申请/专利权人：德马吉森精机株式会社

申请日：2016-04-07

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN107735215B

主分类号：B23P23/04(20060101)

分类号：B23P23/04(20060101);B23Q7/04(20060101);B33Y30/00(20150101);B22F3/105(20060101);B22F3/16(20060101);B23K26/342(20140101);B29C67/00(20170101)

优先权：["20150525 JP 2015-105249"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2018.05.29#实质审查的生效;2018.02.23#公开

摘要：加工机械100是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械100具备：第1主轴台111和第2主轴台116，其设置于第1加工区域200，用于保持工件；下刀架131和刀具主轴121，其设置于第1加工区域200，用于保持用于进行工件的减材加工的刀具；增材加工用头61，其设置于第2加工区域210；以及机械臂31，其用于保持工件，在第1加工区域200与第2加工区域210之间输送工件。增材加工用头61在工件的增材加工时向由机械臂31保持着的工件喷出材料。利用这样的结构提供一种能以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。

主权项：1.一种加工机械，其是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械，其中，该加工机械具备：罩体，其划分形成第1加工区域和第2加工区域；工件保持部，其设置于所述第1加工区域，用于保持工件；刀具保持部，其设置于所述第1加工区域，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头，其设置于所述第2加工区域；以及操作部，其用于保持工件，在所述第1加工区域与所述第2加工区域之间输送工件，所述增材加工用头在工件的增材加工时向由所述操作部保持着的工件喷出材料，所述操作部能够在所述第1加工区域与所述第2加工区域之间移动。

