CN113733560A - 一种可切换模式的复合制造设备及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可切换模式的复合制造设备，包括打印框架、横向移动机构、纵向移动机构、复合工作机构、升降机构和工作平台；横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构用以带动工作平台升降，工作平台位于复合工作机构下方；复合工作机构包括移动座、双轴舵机、第一连接件、第二连接件、主轴铣削模块和3D打印模块，移动座与横向移动机构和纵向移动机构连接，双轴舵机与移动座连接，第一连接件与第二连接件均与双轴舵机的舵盘连接，3D打印模块用以根据预先设置层数进行增材制造，主轴铣削模块用以对外形轮廓进行精确铣削。通过控制双轴舵机的运动，能够随意进行3D打印模块和主轴铣削模块的搭配。

Description

一种可切换模式的复合制造设备及其工作方法
技术领域
本发明涉及复合加工设备技术领域，特别涉及一种可切换模式的复合制造设备及其工作方法。
背景技术
目前随着机械加工制造的快速发展，桌面式的加工设备越来越多。各种小型的雕刻机、3D打印机深受年轻一代的喜爱。虽然大型、昂贵的设备小型化，但是固有的工艺技术存在的问题，仍然没有得到解决。如FDM型3D打印技术本身工艺对精度要求不高，普通的三轴铣削无法加工复杂的零件等等。随着时代的发展，桌面设备不仅限于玩具的制造，也能对具有一定的精度要求的零件进行设计加工，因而需要设计一种性价比高、具有一定精度要求的复合制造装备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可切换模式的复合制造设备，不仅控制简单可靠，同时能实现3D打印增材制造功能和铣削减材制造功能的随意搭配和切换，能够提高加工精度和加工的多样性。
本发明的另一目的在于，提供一种上述可切换模式的复合制造设备的工作方法。
本发明的技术方案为：一种可切换模式的复合制造设备，包括打印框架、横向移动机构、纵向移动机构、复合工作机构、升降机构和工作平台；
横向移动机构和纵向移动机构分别安装至打印框架的顶部，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构安装至打印框架的一侧，升降机构用以带动工作平台升降，工作平台位于复合工作机构下方；
复合工作机构包括移动座、双轴舵机、第一连接件、第二连接件、主轴铣削模块和3D打印模块，移动座与横向移动机构和纵向移动机构连接，双轴舵机与移动座连接，第一连接件与第二连接件均与双轴舵机的舵盘连接，主轴铣削模块包括主轴电机和电机夹，电机夹与第一连接件连接，电机夹夹持主轴电机，电机夹的松紧可调节，3D打印模块包括喷头和喷头固定座，喷头固定座与第二连接件连接，喷头安装至喷头固定座，3D打印模块用以根据预先设置层数进行增材制造，主轴铣削模块用以对外形轮廓进行精确铣削。
进一步，所述横向移动机构设于打印框架的横向两侧，横向移动机构包括横向驱动机构、横轴、横向移动块和第一连接杆，所述横轴的两端分别沿横向固定于打印框架，横向移动块通过直线轴承与横轴连接，第一连接杆的两端分别与位于打印框架横向两侧的横向移动块连接，移动座通过直线轴承与第一连接杆连接，横向驱动机构用以驱动横向移动块沿横轴移动。
进一步，所述纵向移动机构设于打印框架的纵向两侧，纵向移动机构包括纵向驱动机构、纵轴、纵向移动块和第二连接杆，所述纵轴的两端分别沿纵向固定于打印框架，纵向移动块通过直线轴承与纵轴连接，第二连接杆的两端分别与位于打印框架纵向两侧的纵向移动块连接，移动座通过直线轴承与第二连接杆连接，纵向驱动机构用以驱动纵向移动块沿纵轴移动。
进一步，所述横向驱动机构和纵向驱动机构均包括驱动电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、两根传动轴、第一传送带和第二传送带；
驱动电机安装于打印框架上，驱动电机的电机轴与主动轮连接，两根传动轴的两端分别通过轴承座连接于打印框架的相对两侧，其中一根传动轴与第一从动轮共轴连接，主动轮与第一从动轮通过第一传送带连接，传动轴的两端分别与第二从动轮共轴连接，两根传动轴上的第二从动轮通过第二传送带连接，横向移动机构的第二传送带与横向移动块连接，纵向移动机构的第二传送带与纵向移动块连接。
