一种增减材数控加工机床

技术领域

本发明涉及数控机床设备制造技术领域，具体涉及一种增减材数控加工机床。

背景技术

随着我国工业生产水平的提高，对零件加工的技术水平提出了更高的要求。数控机床作为典型的机电一体化加工设备，在促进我国工业生产的发展中发挥了重要的作用。但是，数控机床为减材制造方式，所以在加工过程中会产生大量的碎屑垃圾，不仅造成资源的浪费，而且会对环境造成一定的污染。而3D打印技术的出现，是对传统加工形式的一种创新，其融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，以数字模型文件为基础，利用软件与数控系统将专用材料以特有的方式进行逐层堆积，最终制造出实体物品，称为增材制造。数控加工技术和3D打印技术在加工方式上完全相

反，为了最大化的发挥两种加工方式的优势，可以将两种 加工方式结合应用，不仅能够降低制造时间和成本，还能够提高产品的制造质量，进一步提升我国加工制造业的水平。

传统的减材加工存在成形加工难度大、制造工序多、内部结构复杂，难加工等问题；增材制造易于实现快速制造及内部结构的制造。把五轴联动技术与增减材复合制造技术结合起来，对于制造高性能、高精度、高附加值的零件具有无与伦比的优势。

但是目前市面上的五轴数控机床、3D打印一体化设备其结构结构复杂，体积庞大，价格昂贵，不适合培训机构、初学者、学生或是小型企业的试件加工等。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种增减材数控加工机床，所述数控加工机床包括龙门架、底座、Z轴装置、X轴装置、Y轴装置、减材加工部件、龙门立柱、Z1轴装置、X1轴装置、增材加工部件和工作台；

所述龙门架和龙门立柱均固定在所述底座上，所述减材加工部件固定在所述X轴装置上，所述X轴装置用于控制所述减材加工部件在X轴方向上的运动，所述Z轴装置与所述X轴装置连接，用于控制所述减材加工部件在Z轴方向上的运动；

所述增材加工部件固定在所述X1轴装置上，所述X1轴装置用于控制所述增材加工部件在X1轴方向上的运动，所述Z1轴装置与所述X1轴装置连接，用于控制所述增材加工部件在Z1轴方向上运动，所述Y轴装置上设置有C轴装置，所述Y轴装置用于控制所述C轴装置在Y轴方向上的运动；

所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述X1轴方向、Y轴方向和Z1轴方向也相互垂直；

所述C轴装置包括工作台、第二锥齿轮、蜗轮蜗杆传动副、联轴器、第一电机和第一支座；所述第二锥齿轮包括第二锥主动轮和第二锥从动轮，所述蜗轮蜗杆传动副包括蜗杆和蜗轮，所述第一支座与所述Y轴装置连接，所述第一电机通过所述C轴联轴器与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮配合做旋转运动；第二锥主动轮与所述蜗轮同轴连接，所述第二锥从动轮与所述第二锥主动轮啮合，带动所述工作台做旋转运动。

进一步地，所述增材加工部件包括喷头机构、送丝机构和螺纹喉管，所述喷头机构通过所述螺纹喉管与送丝机构连接；所述送丝机构包括第二电机、第一主动轮、第一从动轮和支架；所述支架与X1轴装置连接，所述第一主动轮与所述第二电机的输出轴连接，所述第一从动轮随所述第一主动轮转动；

所述喷头机构包括：加热块、喷嘴、加热棒和测温电偶，所述喷嘴、加热棒和测温电偶均固定在所述加热块上。

更进一步地，所述喷嘴的直径为0.4mm。

更进一步地，所述减材加工部件包括电主轴、第二支座、摆动减速器、摆动电机、第一锥齿轮和第一同步带；所述第一锥齿轮包括第一锥主动轮和第一锥从动轮，所述第一锥主动轮和第一锥从动轮啮合，所述电主轴通过第二支座与所述第一锥从动轮连接，所述摆动减速器的一端与第一锥主动轮连接，另一端与摆动电机通过所述第一同步带连接。

更进一步地，所述Z1轴装置包括：两个Z1轴直线光轴、第一Z1轴滑块、第二Z1轴滑块、两个Z1轴电机、两个Z1轴联轴器和两个Z1轴丝杠，两个所述Z1轴直线光轴沿Z1轴方向平行设置在所述龙门立柱上，两个所述Z1轴丝杠与所述Z1轴直线光轴平行设置，所述第一Z1轴滑块套设在左侧的Z1轴直线光轴和Z1轴丝杠上，所述第二Z1轴滑块套设在右侧的Z1轴直线光轴和Z1轴丝杠上，所述Z1轴电机与所述Z1轴丝杠通过所述Z1轴联轴器连接，用于驱动第一Z1轴滑块、第二Z1轴滑块在Z1轴方向上的同步运动。