全文数据：加工机械技术领域[0001]本发明一般而g涉及加工机械，更特定而言涉及可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。背景技术[0002]、关于以往的加工机械，在例如日本特开2〇〇4—314ie8号公报公开有泵设备类的激光堆焊装置，其目的在于在母材不产生裂纹的情况下迅速且准确地进行堆焊专利文献D。专利文献1所公开的激光堆焊装置具有:粉末供给机，其将氩气作为载气来供给金属材料粉末、;涡流式粉末供给喷嘴，其使被供给来的金属材料与氩气均匀地混合，同时将氩气和氮气的混合气体用作保护气体;多轴机器人，其使涡流式粉末供给喷嘴移动。[000幻△^外，在日本特开2012-206137号公报中公开了一种维修装置，其目的在于不借助人手就能容易地进行堆焊专利文献2。专利文献2所公开的维修装置具有:材料供给部;激光装置，其照射激光点光;焊接机器人，其具有多关节的臂，使激光点光沿着三维方向移动。[0004]现有技术文献[0005]^利文献~~[0006]专利文献1:日本特开2004-314168号公报[0007]专利文献2:日本特开2012-206137号公报发明内容[0008]发明要解决的问颞[0009]作为通过使材料附着来使工件形成三维形状的方法，存在增材加工法Additivemanufacturing。另一方面，作为通过去除材料而使工件形成三维形状的方法，存在减材加工法Subtractivemanufacturing。在增材加工中，在加工前后工件的质量增加，在减材加工中，在加工前后工件的质量减少。活用各加工法的特性而将增材加工和减材加工组合，进行获得工件的最终的形状的加工。[0010]另一方面，在上述的专利文献中公开有进行增材加工用的各种加工机械。然而，若减材加工用的机床和增材加工用的加工机械分别独立地设置，则设备费用成为高成本。因此，要求实现能以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。[0011]因此，本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种能以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。[0012]用于解决问题的方案[0013]本发明的加工机械是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备:工件保持部，其设置于第1加工区域，用于保持工件;刀具保持部，其设置于第1加工区域，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头，其设置于第2加工区域；以及操作部，其用于保持工件，在第1加工区域与第2加工区域之间输送工件。增材加工用头在工件的增材加工时向由操作部保持着的工件喷出材料。[0014]发明的效果[0015]根据本发明，能够提供一种能以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。附图说明[0016]图1是表示本发明的实施方式1中的加工机械的主视图。[0017]图2是表示图1中的加工机械所具备的机械臂的立体图。[0018]图3是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。[0019]图4是表示随着增材加工和减材加工而变化的工件的形态的图。[0020]图5是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第1工序的图。[0021]图6是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第2工序的图。[0022]图7是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第3工序的图。[0023]图8是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第4工序的图。[0024]图9是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第5工序的图。[0025]图10是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的第6工序的图。[0026]图11是示意性地表示本发明的实施方式3中的加工机械的主视图。具体实施方式[0027]参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下，在参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同的附图标记。[0028]实施方式1[0029]图1是表示本发明的实施方式1的加工机械的主视图。在图1中，通过透视构成加工机械的外观的罩体，来表不加工机械的内部。[0030]参照图1，加工机械100是可进行工件的增材加工AMAdditivemanufacturing加工）和工件的减材加工（SMSubtractivemanufacturing加工）的AMSM混合加工机。加工机械1〇〇具有使用了固定刀具的车削功能和使用了旋转刀具的铣削功能来作为SM加工的功能。[0031]加工机械100具有机座141、工件的减材加工用的第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121和下刀架131、工件的增材加工用的增材加工用头61。[0032]机座141是用于支承第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121、下刀架131以及增材加工用头61的基座构件，设置于工厂等的安装面。