本發(fā)明屬于增減材多功能加工一體化裝置領(lǐng)域，具體涉及3D打印、激光加工、數(shù)控加工、超聲加工、電子束加工、電火花加工和等離子加工技術(shù)，可以實現(xiàn)對工件的一體化建模、成型和精密加工。

技術(shù)背景

3D打印、激光加工、數(shù)控加工、超聲加工、電子束加工、電火花加工和等離子加工都是目前機械加工作業(yè)中比較常見的加工方式，在日常對工件的加工過程中，時常會需要一種或幾種不同的加工裝置協(xié)同作業(yè)，加工工序繁瑣，耗時較長，同時不同加工裝置的重復(fù)裝夾也加大了零件的誤差，有時為了滿足對某個零件的特殊加工要求，就必須購買指定的大型裝置用于加工，成本昂貴，同時也造成了極大的資源浪費。3D打印技術(shù)也叫快速成型技術(shù)，2000年以后，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校陸續(xù)研究3D打印技術(shù)，通過3D打印制造出來的零件完全符合對于未來器械制造“輕量化”和“高強度”的要求，傳統(tǒng)技術(shù)在生產(chǎn)零件過程中會造成許多不必要的損耗，對于復(fù)雜產(chǎn)品，夸張的時候原材料利用率僅有不到10%，而3D打印所特有的增材加工技術(shù)則能很好的利用原材料，利用率高達90%；激光加工技術(shù)在機械加工生產(chǎn)中的應(yīng)用有激光雕刻機、激光切割機和激光焊接機等等，通過利用聚能的激光在聚焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來加工工件，具有強度高、單色性好、相干性好和方向性好的優(yōu)點，可以對工件進行打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等加工；數(shù)控加工技術(shù)主要被應(yīng)用在數(shù)控加工中心上，通過不同的數(shù)控加工設(shè)備實現(xiàn)對零件的不同加工，可實現(xiàn)銑、鉆、磨、鏜孔和鉸孔等機械作業(yè)，數(shù)控加工是機械加工的傳統(tǒng)方式，在機械加工中應(yīng)用十分廣泛；超聲加工技術(shù)是利用超聲振動工具，沖擊和拋磨工件的被加工部位，使其局部材料被蝕除形成粉末，以進行穿孔、切割和研磨作業(yè)，以及利用超聲波振動使工件之間相互結(jié)合，目前超聲加工技術(shù)已成為特種加工中的基本加工方式，往往能應(yīng)用于傳統(tǒng)加工難以完成的加工工序上，主要包括超聲去除加工、超聲表面光整加工和超聲焊接加工；電子束加工是通過利用聚能后的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而引起材料的局部融化或氣化，能加工微孔、窄縫、半導(dǎo)體集成電路等，是一種精密的加工方法，且工件不受機械力作用，不易產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形，所以加工材料范圍很廣，對脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料都可以加工，加工生產(chǎn)率很高；電火花加工是利用工件電極和工具電極之間產(chǎn)生的脈沖性火花放電，通過產(chǎn)生電蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，從而達到對工件加工的目的，因此易于用來加工各種導(dǎo)電材料，且不受工件的物理性能、力學(xué)性能的限制，在加工過程中，工具與工件不直接接觸，所以工件無機械變形，在硬度高的材料上，加工精度高，可用來加工表面質(zhì)量高的復(fù)雜模具；等離子加工是以壓縮的空氣為工作氣體，以高溫高速的等離子弧為熱源，將被切割的金屬局部熔化，并同時用高速氣流將已熔化的金屬吹走，形成狹窄切縫，可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等各種金屬材料的切割，不僅切割速度快、切縫狹窄、切口平整、熱影響區(qū)小，而且工件變形度低，且具有顯著的節(jié)能效果。

該項目是設(shè)計制作一臺集3D打印、激光加工、數(shù)控加工、超聲加工、電子束加工、電火花加工和等離子加工于一體的增減材加工一體機，這將大大節(jié)省了購買3D打印機、激光切割機、激光雕刻機、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、超聲加工設(shè)備、電子束加工設(shè)備、電火花加工設(shè)備和等離子加工設(shè)備的費用，同時對這些加工裝置進行改良和模塊化，變成可以模塊化更換的加工裝置，這將大大節(jié)省了工件加工的耗時和耗材，同時可以大大的避免工件的重復(fù)裝夾，有效的減少了工件加工的誤差，可以為加工工件提供一個更加便利、方便、高效且節(jié)約成本的加工方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種增減材多功能加工一體機，將3D打印、激光加工、數(shù)控加工、超聲加工、電子束加工、電火花加工和等離子加工融合到一臺機器上，各種加工裝置可以根據(jù)需求模塊化的更換在功能轉(zhuǎn)換裝置上，用戶可以根據(jù)需求選擇其中一種或者幾種加工裝置協(xié)同對工件進行快速建模、成型和精密加工。