更进一步地，所述X1轴装置包括两个X1轴直线光轴、X1轴滑块、X1轴电机、第二主动轮、第二同步带和第二从动轮；两个所述X1轴直线光轴一端均与所述第一Z1轴滑块固定连接，另一端贯穿所述X1轴滑块后均与所述第二Z1轴滑块固定连接，所述第二主动轮设置在所述第一Z1轴滑块上，所述第二从动轮设置在第二Z1轴滑块上，所述第二主动轮与所述第二从动轮通过所述第二同步带连接，所述X1轴电机与所述第二主动轮连接，通过所述第二同步带驱动X1轴滑块在X1轴方向上的运动；

所述支架固定在所述X1轴滑块上。

更进一步地，所述Y轴装置包括Y轴导轨、Y轴滑块、Y轴电机、Y轴联轴器和Y轴丝杠；所述Y轴导轨设置在所述底座上，所述Y轴丝杠与所述Y轴导轨平行设置，所述Y轴滑块设置在所述第一支座下方，所述Y轴滑块套设在所述Y轴丝杠上，所述Y轴联轴器一端与所述Y轴丝杠连接，另一端与所述Y轴电机连接，所述Y轴电机用于驱动所述Y轴丝杠转动使所述C轴装置在Y轴方向的运动。

更进一步地，所述Z轴装置包括：两个Z轴导轨、Z轴滑块、两个Z轴电机、两个Z轴联轴器和两个Z轴丝杠；两个所述Z轴导轨沿Z轴方向平行设置在所述龙门架上，所述Z轴丝杠与所述Z轴导轨平行设置，所述Z轴滑块与Z轴导轨滑动连接，所述Z丝杠一端设置在所述龙门架顶部，另一端贯穿所述Z轴滑块与所述Z轴联轴器连接，所述Z轴电机通过所述Z轴联轴器与所述Z轴丝杠连接，用于驱动所述Z轴滑块在Z轴方向上的运动。

更进一步地，所述X装置包括：两个X轴导轨、X轴滑块、X轴电机、X轴联轴器和X轴丝杠；两个所述X轴导轨平行设置在所述Z轴滑块上，所述X轴丝杠平行设置在两个所述X轴导轨之间，所述X轴滑块套设在所述X轴丝杠上且与所述X轴导轨滑动连接，所述X轴电机通过所述X轴联轴器与所述X轴丝杠连接，用于驱动X轴滑块在X轴方向上的运动。

本发明的优点：

首先，本发明的增减材数控加工机床兼顾传统五轴机床和3D打印特点，将两者功能相结合，设计出增减材复合加工机床，可以交替进行3D堆积与铣削加工，既能提高材料利用率、提高加工精度，又能减少切削用量和加工时间。并针对传统五轴数控机床价格昂贵，体积复杂，不适合学校大批采购作为教学设备的特点，将增减材复合加工机床设计成桌面级别，在减小体积的同时降低价格，更利于普及，适用于院校、初学者、私人爱好者等使用。

其次，本发明所述增减材数控加工机床由减材加工部分（五轴机床）及增材加工部分（3D打印机）两大模块组成，将传统增材制造和减材制造相结合，可在一台加工设备上同时实现增材和减材加工，兼顾二者优点，可结合使用，也可单独当作五轴机床或者3D打印机使用。

最后，增材加工部分即3D打印部分采用龙门式结构，龙门结构的打印机结构简单，打印速度快，利于组装、运输且其成本低廉；打印机与五轴机床共用一个工作台，使增材加工区域和减材加工区域共用同一个执行机构，既简化了机床结构又节省了成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的一种增减材数控加工机床的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种增减材数控加工机床B轴装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的一种增减材数控加工机床3D打印装置的结构示意图；

