一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备
阅读说明：本技术 一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备 (Increase and decrease material combined machining equipment with self-cleaning function ) 是由 赵吉宾 唐成铭 赵宇辉 李论 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及精密机械制造加工制造技术领域,具体地说是一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备,包括柜体、激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人,所述激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人均设于所述柜体中,且所述激光熔覆系统设有激光熔覆头,所述高速抛磨减材系统设有高速研抛工具头,所述清洁系统设有清洁工具头,所述柜体内设有工作台和工具夹,且所述激光熔覆头、高速研抛工具头及清洁工具头不使用时分别置于对应的工具夹上、使用时通过工业机器人取下并移动至工作台上方。本发明将多种功能集成于一体,并利用工业机器人与不同工具头之间的快速切换实现不同阶段的加工作业,大大提高了生产效率。(The invention relates to the technical field of precision machinery manufacturing, processing and manufacturing, in particular to material-increasing and material-decreasing composite processing equipment with an automatic cleaning function, which comprises a cabinet body, a laser cladding system, a high-speed polishing and material-decreasing system, a cleaning system and an industrial robot, wherein the laser cladding system, the high-speed polishing and material-decreasing system, the cleaning system and the industrial robot are all arranged in the cabinet body, the laser cladding system is provided with a laser cladding head, the high-speed polishing and material-decreasing system is provided with a high-speed polishing tool head, the cleaning system is provided with a cleaning tool head, a workbench and a tool clamp are arranged in the cabinet body, and the laser cladding head, the high-speed polishing tool head and the cleaning tool head are respectively arranged on the corresponding tool clamps when not used and are taken down by the industrial robot and are moved to the upper part of the workbench when used. The invention integrates multiple functions, realizes processing operation in different stages by fast switching between the industrial robot and different tool heads, and greatly improves the production efficiency.)