增減材多功能加工一體機包括結(jié)構(gòu)框架、驅(qū)動裝置、工作平臺、數(shù)控裝置、功能轉(zhuǎn)換裝置和可以模塊化更換的加工裝置。

結(jié)構(gòu)框架包括底部支座、豎直支架、上端橫梁和輔助橫梁，3-6根型材通過直角連接鍵相連接，放置在增減材多功能加工一體機的底部構(gòu)成底部支座，3-6根型材相互之間通過直角連接鍵相連接，放置在增減材多功能加工一體機頂部，構(gòu)成增減材多功能加工一體機上端橫梁，底部支座與上端橫梁之間通過3-5根豎直支架相連接，共同構(gòu)成增減材多功能加工一體機的整體外部框架，在底部支座與上端橫梁的邊緣處設(shè)置有橡皮墊圈，防止邊緣尖銳誤傷，尤其是在底部框架的底面加有彈性墊片，防止由于加工過程中的震動引起加工偏移，從而影響加工精度，輔助橫梁分為驅(qū)動輔助橫梁和數(shù)控裝置固定橫梁，Y方向驅(qū)動輔助橫梁設(shè)置在上端橫梁的背面，與豎直支架相連接，橫梁的兩端與框架之間通過直角連接鍵相連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，用于固定Y方向的驅(qū)動電機，Z方向驅(qū)動輔助橫梁設(shè)置在底部支座上，與底部支座在同一水平面上，Z方向驅(qū)動輔助橫梁的兩端與底部支座間通過直角連接鍵相連接，可以保證Z方向驅(qū)動電機的穩(wěn)定，數(shù)控裝置固定橫梁設(shè)置在上端橫梁的前表面，數(shù)控裝置固定橫梁的兩端與框架間通過直角連接鍵相連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，可以保障數(shù)控裝置在加工過程中的穩(wěn)定。

驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、傳送帶、絲杠、導(dǎo)軌和滑塊，驅(qū)動裝置分為X方向驅(qū)動裝置、Y方向驅(qū)動裝置和Z方向驅(qū)動裝置，X方向驅(qū)動裝置包括X方向驅(qū)動電機，X方向傳送帶，X方向絲杠，X方向?qū)к壓蚗方向滑塊，X方向驅(qū)動電機設(shè)置在上端橫梁的右端面上，X方向絲杠通過支座軸承安裝在上端橫梁上，X方向?qū)к壨瑯油ㄟ^支座軸承安裝在前后橫梁上，兩者都沿X方向分布，X方向驅(qū)動電機與X方向絲杠之間通過傳送帶相連接，使得驅(qū)動電機的動力能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在X方向絲杠和X方向?qū)к壣显O(shè)置有X方向滑塊，滑塊通過螺紋孔與絲杠上的螺紋的形成配合關(guān)系，導(dǎo)軌可以支撐滑塊的重量，減少絲杠螺紋的磨損，進而將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的移動，因此在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，在數(shù)控裝置的控制下，可以實現(xiàn)控制X方向滑塊沿X方向做定向和定點移動；Y方向驅(qū)動裝置包括Y方向驅(qū)動電機，Y方向傳送帶，Y方向絲杠，Y方向?qū)к壓蚘方向滑塊，Y方向驅(qū)動電機設(shè)置在上端橫梁的右端面上，Y方向絲杠通過支座軸承安裝在上端橫梁上，Y方向?qū)к壨瑯油ㄟ^支座軸承安裝在前后橫梁上，兩者都沿Y方向分布，Y方向驅(qū)動電機與Y方向絲杠之間通過傳送帶相連接，使得驅(qū)動電機的動力能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在Y方向絲杠和Y方向?qū)к壣显O(shè)置有Y方向滑塊，滑塊通過螺紋孔與絲杠上的螺紋的形成配合關(guān)系，導(dǎo)軌可以支撐滑塊的重量，減少絲杠螺紋的磨損，進而將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的移動，因此在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，在數(shù)控裝置的控制下，可以實現(xiàn)控制Y方向滑塊沿Y方向做定向和定點移動；Z方向驅(qū)動裝置包括Z方向驅(qū)動電機，Z方向傳送帶，Z方向絲杠和Z方向?qū)к?，Z方向驅(qū)動電機設(shè)置在Z方向驅(qū)動輔助橫梁上，Z方向絲杠通過支座軸承安裝在底部支座前后面上，Z方向?qū)к壨瑯油ㄟ^支座軸承安裝在豎直支架的內(nèi)側(cè)，兩者都沿Z方向分布，呈中心對稱，在Z方向驅(qū)動電機與Z方向絲杠之間通過傳送帶連接，使得驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在數(shù)控裝置的控制下，可以使設(shè)置在Z方向絲杠和Z方向?qū)к壣系墓ぷ髌脚_沿Z方向做定向和定點的移動。