图4是本发明实施例的一种增减材数控加工机床增材加工部件的结构示意图；

图5是本发明实施例的一种增减材数控加工机床C轴装置的结构示意图。

附图标记：

1为龙门架、2为底座、3为Z轴装置、31为Z轴电机、32为Z轴联轴器、33为Z轴丝杠、34为Z轴导轨、35为Z轴滑块、4为X轴装置、41为X轴电机、42为X轴联轴器、43为X轴滑块、44为X轴导轨、45为X轴丝杠、5为Y轴装置、51为Y轴电机、52为Y轴联轴器、53为Y轴丝杠、54为Y轴导轨、55为Y轴滑块、6为减材加工部件、61为摆动电机、62为摆动减速器、621为第一锥齿轮、6211为第一锥主动轮、6212为第一锥从动轮、63为电主轴、64为第二支座、7为C轴装置、71为工作台、72为第二锥齿轮、721为第二锥主动轮、722为第二锥从动轮、73为蜗轮蜗杆传动副、731为蜗杆、732为蜗轮、74为C轴联轴器、75为第一电机、76为第一支座、8为龙门立柱、9为Z1轴装置、901为Z1轴电机、902为Z1轴联轴器、903为Z1轴直线光轴、904为Z1轴丝杠、9051为第二Z1轴滑块、9052为第一Z1轴滑块、10为X1轴装置、1001为X1轴电机、1002为第二主动轮、1003为第二从动轮、1004为第二同步带、1005为X1轴直线光轴、1006为X1轴滑块、11为增材加工部件、1101为支架、1102为第二电机、1103为第一主动轮、1104为第一从动轮、1105为螺纹喉管、1106为加热块、1107为加热棒、1108为测温电偶、1109为喷嘴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置有”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”“下”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参考图1至图5，本发明实施例的一种增减材数控加工机床，所述数控加工机床包括龙门架1、底座2、Z轴装置3、X轴装置4、Y轴装置5、减材加工部件6、龙门立柱8、Z1轴装置9、X1轴装置10、增材加工部件11和工作台71；

所述龙门架1和龙门立柱8均固定在所述底座2上，这样不仅可以增加数控加工机床的稳定性还可将其置于桌面上，方便学校教学使用；

所述减材加工部件6固定在所述X轴装置上，所述X轴装置4用于控制所述减材加工部件6在X轴方向上的运动，所述Z轴装置3与所述X轴装置4连接，用于控制所述减材加工部件6在Z轴方向上的运动；

所述增材加工部件11固定在所述X1轴装置10上，所述X1轴装置10用于控制所述增材加工部件11在X1轴方向上的运动，所述Z1轴装置9与所述X1轴装置10连接，用于控制所述增材加工部件11在Z1轴方向上运动，所述Y轴装置5上设置有C轴装置7，所述Y轴装置5用于控制所述C轴装置7在Y轴方向上的运动；

所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述X1轴方向、Y轴方向和Z1轴方向也相互垂直；

所述C轴装置7包括工作台71、第二锥齿轮72、蜗轮蜗杆传动副73、联轴器74、第一电机75和第一支座76；所述第二锥齿轮72包括第二锥主动轮721和第二锥从动轮722，所述蜗轮蜗杆传动副73包括蜗杆731和蜗轮732，所述第一支座76与所述Y轴装置连接，所述第一电机75通过所述C轴联轴器74与所述蜗杆731连接，所述蜗杆731与所述蜗轮732配合做旋转运动；第二锥主动轮721与所述蜗轮732同轴连接，所述第二锥从动轮722与所述第二锥主动轮721啮合，带动所述工作台71做旋转运动。

所述增材加工部件11包括喷头机构、送丝机构和螺纹喉管1105，所述喷头机构通过所述螺纹喉管1105与送丝机构连接；所述送丝机构包括第二电机1102、第一主动轮1103、第一从动轮1104和支架1101；所述支架1101与X1轴装置连接，所述第一主动轮1103与所述第二电机1102的输出轴连接，所述第一从动轮1104随所述第一主动轮1103转动；

所述喷头机构包括：加热块1106、喷嘴1109、加热棒1107和测温电偶1108，所述喷嘴1109、加热棒1107和测温电偶1108均固定在所述加热块1106上。

所述喷嘴1109的直径为0.4mm。

所述减材加工部件6包括电主轴63、第二支座64、摆动减速器62、摆动电机61、第一锥齿轮621和第一同步带622；所述第一锥齿轮621包括第一锥主动轮6211和第一锥从动轮6212，所述第一锥主动轮6211和第一锥从动轮6212啮合，所述电主轴63通过第二支座64与所述第一锥从动轮6212连接，所述摆动减速器62的一端与第一锥主动轮6211连接，另一端与摆动电机61通过所述第一同步带622连接。