技术领域
本发明涉及精密机械制造加工技术领域，具体地说是一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备。
背景技术
激光熔覆是一种效率较高的增材制造技术，其通过高能激光熔化金属粉末并通过“逐层累加”的方式使零件成型，然而采用激光熔覆技术成型的零件尺寸精度不高，表面粗糙度大且粘连粉料颗粒，需要进一步利用喷砂、铣削、磨削等方式进行后处理加工，才能获得较高的尺寸精度和光整的表面，现有技术中，这些后处理加工通常在另一台机床上完成，这增加了工件额外的装夹和转运时间，并且在后处理加工完成后还要对零件进行人工清理，生产效率较低。另外随着技术发展，现有技术中也出现了一些将激光熔覆增材技术与铣削抛磨减材技术集成于一体的设备，但这些设备通常是由切削机床改造而来，即将激光熔覆头安装在切削机床的主轴旁，增材工序需要利用机床的运动轴改变激光熔覆头的位置，这种集成方式运动机构复杂，加上外置的水冷机、激光发生器等附属设备，导致占地面积过大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备，将激光熔覆增材制造功能、零件表面减材抛磨光整功能及零件清洁功能集成于一体，并利用工业机器人与不同工具头之间的快速切换实现不同阶段的加工作业，大大提高了生产效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种带有自动清洁功能的增减材复合加工装备，包括柜体、激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人，所述激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人均设于所述柜体中，且所述激光熔覆系统设有激光熔覆头，所述高速抛磨减材系统设有高速研抛工具头，所述清洁系统设有清洁工具头，所述柜体内设有工作台和工具夹，且所述激光熔覆头、高速研抛工具头及清洁工具头不使用时分别置于对应的工具夹上、使用时通过工业机器人取下并移动至工作台上方。
所述激光熔覆系统包括激光熔覆头、激光发生器、送粉器和水冷机，其中所述激光熔覆头后端设有光纤接口、前端设有送粉器接口和出光头，所述激光熔覆头中部一侧设有水冷机接口，所述光纤接口通过光纤线缆与激光发生器相连，所述送粉器接口通过管路与送粉器相连，所述水冷机接口通过管路与水冷机相连，所述出光头内设有聚焦镜，所述激光熔覆头中部通过快换接头与工业机器人对接。
所述高速抛磨减材系统包括高速研抛工具头和气泵，其中高速研抛工具头包括驱动装置、安装支架、抛磨头和喷气管，驱动装置安装于安装支架上，抛磨头安装于驱动装置的输出轴上，所述安装支架通过快换接头与工业机器人对接，在所述安装支架上设有喷气管，且所述喷气管通过所述气泵供气。
所述喷气管前端设有一个喷嘴。
所述清洁系统包括清洁工具头和工业吸尘器，其中清洁工具头包括工具头本体、支架、抽口和导管，工具头本体安装于支架上，且工具头本体前端设有抽口，工具头本体后端设有导管与工业吸尘器相连，所述支架通过快换接头与工业机器人对接。
所述激光熔覆系统包括激光发生器、送粉器和水冷机，所述高速抛磨减材系统包括气泵，所述清洁系统包括工业吸尘器，其中水冷机和送粉器分设于工业机器人两侧，激光发生器设于柜体内的顶端，且所述水冷机、送粉器、激光发生器分别通过隔板与包含工作台和工业机器人的工作区分开，柜体内的下部设有人机交互系统控制柜)、工业吸尘器、机器人控制柜和气泵，柜体内的中部设有中隔板，且所述人机交互系统控制柜、工业吸尘器、机器人控制柜和气泵通过所述中隔板与所述工作区分开。
所述中隔板为中部下凹结构，且所述工作台设于所述中隔板的中部凹处，所述中隔板的斜面下侧设有振动电机。
三个振动电机分设于所述中隔板的不同斜面下侧。
所述柜体表面设有防护罩，其中柜体上半部前侧的防护罩上设有一个带观察窗口的开门，所述开门一侧的防护罩上设有触摸屏，与激光发生器对应位置的防护罩上设有透明玻璃。
所述柜体底部安装有地脚滚轮。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明将激光熔覆增材制造功能、零件表面减材抛磨光整功能及零件清洁功能集成于一体，并利用工业机器人与不同工具头之间的快速切换实现不同阶段的加工作业，大大提高了生产效率。