[0033]第1主轴台111、第2主轴台116、刀具主轴121和下刀架131设置于第1加工区域200。增材加工用头61设置于第2加工区域210。第1加工区域200和第2加工区域210在沿着水平方向延伸的Z轴方向上彼此相邻地设置。[0034]第1主轴台111和第2主轴台116在Z轴方向上彼此相对地设置。第1主轴台111具有在使用了固定刀具的车削加工时用于使工件旋转的第1主轴112,第2主轴台116具有在使用了固定刀具的车削加工时用于使工件旋转的第2主轴117。第1主轴112设置成能以与Z轴平行的中心轴线201为中心旋转，第2主轴117设置成能以与Z轴平行的中心轴线202为中心旋转。在第1主轴112和第2主轴117设有用于将工件保持成可拆装的卡盘机构。[0035]第2主轴台116设置成可利用各种进给机构、引导机构、伺服马达等沿着Z轴方向移动。[0036]刀具主轴上刀架）121在使用了旋转刀具的铣削加工时使旋转刀具旋转。刀具主轴121设置成能以与沿着铅垂方向延伸的X轴平行的中心轴线203为中心旋转。在刀具主轴121设有用于将旋转刀具保持成可拆装的夹具机构。[0037]刀具主轴U1被未图示的立柱等支承于机座141上。刀具主轴121设置成，利用设于立柱等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等，可沿着X轴方向、沿着水平方向延伸且与Z轴方向正交的Y轴方向、以及Z轴方向移动。安装固定于刀具主轴121的旋转刀具的加工位置三维地移动。刀具主轴121还设置成能以与Y轴平行的中心轴线为中心回转。[0038]增材加工用头ei通过向工件喷出材料粉末、并且照射激光来进行增材加工（指向性能量堆积法（DirectedEnergyDeposition。[0039]增材加工用头61具有主体部62和激光出射部65。在主体部62内置有准直透镜、反射镜等，将从外部导进来的激光朝向激光出射部65引导。在激光出射部65形成有开口部66，经由该开口部66出射激光，且喷出材料粉末。[0040]增材加工用头61设置成可利用各种进给机构、引导机构、伺服马达等沿着X轴方向移动。增材加工用头61并不限于这样的结构，例如，既可以固定地设置于第2加工区域210内，也可以设置成可沿着除了X轴以外的轴向移动。增材加工用头61也可以具备回转机构，例如，也可以设置成能以与Y轴平行的中心轴线为中心回转。[0041]加工机械100还具有材料粉末供给装置7〇、激光振荡装置76以及管构件73。材料粉末供给装置70将增材加工所使用的材料粉末朝向增材加工用头61供给。材料粉末供给装置70具有用于贮存增材加工所使用的材料粉末的材料粉末罐72以及用于对材料粉末和载气进行混合的混合部71。[0042]激光振荡装置76使增材加工所使用的激光振荡。管构件73从材料粉末供给装置70和激光振荡装置76布设到增材加工用头61。在管构件73收纳有:光纤，其用于将来自激光振荡装置76的激光朝向增材加工用头61引导;配管，其用于将从材料粉末供给装置70供给来的材料粉末朝向增材加工用头61引导。[0043]在通过向工件喷出材料粉末来进行增材加工的指向性能量堆积法中，要求将加工区域设为非活性气体气氛。因此，加工机械1〇〇还具有非活性气体罐81和配管S2来作为向第2加工区域210供给非活性气体的非活性气体供给部。[0044]非活性气体罐81储存氩、氮等非活性气体。配管82从非活性气体罐81朝向第2加工区域210布设。储存在非活性气体罐81内的非活性气体经由配管82向第2加工区域210供给。在第2加工区域210设有用于对区域内的氧浓度进行检测的氧浓度检测传感器86。[0045]加工机械100具有罩体142。罩体142划分形成第1加工区域200和第2加工区域210各区域。罩体142是多张钣金、密封构件组合而构成的。[0046]罩体142具有将第1加工区域200和第2加工区域210隔开的分隔壁部143。分隔壁部143相对于第2主轴台116设置于第1主轴台111的相反侧。在分隔壁部143设有可开闭的闸门144,以便可进行后述的机械臂31的移动。[0047]罩体142以使第2加工区域210成为大致密闭的空间的方式设置。罩体142对第2加工区域210进行密闭的密闭度比罩体142对第1加工区域200进行密闭的密闭度高。[0048]根据这样的结构，能够抑制非活性气体从第2加工区域210的泄漏，或者抑制含有氧的外部空气向第2加工区域21〇的流入，能够在工件的增材加工时将第2加工区域210更可靠地设为非活性气体气氛。进行减材加工的第1加工区域2〇〇需要将切屑、切削油向机外排出，因此，难以设为密闭度较高的空间。在本实施方式中，在由分隔壁部143隔出的各自的加工区域内进行减材加工和增材加工，因此，可将第2加工区域210设为密闭度较高的空间。[0049]图2是表示图1中的加工机械所具备的机械臂的立体图。参照图1和图2，加工机械1〇还具有机械臂31。机械臂31保持工件，在第1加工区域2〇0与第2加工区域210之间输送工件。[0050]机械臂31具有:移动机构部21;基部32,其支承于移动机构部21;臂部33,其可转动地连结于基部21;工件把持部51，其将工件把持为可拆装，该机械臂31是可彼此独立地对6轴进行控制的机械臂。[0051]移动机构部21构成为可在第1加工区域200与第2加工区域210之间移动。作为用于使机械臂31直线往复移动的机构，移动机构部21具有基座构件23、线性引导件22、齿轮齿条副25以及伺服马达未图示）。[0052]此外，在本实施方式中，对可进行6轴控制的机械臂31进行了说明，但也可以是可进行除了6轴以外的多轴控制的机械臂。另外，在本实施方式中，机械臂31具备直动机构移动机构部21，但只要可在第1加工区域200与第2加工区域210之间进行工件的输送，就也可以是不具备直动机构的机械臂。