所述电主轴63随着减材加工部件6的旋转运动，实现从垂直到水平方向的变化，进而完成机床电主轴在水平与垂直方向间摆动。

所述Z1轴装置9包括：两个Z1轴直线光轴903、第一Z1轴滑块9052、第二Z1轴滑块9051、两个Z1轴电机901、两个Z1轴联轴器902和两个Z1轴丝杠904，所述Z1轴丝杠为滚珠丝杠，两个所述Z1轴直线光轴903沿Z1轴方向平行设置在所述龙门立柱8上，两个所述Z1轴丝杠904与所述Z1轴直线光轴903平行设置，所述第一Z1轴滑块9052内部设置有螺纹，所述第一Z1轴滑块9052通过内部设置的螺纹套设在套设在左侧的Z1轴丝杠904上并与左侧的Z1轴直线光轴903滑动连接，所述第二Z1轴滑块9051内部设置有螺纹，所述第二Z1轴滑块9051通过内部设置的螺纹套设在右侧的Z1轴丝杠904上并与右侧的Z1轴直线光轴903，所述Z1轴电机901与所述Z1轴丝杠904通过所述Z1轴联轴器902连接，用于驱动第一Z1轴滑块9052、第二Z1轴滑块9051在Z1轴方向上的同步运动。

所述X1轴装置10包括两个X1轴直线光轴1005、X1轴滑块1006、X1轴电机1001、第二主动轮1002、第二同步带1004和第二从动轮1003；两个所述X1轴直线光轴一端均与所述第一Z1轴滑块9052固定连接，另一端贯穿所述X1轴滑块1006后均与所述第二Z1轴滑块9051固定连接，所述第二主动轮1002设置在所述第一Z1轴滑块9052上，所述第二从动轮1003设置在第二Z1轴滑块9051上，所述第二主动轮1002与所述第二从动轮1003通过所述第二同步带1004连接，所述X1轴电机1001的输出轴与所述第二主动轮1002连接，通过所述第二同步带1004驱动X1轴滑块1006在X1轴方向上的运动；

所述支架1101固定在所述X1轴滑块1006上。

所述Y轴装置5包括Y轴导轨54、Y轴滑块55、Y轴电机51、Y轴联轴器52和Y轴丝杠53，所述Y轴丝杠为滚珠丝杠；所述Y轴导轨54设置在所述底座2上，所述Y轴丝杠53与所述Y轴导轨54平行设置，所述Y轴滑块55设置在所述第一支座76下方，所述Y轴滑块55内部设置有螺纹，所述Y轴滑块55通过内部设置的螺纹套设在所述Y轴丝杠53上，所述Y轴联轴器52一端与所述Y轴丝杠53连接，另一端与所述Y轴电机51连接，所述Y轴电机51用于驱动所述Y轴丝杠53转动使所述C轴装置7在Y轴方向的运动。

所述Z轴装置3包括：两个Z轴导轨34、Z轴滑块35、两个Z轴电机31、两个Z轴联轴器32和两个Z轴丝杠33；两个所述Z轴导轨34沿Z轴方向平行设置在所述龙门架1上，所述Z轴丝杠33为滚珠丝杠，所述Z轴丝杠33与所述Z轴导轨34平行设置，所述Z轴滑块35内部设置有螺纹，所述Z轴滑块35通过内部设置的螺纹套设在所述Z轴丝杠33上并与所述Z轴导轨34滑动连接，所述Z轴丝杠33一端设置在所述龙门架1顶部，另一端与所述Z轴联轴器32连接，所述Z轴电机31通过所述Z轴联轴器32与所述Z轴丝杠33连接，用于驱动所述Z轴滑块35在Z轴方向上的运动。

所述X装置4包括：两个X轴导轨44、X轴滑块43、X轴电机41、X轴联轴器42和X轴丝杠45；两个所述X轴导轨44平行设置在所述Z轴滑块35上，所述X轴丝杠45平行设置在两个所述X轴导轨44之间，所述X轴滑块43内部设置有螺纹，所述X轴滑块43通过内部设置的螺纹套设在所述X轴丝杠45上且与所述X轴导轨44滑动连接，所述X轴电机41通过所述X轴联轴器42与所述X轴丝杠45连接，用于驱动X轴滑块43在X轴方向上的运动。

工作原理：

将零件的三维模型导入机床，经过“切片”后获得每层零件的点位加工数据，3D打印机床根据每层的加工数据，控制X1轴装置使增材加工部件11在X1轴方向运动，控制Y轴装置使工作台在Y轴方向上运动，与此同时，喷头将打印材料加热并熔融后，随着喷嘴均匀喷出，进而实现零件每层的打印；每层参数打印完成后，通过Z1轴装置根据具体参数调整喷头的位置，最终完成零件的3D模型打印；打印完成后，根据工件表面质量、内部孔等不同特征的加工精度要求，通过X轴装置和Y轴装置控制减材加工部件对3D打印后的零件进行“减材加工”。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。