工作平臺包括平臺結(jié)構(gòu)邊框、待加工平面和Z方向滑塊，Z方向滑塊通過螺紋孔與Z方向絲杠配合在一起，在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，將Z方向絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為Z方向滑塊的移動，同時Z方向滑塊穿過Z方向?qū)к?，可以保證滑塊移動過程中的平緩與穩(wěn)定，平臺結(jié)構(gòu)邊框與Z方向滑塊設(shè)置在一起，可以保證結(jié)構(gòu)邊框會隨著Z方向滑塊的升降做同步升降，待加工平面設(shè)置在平臺結(jié)構(gòu)邊框上，通過調(diào)平螺栓與平臺結(jié)構(gòu)框架相連接，可以有效的保證待加工平面的水平，在平臺結(jié)構(gòu)框架的頂角還設(shè)置有四個限位開關(guān)，防止工作平臺在移動的過程中與結(jié)構(gòu)邊框或驅(qū)動裝置發(fā)生干涉，影響器械的正常使用。

數(shù)控裝置包括輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置，輸入裝置包括急停按鈕、操作按鈕和脫機加工數(shù)據(jù)接口，輸出裝置包括LCD顯示屏和輸出接口，急停按鈕、操作按鈕、LCD顯示屏和脫機加工數(shù)據(jù)接口設(shè)置在數(shù)控裝置的前面板，與數(shù)控裝置輔助橫梁以及豎直支架相連接， LCD顯示屏中能對加工過程中的當(dāng)前加工方式、加工預(yù)計時間、加工已用時間、3D打印噴頭溫度、激光加工路徑、數(shù)控加工形式、超聲加工狀態(tài)、電子束加工狀態(tài)、電火花加工狀態(tài)和等離子加工狀態(tài)等進行實時顯示，同時也可以實時反饋當(dāng)前機器工作狀態(tài)，當(dāng)在加工過程中發(fā)生緊急情況時，用戶可以通過啟動急停按鈕來達到保護設(shè)備以及保證人員安全的目的，操作按鈕主要用來選擇LCD顯示屏中的操作選項，可以實現(xiàn)對工作平臺的校準，發(fā)送起始命令以及脫機加工等一系列操作，脫機加工數(shù)據(jù)接口主要用于脫機加工時使用，將加工代碼事先編寫好存儲在SD卡中，通過脫機加工數(shù)據(jù)接口讀取加工代碼，直接實現(xiàn)對工件的加工，從而達到脫機加工的效果，大大提高了加工的效率，存儲器、控制器和運算器設(shè)置在數(shù)控裝置的背面板，控制器和運算器協(xié)同工作使得驅(qū)動電機實現(xiàn)規(guī)定運轉(zhuǎn)，有了面板的保護，可以有效的避免芯片及接口在使用過程中的破壞，數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的信息,并將其代碼加以識別、儲存和運算,并輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動驅(qū)動裝置,進而控制增減材多功能加工一體機的加工工作。

功能轉(zhuǎn)換裝置包括連接導(dǎo)軌和功能轉(zhuǎn)換支座，X方向連接導(dǎo)軌連接X方向滑塊，可以保證X方向連接導(dǎo)軌會隨著X方向滑塊的移動而移動，Y方向連接導(dǎo)軌連接Y方向滑塊，可以保證Y方向連接導(dǎo)軌會隨著Y方向滑塊的移動而移動，在X方向連接導(dǎo)軌和Y方向連接導(dǎo)軌的交匯處設(shè)置有功能轉(zhuǎn)換支座，從而將滑塊的移動傳遞到功能轉(zhuǎn)換支座上，在功能轉(zhuǎn)換支座上設(shè)置有電源接口、信息控制接口和夾緊卡槽，用來模塊化的更換加工裝置，可以模塊化更換的加工裝置包括3D打印裝置、激光加工裝置、數(shù)控加工裝置、超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置，在控制裝置和驅(qū)動裝置的協(xié)同作用下，功能轉(zhuǎn)換裝置將實現(xiàn)規(guī)定路徑的移動，從而使加工裝置也能實現(xiàn)橫向以及縱向的定點位移，達到對工件的加工要求，在功能轉(zhuǎn)換支座的四個表面設(shè)置限位開關(guān)，用以防止功能轉(zhuǎn)換裝置在快速移動中與結(jié)構(gòu)框架或驅(qū)動裝置間發(fā)生干涉，對儀器造成損傷，影響加工精度以及發(fā)生危險。