进一步，所述第二传送带上设有齿槽，横向移动块和纵向移动块上均设有齿板，齿板与齿槽镶嵌配合。
进一步，所述打印框架上设有限位开关，通过横向移动块和纵向移动块对限位开关进行限位触发，实现原点的精准定位。
进一步，所述升降机构包括升降电机、升降丝杆、丝杆螺母和限位轴，所述升降电机安装于打印框架的底部，升降电机的电机轴通过联轴器与升降丝杆的一端连接，升降丝杆的另一端通过轴承座与打印框架的顶部连接，丝杆螺母与升降丝杆连接，工作平台与丝杆螺母连接，限位轴的两端分别与打印框架的顶部和底部连接，限位轴通过直线轴承与工作平台连接。
进一步，所述工作平台包括底板、夹板、木垫板、铝型材和直角梯形块，所述夹板位于底板上方，木垫板的上下两端分别与夹板和底板连接，木垫板位于丝杆螺母和直线轴承之间，铝型材的上端面和下端面分别与夹板和底板固定连接，直角梯形块位于底板的两侧，直角梯形块的上底与夹板连接，其下底与底板连接。由于工作台与升降丝杆的配合属于悬臂梁结构，需要通过木垫板、夹板和铝型材进行加固，增强工作平台的抗弯矩能力，同时直角梯形块在端部进行斜支撑的加固，增大固连接触面积，进一步增加工作平台的抗弯矩能力。
进一步，所述第一连接件与第二连接件均为U型钣金，第一连接件与第二连接件相互垂直。
本发明的另一技术方案为：上述可切换模式的复合制造设备的工作方法，通过调节电机夹的松紧来调整主轴电机的位置，实现对加工原点的控制，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构用以带动工作平台升降，根据加工需求，驱动双轴舵机进行主轴铣削模块和3D打印模块的切换。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明的可切换模式的复合制造设备，通过控制双轴舵机的运动，能够随意进行3D打印模块和主轴铣削模块的搭配，具有较高的性价比和较高的控制精度，控制简单可靠。横向、纵向和竖向均由独立电机进行驱动，可以实现三个方向的独立控制，横向和纵向为同步带传动，能有效在相对高速的加工过程中保持精度。
附图说明
图1为本发明的可切换模式的复合制造设备的结构示意图。
图2为本发明的可切换模式的复合制造设备的俯视图。
图3为本发明的可切换模式的复合制造设备的侧视图。
图4为本发明的复合工作机构的结构示意图。
图5为本发明的复合工作机构的俯视图。
打印框架1、移动座21、双轴舵机22、第一连接件23、第二连接件24、主轴电机25、电机夹26、喷头27、喷头固定座28、横轴31、横向移动块32、第一连接杆33、纵轴41、纵向移动块42、第二连接杆43、驱动电机51、主动轮52、第一从动轮53、第二从动轮54、传动轴55、第一传送带56、第二传送带57、升降电机61、升降丝杆62、丝杆螺母63、限位轴64、工作平台7、底板71、夹板72、木垫板73、铝型材74、直角梯形块75。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种可切换模式的复合制造设备，包括打印框架1、横向移动机构、纵向移动机构、复合工作机构、升降机构和工作平台。
如图1所示，横向移动机构和纵向移动机构分别安装至打印框架的顶部，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构安装至打印框架的一侧，升降机构用以带动工作平台升降，工作平台位于复合工作机构下方。
如图4和图5所示，复合工作机构包括移动座21、双轴舵机22、第一连接件23、第二连接件24、主轴铣削模块和3D打印模块，移动座与横向移动机构和纵向移动机构连接，双轴舵机与移动座连接，第一连接件与第二连接件均与双轴舵机的舵盘连接，主轴铣削模块包括主轴电机25和电机夹26，电机夹与第一连接件连接，电机夹夹持主轴电机，电机夹的松紧可调节，3D打印模块包括喷头27和喷头固定座28，喷头固定座与第二连接件连接，喷头安装至喷头固定座。在本实施例中，第一连接件与第二连接件均为U型钣金，第一连接件与第二连接件相互垂直。
