于Z轴方向上的位置控制，内部空间分为两个部分，一侧用于3D打印，另一侧用于铣削加工，且公用一个工作平台。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的移动装置包括四根Z轴丝杠滑台立柱3、四个Z轴电机4、支撑支架5、Z轴打印平台6、Y轴电机7、Y轴丝杠滑台 8、Y轴滑台架9、两个X轴滑架10、两个X轴滑块11、X轴丝杠滑台12和X轴电机13，底板1为矩形底板，四根Z轴丝杠滑台立柱3分别竖直转动安装在底板1的四角，支撑支架5安装在四根Z轴丝杠滑台立柱3上部，四个Z轴电机4安装在支撑支架5的四角，每根Z轴丝杠滑台立柱3的上端与一个Z轴电机4连接，Z轴打印平台6的四角分别套装在一根Z轴丝杠滑台立柱3上，且Z轴打印平台6在Z轴丝杠滑台立柱3的转动下上下移动； Y轴滑台架9安装在Z轴打印平台6上，Y轴电机7安装在Y轴滑台架9的一侧，Y轴丝杠滑台8安装在Y轴滑台架9上并与Y轴电机7连接；两个X轴滑架10平行于Y轴丝杠滑台8安装在Z轴打印平台6的两端，两个X轴滑架10之间通过X轴丝杠滑台12连接， X轴丝杠滑台12的下端两侧分别安装一个X轴滑块11，且X轴滑块11滑动套装在X轴滑架10上，X轴电机13与X轴丝杠滑台12的一端连接；打印平台2的下端与X轴丝杠滑台12连接并在X轴电机13与X轴丝杠滑台12的带动下实现打印平台2的水平移动。
如此设置，便于更加灵活实现X、Y、Z三个方向实现快速的移动，操作简单、可靠，能够精准的实现打印区和铣削区的移动和定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式在实现X、Y、Z三个方向移动的控制通过PLC进行控制，控制箱安设于底板1的左上角，内置S7-300PLC控制器，控制四个Z轴电机4、Y轴电机7、X轴电机13、铣削电机14和供料电机19转动，驱动丝杠滑台3、8、12带动打印平台2实现X、Y、Z 三个方向移动；
本实施方式的电机均选用步进电机作为驱动电机，相比于伺服电机大大降低了成本，采用传动比大的丝杠滑台结构，可实现较高的打印分辨率，提高打印精度。
本实施方式的X轴丝杠滑台12的滑台上固定放置打印平台2，X轴丝杠滑台12与打印平台2之间由四个调平螺钉连接，用于固定和打印平台的调平。
本实施方式的左侧为打印区间，移动装置的左端安装有控制箱，是整个机床的控制系统，实现3D打印功能以及铣削功能。送料装置为步进电机驱动的螺旋式物料输送装置，料斗位置螺旋杆上部，物料由于重力落在螺旋杆上，通过旋转运动被带入喷头输送管道，并产生持续不断的压力使物料经过喷头加热从喷嘴喷出实现打印功能。
打印区间工作完成后，X轴丝杠滑台12运动带动整个Z轴打印平台6运动到铣削区间，进行铣削加工，铣削装置位于机床右侧铣削区间中部，铣削加工主运动为：铣刀回转运动，进给运动为：工件的水平运动。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的打印平台2的上端开设多个定位孔。如此设置，便于在打印平台2打印产品的基底，待产品增减材后再进行铣削掉，通过定位孔上的定位能够保证产品定位的稳定性，防止在铣削时出现产品装夹不牢带来的产品加工误差大的问题。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的铣削装置包括铣削电机14、铣削头15和铣削支架16，铣削支架16安装在支撑支架5上，铣削电机14安装在铣削支架16上，铣削电机14的输出端安装有铣削头15。如此设置，结构简单，铣削方便快捷。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的送料装置包括木塑颗粒料斗17、料斗架18、供料电机19和螺杆，料斗架18安装在移动装置中支撑支架5的一侧，供料电机19安装在料斗架18上，木塑颗粒料斗17安装在料斗架18上，螺杆穿过木塑颗粒料斗17并与供料电机19的输出端连接。如此设置，能够实现根据供需要求连续供料。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的打印喷嘴组件包括加热件 20、喷管21和喷嘴22，喷管21与木塑颗粒料斗17连接，且喷管21套装在螺杆上，喷嘴22与螺杆的端部连接，加热件20安装在靠近喷嘴22一侧的喷管21上。如此设置，加热效果好，热量不浪费，而且加热速度快，能够针对所需物料进行连续加热。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
本实施方式的喷嘴的加热装置位于喷嘴22的嘴尖，由于输送管道远宽于嘴尖，不会造成管道内物料融化堵塞现象。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喷嘴22的打印口直径为1.5mm-2.0mm。如此设置，在保证打印精度的同时能够有效的提高打印效率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喷嘴22的打印口直径为1.75mm。如此设置，在实际使用过程，所述打印口直径能够同时兼顾打印质量和打印效率为最佳。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的加热件20为热电偶加热件。如此设置，便于在喷口附近对颗粒类物料进行加热融化。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的打印平台2为铝基板。如此设置，为打印材料提供打印平台及底面加热。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