可以模塊化更換的加工裝置包括3D打印裝置、激光加工裝置、數(shù)控加工裝置、超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置。3D打印裝置包括加熱裝置和擠出裝置，3D打印裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得3D打印裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)3D打印加工作業(yè)；激光加工裝置包括激光發(fā)射頭，激光發(fā)射頭將高平行度、高能量密度的激光聚集到工件表面上來進行熱加工，激光光點的直徑可達1um以下，能進行非常細微的加工，可實現(xiàn)激光打孔、激光雕刻、激光切割、激光拋光和激光沖擊強化處理，激光加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得激光加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)激光加工作業(yè)；數(shù)控加工裝置包括數(shù)控加工主軸和加工刀具，數(shù)控加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，數(shù)控加工主軸的下端可以更換各種加工刀具，從而能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)銑、刨、鉆、磨、鏜孔、鉸孔、攻螺紋等數(shù)控加工作業(yè)；超聲加工裝置包括超聲發(fā)生裝置和超聲加工頭，超聲發(fā)生裝置發(fā)出頻率在20000Hz-50000Hz的機械波，由于超聲波頻率高、波長短，因此具有良好的方向性和穿透能力，超聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲頻電振蕩信號通過換能器轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l的機械振動，并驅(qū)動超聲加工頭做超聲振動，可以實現(xiàn)對工件的超聲切削加工、超聲磨削加工、超聲光整加工、超聲塑性加工和磨料沖擊加工，超聲加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得超聲加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)超聲加工作業(yè)；電子束加工裝置包括聚能電子發(fā)生器，利用聚能后的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極端的時間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鸩牧系木植咳诨驓饣?，可實現(xiàn)對工件的打孔、刻蝕、焊接和熱處理，電子束加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得電子束加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)電子束加工作業(yè)；電火花加工裝置包括電火花放電器，通過利用電火花放電器放電時產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，從而達到對工件加工的目的，主要用于沖模電火花加工、型腔模電火花加工、小孔電火花加工和異型孔電火花加工，電火花加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得電火花加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)電火花加工作業(yè)；等離子加工裝置包括等離子熱源和空氣壓縮器，通過壓縮空氣，同時以高溫高速的等離子弧為熱源，將被切割的金屬局部熔化，用高速氣流將已熔化的金屬吹走，從而形成狹窄切縫，等離子加工裝置可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等金屬材料切割，具有切割速度快、切縫狹窄、切口平整、熱影響區(qū)小和工件變形度低等優(yōu)點，等離子加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得等離子加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)等離子加工作業(yè)。

本發(fā)明裝置的優(yōu)點在于

1、該項目是設(shè)計制作一臺增減材多功能加工一體機，該裝置使用方便、加工高效、節(jié)省材料、經(jīng)濟性高；

2、該增減材多功能加工一體機可以根據(jù)客戶需求選擇其中一種、或者幾種合適的加工方式對小型工件進行快速建模、成型和精密加工；

3、該增減材多功能加工一體機可實現(xiàn)對工件進行一次性裝夾，即可以實現(xiàn)單工位的多工序加工，節(jié)省了定位、安裝、調(diào)試、中間轉(zhuǎn)運等輔助加工時間，并避免了重復(fù)裝夾的二次定位誤差，為復(fù)合型精密加工制造提供了一套切實可行的技術(shù)方案；

4、3D打印裝置、激光加工裝置、數(shù)控加工裝置、超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置可以模塊化的更換在功能轉(zhuǎn)換裝置上，當(dāng)改變加工方式時，降低了更換大型加工設(shè)備的成本，并可在功能轉(zhuǎn)換裝置上進行其它加工裝置功能擴展；

5、通過slic3r軟件，將STL文件轉(zhuǎn)化成Geode代碼，可對同一工件利用3D打印、激光雕刻、數(shù)控加工、超聲加工、電子束加工、電火花加工和等離子加工等功能進行協(xié)同加工；

6、可以事先編寫好加工代碼，通過脫機加工數(shù)據(jù)接口，利用操作按鈕和顯示裝置，調(diào)整裝置的狀態(tài)，直接進行脫機作業(yè)，大大提高了工件加工的效率。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖（1）；

圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖（2）；

圖3為本發(fā)明的上部局部示意圖；

圖4為本發(fā)明的底部局部示意圖；

圖5為工作平臺示意圖；

圖6為數(shù)控裝置示意圖；

圖7為功能轉(zhuǎn)換裝置示意圖；

圖8為可以模塊化更換的加工裝置示意圖；

圖中標號說明：

1：結(jié)構(gòu)框架，2:驅(qū)動裝置，3：工作平臺，4：數(shù)控裝置，5：功能轉(zhuǎn)換裝置

101：底部支座，102：豎直支架，103：上端橫梁，104：Y方向驅(qū)動輔助橫梁，105：數(shù)控裝置固定橫梁，106：Z方向驅(qū)動輔助橫梁

201：X方向驅(qū)動電機，202：X方向傳送帶，203：X方向絲杠，204：X方向?qū)к墸?05：X方向滑塊，206：Y方向驅(qū)動電機，207：Y方向傳送帶，208：Y方向絲杠，209：Y方向?qū)к墸?10：Y方向滑塊，211：Z方向驅(qū)動電機，212：Z方向傳送帶，213：Z方向絲杠，214：Z方向?qū)к?/p>