如图1和图2所示，横向移动机构设于打印框架的横向两侧，横向移动机构包括横向驱动机构、横轴31、横向移动块32和第一连接杆33，横轴的两端分别沿横向固定于打印框架，横向移动块通过直线轴承与横轴连接，第一连接杆的两端分别与位于打印框架横向两侧的横向移动块连接，移动座通过直线轴承与第一连接杆连接，横向驱动机构用以驱动横向移动块沿横轴移动。
如图1和图2所示，纵向移动机构设于打印框架的纵向两侧，纵向移动机构包括纵向驱动机构、纵轴41、纵向移动块42和第二连接杆43，所述纵轴的两端分别沿纵向固定于打印框架，纵向移动块通过直线轴承与纵轴连接，第二连接杆的两端分别与位于打印框架纵向两侧的纵向移动块连接，移动座通过直线轴承与第二连接杆连接，纵向驱动机构用以驱动纵向移动块沿纵轴移动。
如图1和图2所示，横向驱动机构和纵向驱动机构均包括驱动电机51、主动轮52、第一从动轮53、第二从动轮54、两根传动轴55、第一传送带56和第二传送带57；驱动电机安装于打印框架上，驱动电机的电机轴与主动轮连接，两根传动轴的两端分别通过轴承座连接于打印框架的相对两侧，其中一根传动轴与第一从动轮共轴连接，主动轮与第一从动轮通过第一传送带连接，传动轴的两端分别与第二从动轮共轴连接，两根传动轴上的第二从动轮通过第二传送带连接，横向移动机构的第二传送带与横向移动块连接，纵向移动机构的第二传送带与纵向移动块连接。第二传送带上设有齿槽，横向移动块和纵向移动块上均设有齿板，齿板与齿槽镶嵌配合。
打印框架上设有限位开关，通过横向移动块和纵向移动块对限位开关进行限位触发，实现原点的精准定位。在本实施例中，横向移动块和纵向移动块的端部设有螺钉，通过螺钉对限位开关进行限位触发，实现原点的精准定位。
如图3所示，升降机构包括升降电机61、升降丝杆62、丝杆螺母63和限位轴64，所述升降电机安装于打印框架的底部，升降电机的电机轴通过联轴器与升降丝杆的一端连接，升降丝杆的另一端通过轴承座与打印框架的顶部连接，丝杆螺母与升降丝杆连接，工作平台与丝杆螺母连接，限位轴的两端分别与打印框架的顶部和底部连接，限位轴通过直线轴承与工作平台连接。通过设置限位轴，加强工作平台的竖向移动的强度以及防止工作平台随丝杆螺母转动。
如图1和图3所示，工作平台包括底板71、夹板72、木垫板73、铝型材74和直角梯形块75，所述夹板位于底板上方，木垫板的上下两端分别与夹板和底板连接，木垫板位于丝杆螺母和直线轴承之间，铝型材的上端面和下端面分别与夹板和底板固定连接，直角梯形块位于底板的两侧，直角梯形块的上底与夹板连接，其下底与底板连接。由于工作台与升降丝杆的配合属于悬臂梁结构，需要通过木垫板、夹板和铝型材进行加固，增强工作平台的抗弯矩能力，同时直角梯形块在端部进行斜支撑的加固，增大固连接触面积，进一步增加工作平台的抗弯矩能力。
上述可切换模式的复合制造设备的工作方法，通过调节电机夹的松紧来调整主轴电机的位置，实现对加工原点的控制，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构用以带动工作平台升降，根据加工需求，驱动双轴舵机进行主轴铣削模块和3D打印模块的切换，3D打印模块用以根据预先设置层数进行增材制造，主轴铣削模块用以对外形轮廓进行精确铣削。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种可切换模式的复合制造设备，其特征在于，包括打印框架、横向移动机构、纵向移动机构、复合工作机构、升降机构和工作平台；
横向移动机构和纵向移动机构分别安装至打印框架的顶部，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构安装至打印框架的一侧，升降机构用以带动工作平台升降，工作平台位于复合工作机构下方；
复合工作机构包括移动座、双轴舵机、第一连接件、第二连接件、主轴铣削模块和3D打印模块，移动座与横向移动机构和纵向移动机构连接，双轴舵机与移动座连接，第一连接件与第二连接件均与双轴舵机的舵盘连接，主轴铣削模块包括主轴电机和电机夹，电机夹与第一连接件连接，电机夹夹持主轴电机，电机夹的松紧可调节，3D打印模块包括喷头和喷头固定座，喷头固定座与第二连接件连接，喷头安装至喷头固定座，3D打印模块用以根据预先设置层数进行增材制造，主轴铣削模块用以对外形轮廓进行精确铣削。