本实施方式提出的木塑材料增减材复合机床加工适用性广，采用螺旋式出料方式精度低、成型速度快，结合铣削表面处理，达到低成本、高速性、高精度成型的最优目标。除了可用于生产制造外，还可用于高校教育，如复合机床操作演示等领域。
本发明的木塑为木质材料与ABS或PLA等材料混合的颗粒料进行挤压涂覆而成。摒弃了现有对钢材进行加工时利用激光烧结技术堆积而成的加工方式。本发明采用了边3D打印边铣削的数控加工方式，有效避免了过度角大的时候，铣削不到位或铣削到其他位置及出现干涉的情况。
本发明的工作过程：3D打印每完成一层，平台运动到铣刀下，铣刀对3D打印每层的边缘进行切削加工，去除每层多余的熔融堆积物，然后平台在移动到3D打印头下继续打印，依次往复。
本发明的加工方式成型件的优势及其原理：
1.由于本发明每层多余的熔融堆积物都会及时进行铣削清理，避免打印完成后可能出现的毛刺、纹路等，从而改善了表面精度。由于3D打印机一般为复杂造型件，如果全部打印完成后再进行铣削，很多曲面、凹槽等部位铣刀无法加工，或者加工难度太大，本发明避免了上述问题。
2.由于本发明同时去除了每层打印的多余的堆积物，使得下一层的打印层与被铣削层的连接更加牢靠，避免了打印头孔径而导致的3D打印过程中的不精确因素，从而改善了打印件的力学特性。
Claims (10)
1.一种增减材为一体的数控加工机床，它包括底板(1)和移动装置，移动装置安装在底板(1)上，其特征在于：它还包括铣削装置、送料装置、打印喷嘴组件和打印平台(2)，
送料装置安装在移动装置的一侧，打印喷嘴组件与送料装置连接并延伸至移动装置内，打印平台(2)安装在移动装置上，铣削装置安装在移动装置的另一侧并对打印平台(2)上的增材物料进行铣削减材。
2.根据权利要求1所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：移动装置包括四根Z轴丝杠滑台立柱(3)、四个Z轴电机(4)、支撑支架(5)、Z轴打印平台(6)、Y轴电机(7)、Y轴丝杠滑台(8)、Y轴滑台架(9)、两个X轴滑架(10)、两个X轴滑块(11)、X轴丝杠滑台(12)和X轴电机(13)，
底板(1)为矩形底板，四根Z轴丝杠滑台立柱(3)分别竖直转动安装在底板(1)的四角，支撑支架(5)安装在四根Z轴丝杠滑台立柱(3)上部，四个Z轴电机(4)安装在支撑支架(5)的四角，每根Z轴丝杠滑台立柱(3)的上端与一个Z轴电机(4)连接，Z轴打印平台(6)的四角分别套装在一根Z轴丝杠滑台立柱(3)上，且Z轴打印平台(6)在Z轴丝杠滑台立柱(3)的转动下上下移动；
Y轴滑台架(9)安装在Z轴打印平台(6)上，Y轴电机(7)安装在Y轴滑台架(9)的一侧，Y轴丝杠滑台(8)安装在Y轴滑台架(9)上并与Y轴电机(7)连接；
两个X轴滑架(10)平行于Y轴丝杠滑台(8)安装在Z轴打印平台(6)的两端，两个X轴滑架(10)之间通过X轴丝杠滑台(12)连接，X轴丝杠滑台(12)的下端两侧分别安装一个X轴滑块(11)，且X轴滑块(11)滑动套装在X轴滑架(10)上，X轴电机(13)与X轴丝杠滑台(12)的一端连接；
打印平台(2)的下端与X轴丝杠滑台(12)连接并在X轴电机(13)与X轴丝杠滑台(12)的带动下实现打印平台(2)的水平移动。
3.根据权利要求2所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：打印平台(2)的上端开设多个定位孔。
4.根据权利要求3所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：铣削装置包括铣削电机(14)、铣削头(15)和铣削支架(16)，铣削支架(16)安装在支撑支架(5)上，铣削电机(14)安装在铣削支架(16)上，铣削电机(14)的输出端安装有铣削头(15)。
5.根据权利要求4所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：送料装置包括木塑颗粒料斗(17)、料斗架(18)、供料电机(19)和螺杆，料斗架(18)安装在移动装置中支撑支架(5)的一侧，供料电机(19)安装在料斗架(18)上，木塑颗粒料斗(17)安装在料斗架(18)上，螺杆穿过木塑颗粒料斗(17)并与供料电机(19)的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：打印喷嘴组件包括加热件(20)、喷管(21)和喷嘴(22)，喷管(21)与木塑颗粒料斗(17)连接，且喷管(21)套装在螺杆上，喷嘴(22)与螺杆的端部连接，加热件(20)安装在靠近喷嘴(22)一侧的喷管(21)上。
7.根据权利要求6所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：喷嘴(22)的打印口直径为1.5mm-2.0mm。
8.根据权利要求7所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：喷嘴(22)的打印口直径为1.75mm。
9.根据权利要求8所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：加热件(20)为热电偶加热件。
10.根据权利要求9所述的一种增减材为一体的数控加工机床，其特征在于：打印平台(2)为铝基板。
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