301：Z方向滑塊，302：平臺結(jié)構(gòu)邊框，303：待加工平面，304：限位開關(guān)

401：LCD顯示屏，402：急停按鈕，403：操作按鈕，404：脫機加工數(shù)據(jù)接口

501：X向連接導(dǎo)軌，502：Y向連接導(dǎo)軌，503：夾緊卡槽，504：信號控制接口，505：電源接口

601：裝置夾緊卡槽，602：裝置信息控制接口，603：裝置電源接口。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的增減材多功能加工一體機作進一步詳細說明，結(jié)合上面的說明書和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將會更加清楚。需要說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、清晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明提出的增減材多功能加工一體機包括結(jié)構(gòu)框架、驅(qū)動裝置、工作平臺、數(shù)控裝置、功能轉(zhuǎn)換裝置和可以模塊化更換的加工裝置。增減材多功能加工一體機的結(jié)構(gòu)框架大小為450mm*450mm*700mm，結(jié)構(gòu)框架包括底部支座、豎直支架、上端橫梁以及輔助橫梁，底部支座101包括3-6根450mm的型材，3-6根型材通過直角連接鍵相連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，放置在增減材多功能加工一體機底部構(gòu)成底部支座，上端橫梁103包括3-6根450mm的型材，3-6根型材通過直角連接鍵相連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，放置在增減材多功能加工一體機的頂部構(gòu)成上端橫梁，豎直支架102包括3-5根700mm的豎直支架，通過直角連接鍵連接上端橫梁和底部支座，共同構(gòu)成增減材多功能加工一體機的外部框架，在底部支座與上端橫梁的邊緣處設(shè)置有橡皮墊圈，防止邊緣尖銳誤傷，尤其是在底部框架的底面設(shè)置有彈性墊片，防止由于加工過程中的震動引起加工偏移，從而影響加工精度，輔助橫梁分為驅(qū)動輔助橫梁和數(shù)控裝置固定橫梁，包括Y方向驅(qū)動輔助橫梁104、Z方向驅(qū)動輔助橫梁106和數(shù)控裝置固定橫梁105，Y方向驅(qū)動輔助橫梁104設(shè)置在上端橫梁的背面，與豎直支架相連接，橫梁的兩端與框架間通過直角連接鍵相連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，用于固定Y方向驅(qū)動電機，Z方向驅(qū)動輔助橫梁106設(shè)置在底部支座上，與底部支座在同一水平面上，Z方向驅(qū)動輔助橫梁的兩端與底部支座間通過直角連接鍵連接，保證Z方向驅(qū)動電機的穩(wěn)定，數(shù)控裝置輔助橫梁105設(shè)置在上端橫梁的前表面，數(shù)控裝置輔助橫梁的兩端與框架間通過直角連接鍵連接，形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，可以保障數(shù)控裝置在加工過程中的穩(wěn)定。驅(qū)動裝置分為X方向驅(qū)動裝置，Y方向驅(qū)動裝置和Z方向驅(qū)動裝置，X方向驅(qū)動裝置包括X方向驅(qū)動電機201，X方向傳送帶202，X方向絲杠203，X方向?qū)к?04和X方向滑塊205，X方向驅(qū)動電機201安裝在上端橫梁的右端面上，X方向絲杠203分別通過支座軸承安裝在上端橫梁上，X方向?qū)к?04同樣通過支座軸承安裝在前后橫梁上，兩者都沿X方向分布，X方向驅(qū)動電機與X方向絲杠之間通過傳送帶相連接，使得驅(qū)動電機的動力能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在X方向絲杠和X方向?qū)к壣显O(shè)置有X方向滑塊205，滑塊通過螺紋孔與絲杠上的螺紋的形成配合關(guān)系，導(dǎo)軌可以支撐滑塊的重量，減少絲杠螺紋的磨損，進而將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的移動，因此在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，在數(shù)控裝置的控制下，可以實現(xiàn)控制X方向滑塊沿X方向做定向和定點滑動；Y方向驅(qū)動裝置包括Y方向驅(qū)動電機206，Y方向傳送帶207，Y方向絲杠208，Y方向?qū)к?09以及Y方向滑塊210，Y方向驅(qū)動電機206安裝在上端橫梁的右端面上，Y方向絲杠208分別通過支座軸承安裝在上端橫梁上，Y方向?qū)к?09同樣通過支座軸承安裝在前后橫梁上，兩者都沿Y方向分布，Y方向驅(qū)動電機與Y方向絲杠之間通過傳送帶相連接，使得驅(qū)動電機的動力能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在Y方向絲杠和Y方向?qū)к壣显O(shè)置有Y方向滑塊210，滑塊通過螺紋孔與絲杠上的螺紋的形成配合關(guān)系，導(dǎo)軌可以支撐滑塊的重量，減少絲杠螺紋的磨損，進而將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的移動，因此在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，在數(shù)控裝置的控制下，可以實現(xiàn)控制Y方向滑塊沿Y方向做定向和定點滑動；Z方向驅(qū)動裝置包括Z方向驅(qū)動電機211，Z方向傳送帶212，Z方向絲杠213以及Z方向?qū)к?14，Z方向驅(qū)動電機211設(shè)置在Z方向驅(qū)動輔助橫梁上，Z方向絲杠213通過支座軸承安裝在底部支座前后面上，Z方向?qū)к?14同樣通過支座軸承安裝在豎直支架的內(nèi)側(cè)，兩者都沿Z方向分布，呈中心對稱，在Z方向驅(qū)動電機與Z方向絲杠之間通過傳送帶連接，使得驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動能夠轉(zhuǎn)化為絲杠的轉(zhuǎn)動，在數(shù)控裝置的控制下，可以使設(shè)置在Z方向絲杠和Z方向?qū)к壣系墓ぷ髌脚_沿Z方向做定向和定點的移動。