2.根据权利要求1所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述横向移动机构设于打印框架的横向两侧，横向移动机构包括横向驱动机构、横轴、横向移动块和第一连接杆，所述横轴的两端分别沿横向固定于打印框架，横向移动块通过直线轴承与横轴连接，第一连接杆的两端分别与位于打印框架横向两侧的横向移动块连接，移动座通过直线轴承与第一连接杆连接，横向驱动机构用以驱动横向移动块沿横轴移动。
3.根据权利要求2所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述纵向移动机构设于打印框架的纵向两侧，纵向移动机构包括纵向驱动机构、纵轴、纵向移动块和第二连接杆，所述纵轴的两端分别沿纵向固定于打印框架，纵向移动块通过直线轴承与纵轴连接，第二连接杆的两端分别与位于打印框架纵向两侧的纵向移动块连接，移动座通过直线轴承与第二连接杆连接，纵向驱动机构用以驱动纵向移动块沿纵轴移动。
4.根据权利要求3所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述横向驱动机构和纵向驱动机构均包括驱动电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、两根传动轴、第一传送带和第二传送带；
驱动电机安装于打印框架上，驱动电机的电机轴与主动轮连接，两根传动轴的两端分别通过轴承座连接于打印框架的相对两侧，其中一根传动轴与第一从动轮共轴连接，主动轮与第一从动轮通过第一传送带连接，传动轴的两端分别与第二从动轮共轴连接，两根传动轴上的第二从动轮通过第二传送带连接，横向移动机构的第二传送带与横向移动块连接，纵向移动机构的第二传送带与纵向移动块连接。
5.根据权利要求4所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述第二传送带上设有齿槽，横向移动块和纵向移动块上均设有齿板，齿板与齿槽镶嵌配合。
6.根据权利要求3所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述打印框架上设有限位开关，通过横向移动块和纵向移动块对限位开关进行限位触发，实现原点的精准定位。
7.根据权利要求1所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述升降机构包括升降电机、升降丝杆、丝杆螺母和限位轴，所述升降电机安装于打印框架的底部，升降电机的电机轴通过联轴器与升降丝杆的一端连接，升降丝杆的另一端通过轴承座与打印框架的顶部连接，丝杆螺母与升降丝杆连接，工作平台与丝杆螺母连接，限位轴的两端分别与打印框架的顶部和底部连接，限位轴通过直线轴承与工作平台连接。
8.根据权利要求7所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述工作平台包括底板、夹板、木垫板、铝型材和直角梯形块，所述夹板位于底板上方，木垫板的上下两端分别与夹板和底板连接，木垫板位于丝杆螺母和直线轴承之间，铝型材的上端面和下端面分别与夹板和底板固定连接，直角梯形块位于底板的两侧，直角梯形块的上底与夹板连接，其下底与底板连接。
9.根据权利要求1所述的可切换模式的复合制造设备，其特征在于，所述第一连接件与第二连接件均为U型钣金，第一连接件与第二连接件相互垂直。
10.根据权利要求1-9任一所述的可切换模式的复合制造设备的工作方法，其特征在于，通过调节电机夹的松紧来调整主轴电机的位置，实现对加工原点的控制，横向移动机构和纵向移动机构用以带动复合工作机构沿横向和纵向运动，升降机构用以带动工作平台升降，根据加工需求，驱动双轴舵机进行主轴铣削模块和3D打印模块的切换。
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CN116728770A (zh) * 2023-06-05 2023-09-12 江苏迅捷装具科技有限公司 一种可显示模型打印进度的fdm型3d打印机
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