2、本发明将所有附属设备均集成于一个柜体中，大大减少设备占地面积，并且方便搬运移动。
3、本发明柜体中利用隔板将工作区与附属设备分开，避免工作区产生的粉末及切屑颗粒对附属设备产生影响，并且工作台设置于中隔板的中间凹处，中隔板利用振动电机振动使粉末及切屑颗粒集中于工作台上及工作台附近，方便清洁，有效节省清洁时间，进一步提高生产效率。
4、本发明柜体外侧设有整体式的防护罩，避免了粉末和其他加工产物对周围环境的污染。
5、本发明通过人机交互系统实现工业机器人控制，并可根据需要编写零件加工程序，大大提高了本发明的适用范围，使用更为灵活。
6、本发明可自动实现熔覆增材、减材抛磨、零件清洁等作业，自动化程度大大提高。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图，
图2为图1中的工业机器人示意图，
图3为图2中的激光熔覆头示意图，
图4为图2中的高速研抛工具头示意图，
图5为图2中的清洁工具头示意图，
图6为本发明柜体内的中隔板示意图，
图7为图6中的中隔板主视图，
图8为本发明的外观示意图。
其中，1为柜体，101为防护罩，2为工业机器人，201为快换接头，3为激光发生器，4为地脚滚轮，5为人机交互系统控制柜，6为送粉器，7为工业吸尘器，8为工作台，9为水冷机，10为气泵，11为机器人控制柜，12为激光熔覆头，121为光纤接口，122为水冷机接口，123为送粉器接口，124为出光头，13为高速研抛工具头，131为驱动装置，132为安装支架，133为抛磨头，134为喷气管，14为清洁工具头，141为导管，142为支架，143为抽口，15为工具夹，16为中隔板，17为振动电机，18为触摸屏。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～8所示，本发明包括柜体1、激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人2，所述激光熔覆系统、高速抛磨减材系统、清洁系统及工业机器人2均设于所述柜体1中，且所述激光熔覆系统设有激光熔覆头12，所述高速抛磨减材系统设有高速研抛工具头13，所述清洁系统设有清洁工具头14，所述柜体1内设有工作台8和工具夹15，且所述激光熔覆头12、高速研抛工具头13及清洁工具头14不使用时分别置于对应的工具夹15上、使用时通过工业机器人2取下并移动至工作台8上方完成相应作业。
如图2所示，所述工业机器人2的自由末端通过快换接头201与不同工具接头相连，所述快换接头201包括设备端和工具端，其中设备端安装在工业机器人2末端，工具端分别安装在所述激光熔覆头12、高速研抛工具头13及清洁工具头14上，本实施例中，所述快换接头201通过压缩空气操作，压缩空气通过设于柜体1内的气泵10提供，所述快换接头201和气泵10均为本领域公知技术且为市购产品，另外所述工业机器人2也为本领域公知技术且为市购产品，所述工业机器人2控制系统集成于设于柜体1内底部中间的工业机器人控制柜11中，所述机器人控制柜11内的系统包含供电模块和控制模块分别负责工业机器人2的供电和控制，操作人员可以写入零件加工程序，并接受一体化控制交互系统的调用，如图1所示，所述柜体1内设有人机交互系统控制柜5，一体化控制交互系统集成于所述人机交互系统控制柜5中，如图8所示，所述柜体1表面设有触摸屏18，操作人员可以通过所述触摸屏18完成相应操作。本发明在切换增材加工、减材加工及清洁工作时，工业机器人2首先将使用完毕的工具头放置到相应的工具夹15上，再将需要的工具头从相应的工具夹15上取下并移动至工作台8上方进行相应操作。
如图1和图3所示，所述激光熔覆系统包括激光熔覆头12、激光发生器3、送粉器6和水冷机9，其中所述激光熔覆头12后端设有光纤接口121、前端设有送粉器接口123和出光头124，所述激光熔覆头12中部一侧设有水冷机接口122，所述光纤接口121用于连接激光发生器3所引出的光纤线缆，激光发生器3发出的激光经光纤线缆进入激光熔覆头12中传播，并通过安装在出光头124内的聚焦镜进行聚焦出光，所述送粉器接口123通过管路与送粉器6相连，加工时需要的金属粉末由送粉器6通过中空软管从送粉器接口123处送入激光熔覆头12中，送粉器6可以根据程序要求调节送粉流量与送粉压力，另外由于激光产生的热量会加速出光头124老化，因此所述水冷机接口122需通过管路与水冷机9相连，水冷机9送水冷却以避免增材工具头过热。激光熔覆头12中部后侧设有所述快换接头201的工具端，以用于与工业机器人2上的快换接头201的设备端实现快速对接。所述激光发生器3、送粉器6和水冷机9均为本领域公知技术且为市购产品。