例如，也可以将机械臂设为能以与X轴平行的旋转轴线为中心地回转的结构。另外，也可以将机械臂设为仅具备多轴代表性地，是3轴直动机构的结构。[0053]加工机械100也可以还具有可储存工件的工件储存部。在该情况下，也可以将机械臂设为在减材加工位置、增材加工位置以及工件储存部之间输送工件的结构。[0054]图3是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。参照图1〜图3,增材加工用头61在工件的增材加工时向由机械臂31把持着的工件喷出材料。[0055]更具体地说明，在工件的增材加工时，由工件把持部51把持工件41。通过使机械臂31动作，使所把持的工件41靠近增材加工用头61。利用机械臂31的动作和或增材加工用头61的移动，在使开口部66的开口面与工件41的表面面对的状态下，使增材加工用头61和工件41相对地移动。此时，从增材加工用头61的开口部66朝向工件41喷出激光311、材料粉末312、保护和载体用的气体313。由此，在工件41的表面形成熔融点314,其结果，材料粉末312熔接。[0056]具体而言，在工件41的表面形成堆焊层316。在堆焊层316上堆起堆焊原材料315。若堆焊原材料315被冷却，则成为在工件41的表面形成有可进行加工的层的状态。此外，也可以使用电子射束来替代激光311。作为材料粉末，能够利用铝合金和镁合金等的金属粉末、陶瓷粉末。[0057]根据这样的结构，在工件的增材加工时，由工件输送用的机械臂31把持工件，因此，无需另外设置用于将工件保持于第2加工区域210的机构。因此，能够将可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械100设为简易的结构。[0058]对以上说明的、本发明的实施方式1中的加工机械100的构造进行总结说明，本实施方式中的加工机械100是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械100具备:作为工件保持部的第丨主轴台111和第2主轴台116,其设置于第1加工区域2〇〇,用于保持工件;作为刀具保持部的下刀架131和刀具主轴121，其设置于第1加工区域2〇〇,用于保持工件的减材加工用的刀具;增材加工用头6丨，其设置于第2加工区域210;作为操作部的机械臂31，其保持工件，在第1加工区域2〇〇与第2加工区域210之间输送工件。增材加工用头61在工件的增材加工时向由机械臂3丨保持着的工件喷出材料。[0059]根据如此构成的、本发明的实施方式1中的加工机械1〇〇，能够实现以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。[0060]此外，在本实施方式中，对基于具有车削功能和铣削功能的复合加工机来构成AMSM混合加工机的情况进行了说明，但并不限于这样的结构，也可以基于具有车削功能的车床或具有铣削功能的加工中心来构成AMSM混合加工机。在基于加工中心来构成AMSM混合加工机的情况下，作为在第1加工区域内保持工件的工件保持部，使用工作台。[0061]另外，由加工机械100执行的增材加工并不限于指向性能量堆积法，例如，也可以是，将熔融了的热塑性树脂层叠于工件而形成3维形状的材料挤压法、利用热使粉末床的表面附近选择性地熔融•固化而层叠的粉末床熔融结合法。[0062]实施方式2[0063]在本实施方式中，对使用实施方式1中的加工机械100来进行工件的增材加工和减材加工的加工方法进行说明。[0064]图4是表示随着增材加工和减材加工而变化的工件的形态的图。参照图4,首先，准备母材42。母材42具有圆盘形状。接着，利用增材加工获得在母材42的端面上形成有堆焊部43的中间加工物46。堆焊部43具有圆柱形状。接着，利用减材加工，在堆焊部43的外周面形成螺纹部44。最后，通过使母材42和堆焊部43之间分离，获得形成有螺纹部44的最终产品47。[0065]图5〜图10是示意性地表示本发明的实施方式2中的工件的加工方法的工序的图。[0066]参照图5,在第2加工区域210中，由工件把持部51把持母材42。通过使机械臂31动作，使所把持的工件41靠近增材加工用头61。通过从增材加工用头61朝向母材42喷出材料粉末，同时照射激光，在母材42形成堆焊部43中间加工物46的制造）。[0067]参照图6,接着，使机械臂31从第2加工区域210向第1加工区域200移动。通过使机械臂31动作，使所保持的中间加工物46靠近第2主轴台116。堆焊部43—被相对于第2主轴117定位到预定位置，就利用第2主轴117夹紧堆焊部43。在堆焊部43被夹紧的时刻，使工件把持部51对母材42的把持解除。使机械臂31从第1加工区域200向第2加工区域210退避。[0068]参照图7,在第1加工区域200中，使第1主轴台111和第2主轴台116靠近。利用第1主轴112夹紧母材42,并且使第2主轴117对堆焊部43的夹紧解除，使中间加工物46从第2主轴台116转移至第1主轴台111。另一方面，在第2加工区域210中，由工件把持部51把持新的母材42。[0069]参照图8,在第1加工区域200中，开始进行用于在堆焊部43形成螺纹部44的减材加工。另一方面，在第2加工区域210中，开始进行用于在母材42形成堆焊部43的增材加工。[0070]在本实施方式中的加工机械100中，可使第1加工区域200中的减材加工和第2加工区域210中的增材加工同时进行。另外，在减材加工时，第丨加工区域200被置于切削油的气氛下。在本实施方式中，在减材加工的期间内，增材加工用头61位于第2加工区域210,因此，能够防止具备光学零部件的增材加工用头61暴露于切削油。[0071]参照图9,一边使第1主轴112和第2主轴117的旋转同步，一边使第1主轴台111和第2主轴台II6靠近。