工作平臺包括平臺結(jié)構(gòu)邊框302、待加工平面303和Z方向滑塊301，Z方向滑塊301通過螺紋孔與Z方向絲杠213配合在一起，在驅(qū)動電機的驅(qū)動下，將Z方向絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為Z方向滑塊301的移動，同時Z方向滑塊穿過Z方向?qū)к?14，可以保證滑塊移動過程中的平緩與穩(wěn)定，平臺結(jié)構(gòu)邊框302與Z方向滑塊設(shè)置在一起，可以保證結(jié)構(gòu)邊框會隨著Z方向滑塊的升降做同步升降，待加工平面303設(shè)置在平臺結(jié)構(gòu)邊框上，通過待加工平面的調(diào)平螺栓與平臺結(jié)構(gòu)框架相連接，保證待加工平面的水平，待加工平面的Z方向移動的最大位移為600mm，在平臺結(jié)構(gòu)框架的頂角還設(shè)置有四個限位開關(guān)304，防止工作平臺在移動的過程中與結(jié)構(gòu)框或驅(qū)動裝置發(fā)生干涉，影響器械的正常使用。數(shù)控裝置包括輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置，輸入裝置包括急停按鈕402、操作按鈕403和脫機加工數(shù)據(jù)接口404，輸出裝置包括LCD顯示屏401和驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機，急停按鈕、操作按鈕、LCD顯示屏和脫機加工數(shù)據(jù)接口設(shè)置在數(shù)控裝置的前面板，與數(shù)控裝置固定橫梁以及豎直支架相連接，LCD顯示屏、急停按鈕、操作按鈕、脫機加工數(shù)據(jù)接口設(shè)置在數(shù)控裝置的前面板，面板的整體尺寸為30mm*50mm*2mm， LCD顯示屏401中能對加工過程中的當(dāng)前加工方式、加工預(yù)計時間、加工已用時間、3D打印噴頭溫度、激光加工路徑、數(shù)控加工形式、超聲加工狀態(tài)、電子束加工狀態(tài)、電火花加工狀態(tài)和等離子加工狀態(tài)等進行實時顯示，可以實時反饋當(dāng)前機器工作狀態(tài)，在加工過程中發(fā)生緊急情況時，用戶可以通過啟動急停按鈕402來達到保護設(shè)備以及保證人員安全的目的，操作按鈕403主要用來選擇LCD顯示屏中的操作選項，可以實現(xiàn)對工作平臺的水平校準，發(fā)送起始命令以及脫機加工等一系列操作，脫機加工數(shù)據(jù)接口404主要用于脫機加工時使用，將加工代碼事先編寫好存儲在SD卡中，通過脫機加工數(shù)據(jù)接口讀取加工代碼，直接對工件進行加工，實現(xiàn)脫機作業(yè)，大大提高了加工的效率，驅(qū)動電路采用電機驅(qū)動芯片，電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，并實現(xiàn)驅(qū)動電流可調(diào)節(jié)、電機的正反轉(zhuǎn)功能，電子部分采用基于Mega2560的AVR處理器的一體化控制板，Atmega2560 作為主控芯片，配合高性能USB芯片ATmega16u2，達到可以兼容所有RAMPS相關(guān)固件，可以使用個人計算機通過USB線連接來控制增減材多功能加工一體機或者直接由USB接口連接U盤，進行固件升級、參數(shù)配置，簡單易用，CNC控制系統(tǒng)利用嵌入式軟件，能解析主流數(shù)控軟件產(chǎn)生的數(shù)控代碼，進行零件的加工,同時有了面板的保護，可以有效的避免芯片及接口在使用過程中的破壞，數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的信息,并將其代碼加以識別、儲存和運算,并輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動驅(qū)動裝置,進而控制增減材多功能加工一體機的工作。功能轉(zhuǎn)換裝置包括連接導(dǎo)軌和功能轉(zhuǎn)換支座，X方向連接導(dǎo)軌501連接X方向滑塊205，可以保證X方向連接導(dǎo)軌會隨著X方向滑塊的移動而移動，Y方向連接導(dǎo)軌502連接Y方向滑塊210，可以保證Y方向連接導(dǎo)軌會隨著Y方向滑塊的移動而移動，在X方向連接導(dǎo)軌和Y方向連接導(dǎo)軌的交匯處設(shè)置有功能轉(zhuǎn)換支座504，從而將滑塊的移動傳遞到功能轉(zhuǎn)換支座上，在功能轉(zhuǎn)換支座上設(shè)置有夾緊卡槽503、信息控制接口504和電源接口505，用于模塊化的更換加工裝置，可以模塊化更換的加工裝置包括3D打印裝置、激光加工裝置、數(shù)控加工裝置、超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置，在數(shù)控裝置的控制下，功能轉(zhuǎn)換裝置將實現(xiàn)規(guī)定路徑的移動，從而使加工裝置也能實現(xiàn)橫向以及縱向的定點位移，達到對工件的加工要求，在轉(zhuǎn)換裝置的四個表面設(shè)置有四個限位開關(guān)，用以防止功能轉(zhuǎn)換裝置在快速移動中與結(jié)構(gòu)框架或驅(qū)動裝置間發(fā)生干涉，造成對儀器的損傷，影響加工精度以及發(fā)生危險。模塊化更換的加工裝置主要包括3D打印裝置、激光加工裝置、數(shù)控加工裝置、超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置，模塊化更換的加工裝置的裝置夾緊卡槽601與功能轉(zhuǎn)換裝置的夾緊卡槽503形成配合，用以固定不同的加工裝置，通過裝置信息控制接口602可以實現(xiàn)對裝置的信息傳遞，完成特定加工作業(yè)要求，裝置電源接口603可以對超聲加工裝置、電子束加工裝置、電火花加工裝置和等離子加工裝置實現(xiàn)特定的電源供電，完成對工件的加工。