如图1和图4所示，所述高速抛磨减材系统包括高速研抛工具头13和气泵10，其中高速研抛工具头13包括驱动装置131、安装支架132、抛磨头133和喷气管134，驱动装置131安装于安装支架132上，抛磨头133安装于驱动装置131的输出轴上并通过所述驱动装置131驱动转动，所述安装支架132上设有快换接头201的工具端用于实现与工业机器人2末端的快速对接，另外所述安装支架132上设有喷气管134用于对抛磨头133及零件表面进行强制冷却，所述喷气管134前端设有一个喷嘴，所述喷嘴为黄铜制造，内孔经过抛光，孔口设计有倒角，具有较高的使用寿命，所述喷气管134通过所述气泵10提供压缩空气。本实施例中，所述驱动装置131采用气动马达。
如图1和图5所示，所述清洁系统包括清洁工具头14和工业吸尘器7，其中清洁工具头14包括工具头本体、支架142、抽口143和导管141，工具头本体安装于支架142上，且工具头本体前端设有抽口143，工具头本体后端设有导管141与工业吸尘器7相连，所述支架142上设有快换接头201的工具端用于实现与工业机器人2末端的快速对接。当需要清洁零件或工作台8时，工业吸尘器7打开，粉末或切屑颗粒通过抽口143吸入并经导管141进入到工业吸尘器7的收集桶中。
如图1所示，所述水冷机9和送粉器6设于柜体1内的后部并分设于工业机器人2两侧，由于所述水冷机9和送粉器6高度较高，所述柜体1内设有竖直的隔板将这两台设备与包含工作台8和工业机器人2的工作区分开，所述激光发生器3设于柜体1内的顶端，且所述激光发生器3周围同样设有隔板将其与工作区分开，所述人机交互系统控制柜5、工业吸尘器7、机器人控制柜11和气泵10均设于柜体1内的下部，并且所述柜体1内设有中隔板16将这些设备与包含工作台8和工业机器人2的工作区分开。
如图6～7所示，所述中隔板16为中部下凹结构，并且所述工作台8设于所述中隔板16的中部凹处，零件成形需要的基板通过螺栓安装在所述工作台8上，三个振动电机17分设于所述中隔板16的不同斜面下侧，加工时产生的粉末和切削颗粒会落在工作台8和中隔板16的斜面上，进行清洁工作时，振动电机17产生的振动作用可将分散在中隔板16斜面上的粉末和颗粒汇集到中间位置的工作台8上，因此配合中隔板16的振动，工业机器人2进行清洁工作时只需要清洁零件、工作台8以及工作台8周边位置即可，大大提升了清洁工作效率。
如图8所示，所述柜体1表面设有整体式的防护罩101，其中防护罩101围合成的柜体1上半部作为完成加工工艺的工作区，为半密封结构，在柜体1上半部前侧的防护罩101上留有一个带观察窗口的开门以实现取送零件，在所述开门一侧的防护罩101上设有用于操作和人机交互用的触摸屏18，另外与激光发生器3对应位置的防护罩101上设有一块透明玻璃，透过所述透明玻璃可观察显示激光发生器3状态的显示面板，所述柜体1底部安装有地脚滚轮4，方便设备搬运移动及固定，所述地脚滚轮4为本领域公知技术。
本发明的工作原理为：
一、通过触摸屏18打开工艺系统软件，输入加工零件信息，选择加工工艺文件，工艺系统软件自动生成曲面零件的三维模型、分层信息、加工路径信息。
二、在工艺系统软件中选择激光功率、扫描速度、送粉速度，并设定研抛工具种类规格。
三、在工作台8上安装零件基板，并用螺栓紧固，关闭开门，以防加工时粉末尘埃逸出。
四、在设定好的工艺参数确认就绪后，点击触摸屏18上的“开始加工”按钮，激光熔覆系统开始运作，根据工艺文件信息，工业机器人2末端自动与放置在工具夹15上的激光熔覆头12对接，并驱动激光熔覆头12移动至工作台8上方，自动在零件基板上进行激光熔覆增材加工。
五、在激光熔覆加工作业完成后，高速抛磨减材系统开始运作，工业机器人2先将激光熔覆头12放置于对应的工具夹15上，然后与高速研抛工具头13对接，并驱动高速研抛工具头13移动至工作台8上方，自动进入减材抛磨作业。
六、在减材抛磨作业完成后，清洁系统开始运作，工业机器人2先将高速研抛工具头13放置于对应的工具夹15上，然后与清洁工具头14对接，并驱动清洁工具头14移动至工作台8上方，自动进入清洁作业，并且清洁作业时，中隔板16上的振动电机17启动将分散在中隔板16斜面上的粉末和颗粒汇集到中间位置的工作台8上，大大提高清洁效率。
七、清洁作业完成后，加工程序结束，此时触摸屏18上出现提示，操作人员点击触摸屏18上的“加工结束”按钮，设备停止运行，当零件基板温度与工作区的温度低于设定值后，断开设备供电，卸下基板上的紧固螺栓，取出基板和增减材加工制造出的金属零件。