利用第2主轴117夹紧中间加工物46的堆焊部43的端部。在中间加工物46的两端被第1主轴台111和第2主轴台116保持着的状态下，进行用于使母材42和堆焊部43之间分离的减材加工切断加工）。[0072]参照图10,母材42残留于第1主轴台111，最终产品47残留于第2主轴台116。从第1加工区域200回收母材42和最终产品47。[0073]根据如此构成的、本发明的实施方式2中的加工机械100和加工方法，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。[0074]实施方式3[0075]图11是示意性地表示本发明的实施方式3中的加工机械的主视图。本实施方式中的加工机械与实施方式1中的加工机械100相比较，基本上具有同样的构造。以下，对于重复的构造，不重复其说明。[0076]参照图11，在本实施方式的加工机械中，机械臂31的移动机构部21具有台车部411和轨道412。轨道412在第1加工区域200与第2加工区域210之间呈直线状延伸。轨道412设置于第1加工区域200和第2加工区域210的底部。台车部411设置成可在轨道412上行驶。[0077]基部32具有从移动机构部21台车部411向铅垂上方方向突出的形状。从基部32呈臂状延伸的臂部33的构造与实施方式1中的加工机械100臂部33的构造相同。在本实施方式中，闸门144设于与机械臂31移动的高度相应地靠近第1加工区域200和第2加工区域210的底部的位置。[0078]根据如此构成的、本发明的实施方式3中的加工机械，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。[0079]根据本发明的加工机械是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备:工件保持部，其设置于第1加工区域，用于保持工件;刀具保持部，其设置于第1加工区域，用于保持工件的减材加工用的刀具;增材加工用头，其设置于第2加工区域;以及操作部，其用于保持工件，在第1加工区域和第2加工区域之间输送工件。增材加工用头在工件的增材加工时向由操作部保持着的工件喷出材料。[0080]根据如此构成的加工机械，在工件的增材加工时，向由工件输送用的操作部保持着的工件喷出材料，因此，无需另外设置用于将工件保持于第2加工区域的机构。因此，能够实现能以简易的结构进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。[0081]另外，优选的是，加工机械还具备:非活性气体供给部，其用于向第2加工区域供给非活性气体；以及罩体，其具有将第1加工区域和第2加工区域隔开的分隔壁部，使第2加工区域形成为大致密闭的空间。[0082]根据如此构成的加工机械，通过抑制非活性气体从第2加工区域的泄漏，能够在工件的增材加工时将第2加工区域更可靠地设为非活性气体气氛。[0083]另外，优选的是，操作部是可进行多轴控制的机械臂，具有可在第1加工区域和第2加工区域之间移动的移动机构部。[0084]根据如此构成的加工机械，能够在工件的增材加工时使由机械臂保持着的工件与增材加工用头之间的相对的位置关系自由地变化。[0085]应该认为此次公开的实施方式在全部的点都是例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意图在于包括在与权利要求书同等的意味和范围内的全部的变更。[0086]产业上的利用可能性[0087]本发明主要适用于可进行工件的减材加工和增材加工的AMSM混合加工机。[0088]附图标记说明[0089]21、移动机构部;22、线性引导件;幻、基座构件;烈、齿轮齿条副;、机械臂;32、基部;33、臂部;33L、第1可动部;33M、第2可动部;33N、第3可动部;36、连结部;41、工件;42、母材;们、堆焊部;M、螺纹部;妨、中间加工物;们、最终产品；S1、工件把持部;61、增材加工用头;62、主体部;65、激光出射部;66、开HI部;68、光学零部件;7〇、材料粉末供给装置;7丨、混合部;72、材料粉末罐;73、管构件;76、激光振荡装置;8〗、非活性气体罐;82、配管;86、氧浓度检测传感器；100、加工机械；111、第1主轴台；112、第1主轴；116、第2主轴台.117、第2主轴；m、刀具主轴；m、下刀架；I32、回转部；⑷、机座；⑷、罩体；⑷、分隔壁部；144、阐^;2〇〇、第1加工区域;201、亂2〇3、2〇4、中心轴线；21、第2加工区域;211、212、213、转动=214、=^旋=t;311、^12、材料粉末；313、气体；314、恪点⑶5、堆焊原材料;316、堆焊层;411、台车部;412、轨道。

权利要求：1.一种加工机械，其是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械，其中，该加工机械具备：工件保持部，其设置于第1加工区域，用于保持工件；刀具保持部，其设置于所述第1加工区域，用于保持工件的减材加工用的刀具；增材加工用头，其设置于第2加工区域；以及操作部，其用于保持工件，在所述第1加工区域与所述第2加工区域之间输送工件，所述增材加工用头在工件的增材加工时向由所述操作部保持着的工件喷出材料。2.根据权利要求1所述的加工机械，其中，该加工机械还具备：非活性气体供给部，其向所述第2加工区域供给非活性气体；以及罩体，其具有将所述第i加工区域和所述第2加工区域隔开的分隔壁部，将所述第2加工区域形成为大致密闭的空间。3.根据权利要求1或2所述的加工机械，其中，所述操作部是能够进行多轴控制的机械臂，具有能够在所述第1加工区域与所述第2加工区域之间移动的移动机构部。

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