實施例1

3D打印裝置包括加熱裝置和擠出裝置，3D打印裝置的通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得3D打印裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)3D打印加工作業(yè)，3D打印裝置的噴嘴材料為黃銅，噴嘴直徑有0.2mm-0.5mm可供選擇，支持PLA、ABS、尼龍等耗材，打印時打印噴頭溫度設(shè)置為210℃-230℃之間，打印尺寸最大直徑為280mm，高度350mm，打印層厚為0.1mm-0.3mm，打印速度為10-300mm/s，熱床溫度為110℃-120℃，用戶可以將設(shè)計的零件轉(zhuǎn)換成STL格式進行打印，可以打印結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的零部件，同時通過增材技術(shù)可使單件試件、小批量生產(chǎn)零件的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)，且通過3D打印打印出來的零件在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和連接強度方面都要遠遠高于傳統(tǒng)加工方法。

實施例2

激光加工裝置包括激光發(fā)射頭，激光發(fā)射頭將高平行度、高能量密度的激光聚集到工件表面上來進行熱加工，激光光點的直徑可達1um以下，因此能進行非常細微的加工，可實現(xiàn)激光打孔、激光雕刻、激光切割、激光拋光和激光沖擊強化處理，激光加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，使得激光加工裝置能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)激光加工作業(yè)，激光加工裝置所用的激光波長為445nm（藍光），激光功率有300mw、500mw、1000mw、1600mw可供選擇，光束和光斑直徑小，一般小于0.5mm，透鏡采用專用光學(xué)鍍膜玻璃，激光速度為0.1-0.5m/s, 加工精度可達到0.02mm，最大加工深度為10mm，激光加工采用非接觸式加工的方法，不會對材料造成機械擠壓或機械應(yīng)力，因此沒有“刀痕”，不傷害加工件的表面，不會使材料發(fā)生變形。

實施例3

數(shù)控加工裝置包括數(shù)控加工主軸和加工刀具，數(shù)控加工裝置通過夾緊卡槽牢固的固定在功能轉(zhuǎn)換支座上，通過電源接口實現(xiàn)供電需求，通過信息控制接口實現(xiàn)信息傳遞，數(shù)控加工主軸的下端可以更換各種加工刀具，配備有加工刀具15把，從而能夠按照相應(yīng)的指令實現(xiàn)銑、鉆、磨、鏜孔、鉸孔、攻螺紋等數(shù)控加工作業(yè)，數(shù)控加工裝置的主軸轉(zhuǎn)速300-500r/min,立銑最大直徑10mm，主軸錐孔為BT4-15mm，可加工孔的直徑為2-10mm，定位精度可達300mm/+0.075mm，可實現(xiàn)多種加工作業(yè)，點位控制功能主要用于對工件的孔加工，如中心定位、鉆孔、絞孔、鏜孔等孔類加工，連續(xù)加工功能則是對加工部件進行平面和曲面的加工，加工圓度≤0.03mm，工件加工質(zhì)量穩(wěn)定，具有較高的精度。

實施例4

超聲加工裝置包括超聲發(fā)生裝置和超聲加工頭，超聲發(fā)生裝置發(fā)出頻率在20000Hz-50000Hz的機械波，超聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲頻電振蕩信號通過換能器轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l的機械振動，振幅為0.05～0.1mm，并驅(qū)動超聲加工頭做超聲振動，以極高的速度沖擊工件表面，工件材料在磨料打擊下被破壞、脫落，超聲波加工是機械撞擊、拋磨、空化作用的綜合結(jié)果，可以實現(xiàn)對工件的超聲磨削加工、超聲光整加工、超聲塑性加工和磨料沖擊加工，加工工件表面粗糙度Ra值為0.4～0.8μm，加工工件圓度可達0.035mm，加工工件尺寸精度可達IT6，直線度可達0.01mm，經(jīng)過超聲光整加工后的工件表面組織重新納米化排列，工件表面粗造度提高，當(dāng)工件加工完后，可塑性又恢復(fù)，工件疲勞強度、疲勞壽命、抗腐蝕性大幅度提高，且無開裂、分層等現(xiàn)象。

實施例5

電子束加工裝置包括聚能電子發(fā)生器，利用聚能后的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極端的時間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，引起材料的局部融化或氣化，可實現(xiàn)對工件的打孔、刻蝕、焊接和熱處理，電子束焊接的定位精度為±0.02mm，電源電壓規(guī)格為220V/單相/50Hz，電流為10A，焊接深度可在0.05-10mm范圍內(nèi)精確控制，在高功率焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1，利用電子束焊接工件熱影響區(qū)小，焊接速度快，可精確控制，聚焦光點小，可高精度定位，易實現(xiàn)自動化且焊縫表面光亮美觀，無氧化現(xiàn)象。

實施例6

電火花加工裝置包括電火花放電器，通過電火花放電器放電時產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，達到對工件加工的目的，主要用于沖模電火花加工、型腔模電火花加工、小孔電火花加工和異型孔電火花加工，電火花加工裝置的最大加工速度可達220mm/min，最大切割厚度為60mm，最大加工電流為8A，電極絲直徑范圍為Ф0.10-Ф0.22mm，加工精度為±0.015mm，最大切割斜度為±3°，錐度為±3°，表面粗糙度≦2.5um，電火花加工無切削力，電火花加工是電能轉(zhuǎn)換為熱能的加工，加工電極與工件之間保持0.02～0.3mm的距離，因此不受切削力的影響，在加工薄壁、微細型腔工件時能達到微米級的精度和很高的表面質(zhì)量，最高表面質(zhì)量能達到Ra=0.1μm的鏡面，且電火花加工適合加工各種導(dǎo)電材料，加工的效率高，成本低。

實施例7

等離子加工裝置包括等離子熱源和空氣壓縮器，通過壓縮空氣，同時以高溫高速的等離子弧為熱源，空載電壓一般為120-600V，將被切割的金屬局部熔化，用高速氣流將已熔化的金屬吹走，從而形成狹窄切縫，等離子加工裝置可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等金屬材料切割，速度可達氧切割法的5-6倍，等離子切割的輸入電壓/頻率為200V/50Hz,等離子切割電流為100A，切割厚度為1-18mm，最高切割速度可達6000mm/min,定位精度可達±0.3mm，常用等離子弧工作氣體有氬、氫、氮、氧、空氣、水蒸氣以及某些混合氣體，等離子切割的切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)，具等離子切割具有切割速度快、切縫狹窄、切口平整、熱影響區(qū)小和工件變形度低等優(yōu)點。

加工作業(yè)時用戶可以根據(jù)需求選擇其中一種或者幾種合適的加工方式對小型零件進行快速建模、成型和精密加工，為復(fù)合型精密加工制造提供了一套切實可行的技術(shù)方案，增減材多功能加工一體機使用方便、加工高效、節(jié)省材料、具有很高的經(jīng)濟性。