選區(qū)激光熔化技術（SLM）與數(shù)控加工（CNC）混合加工融合了金屬增材制造與減材制造的優(yōu)勢,是制造小尺寸復雜零件的一種有效手段。SLM機床能直接成形一些復雜結構的小尺寸零件,CNC機床能機加工出表面質(zhì)量高,精度高的零件,兩者形成一定的優(yōu)勢互補。但是小尺寸復雜零件的夾具制造困難,夾持定位面尺寸較小,且自由曲面較多,裝夾難以實現(xiàn)。本文提出了在不去除SLM基板與支撐的前提下,利用支撐連接基板與SLM成形件的強度定位緊固SLM成形件,直接在CNC上定位加工,以保持機床、刀具、零件的相對位置。本文通過SLM與CNC混合加工預實驗研究,分析了SLM與CNC混合加工中出現(xiàn)的問題,主要研究內(nèi)容如下:（1）微小零件在SLM成形過程中,刮刀鋪粉會產(chǎn)生刮力,使個別SLM成形件的位置發(fā)生偏移與扭轉。本文搭建了一套視覺檢測系統(tǒng)裝置,利用機器視覺檢測SLM成形件,能夠檢測出不符合要求的偏轉零件,以確保SLM成形件的位置精度能滿足機加工要求。（2）針對SLM工作坐標系轉換為CNC機加工工作坐標系的問題,在SLM中設計了定位工件塊,通過試切法矯正了SLM成形件的機加工工作坐標系。檢測所得的數(shù)據(jù)表明X/Y軸機加工工作坐標... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

D打印原理圖

浙江工業(yè)大學碩士學位論文（專業(yè)型）2區(qū)域由于刀具干涉的原因難以加工；另一方面，由于刀具干涉，限制了零件的結構設計，無法實現(xiàn)零件的最佳性能[5]。對于一些有薄壁區(qū)域或者彎曲曲面的小尺寸個性化的零件，傳統(tǒng)的數(shù)控加工會因為刀具干涉而無法加工，而采用粉末冶金或熔模鑄造制造此類零件，會存在脫模困難、局部區(qū)域無法制造等問題。如圖1-2所示。圖1-2難加工零部件[5]Figure1-2.Hardtomanufactureparts最近幾年增減材混合加工方法逐漸成為熱點研究技術。通過增減材混合加工技術制造出的小尺寸個性化的零件，能得到較高表面質(zhì)量和精度。3D打印技術出現(xiàn)于上世紀80年代，但是由于可用于3D打印的材料種類較少，其發(fā)展較為緩慢。到了90年代，可以使用塑料、金屬、紙漿、陶瓷和蠟等材料進行3D打印，二十一世紀初，3D打印技術擴展到醫(yī)藥、牙醫(yī)和珠寶制造等專業(yè)，同時，一些新的塑料打印材料也被研發(fā)出來。其中金屬3D打印技術作為3D打印技術體系中最為前沿和最具潛力的技術，對于金屬結構件具有革命性影響。國外對于金屬3D打印技術的研究起源于20世紀90年代，如德國Fraunhofer研究所研發(fā)了選區(qū)激光熔化技術（SLM）[6]。我國對金屬3D打印也做了相關的研究，北京航空航天大學王華明團隊利用激光3D打印技術制造出飛機鈦合金大型主要承載力的部件[7]。朱偉軍等提出基于3D打印技術的實用化飛機風洞模型的設計與制造方法[8]。西北工業(yè)大學黃衛(wèi)東團隊利用激光立體成形金屬生產(chǎn)了國產(chǎn)大飛機C919的中央翼緣條，經(jīng)過檢測該部件滿足使用要求[9]�，F(xiàn)有減材制造技術主要為銑削加工，其研究已經(jīng)非常多了，也是現(xiàn)如今主流的機械加工方法。目前增減材混合加工技術的研究大多集中于如何在同一技工平臺上有效融合增材和減材技術，且技術已經(jīng)比較成

小尺寸復雜零件SLM與CNC混合加工工藝研究9產(chǎn)生變形。專有夾具難以制造，對于尺寸較小且個性化程度較高的零件，在對其去除支撐后進行CNC加工會發(fā)現(xiàn)由于其個性化程度高、尺寸小，專有夾具難以制造，且成本較高，不利于節(jié)約成本。如圖1-3所示，圖中的紅色方框中為形狀不規(guī)則的零件，在孔的位置有配合要求，需要通過CNC加工才能達到使用要求，由于其尺寸孝形狀不規(guī)則難以制造專有夾具定位緊固。圖1-3難以脫模以及難定位零件Figure1-3.Difficulttoremovemoldsandpositionedparts（3）微小零件的切削問題：CNC加工過程中切削力難以控制，一般的CNC加工的對象為尺寸適中或者大尺寸的零件，針對于小尺寸零件機加工參數(shù)優(yōu)化研究較少，尤其是針對于SLM成形的小尺寸零件的機加工參數(shù)優(yōu)化研究也較少。綜上所述，現(xiàn)有的SLM與CNC混合加工工藝研究較少，特別是針對小尺寸復雜零件的SLM與CNC混合加工工藝的研究所出現(xiàn)的以上3種問題。1.3選題的意義及目的如圖1-4所示，這些零件都是不規(guī)則的小尺寸零件，且有些零件有薄壁區(qū)域，此類零件都可以通過粉末冶金或者熔模鑄造制造，但是其模具制造難度高，且脫模困難，單個零件成本高。相對于粉末冶金或者熔模鑄造，通過SLM成形制造技術成形此類零件就可以降低其生產(chǎn)成本，且成形較好，適合小批量生產(chǎn)制造。但是對于局部有緊密配合精度要求的區(qū)域，SLM成形件難以達到其精度要求，就需要后續(xù)的機加工使其能達到配合精度要求。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于視覺的金屬成形工件尺寸和缺陷檢測[J]. 付澤民,王佳煒,張鎖懷,喬濤濤.  工具技術. 2019(02)
[2]面向齒廓偏差等精密檢測的機器視覺關鍵技術[J]. 葛動元,姚錫凡,向文江,汪海志,劉敏,溫學軍.  機械傳動. 2019(02)
[3]金屬增材制造技術的研究現(xiàn)狀[J]. 劉勇,任香會,常云龍,高世一,董春林.  熱加工工藝. 2018(19)
[4]基于DMG MORI LASERTEC 65 3D加工中心的不銹鋼粉末激光沉積增/減材復合制造[J]. 張軍濤,張偉,李宇佳,胡松浩,黃松海,何天運,劉詠.  粉末冶金材料科學與工程. 2018(04)
[5]金屬零件3D打印技術研究進展[J]. 趙高升,劉秀軍,張志明,張慶印.  化工新型材料. 2018(08)
[6]激光選區(qū)熔化增材與機加工復合制造AISI 420不銹鋼:表面粗糙度與殘余應力演變規(guī)律研究[J]. 章媛潔,宋波,趙曉,張李超,魏青松,史玉升.  機械工程學報. 2018(13)
[7]選區(qū)激光熔化成形質(zhì)量研究[J]. 蘭芳,梁艷娟,黃斌斌.  裝備制造技術. 2018(05)
[8]淺析金屬3D打印技術的優(yōu)勢及問題[J]. 邵珠強,胡增榮,郭紹雄,馬麗秋,李悅.  南方農(nóng)機. 2018(07)
[9]增減材復合機床在北一誕生,可實現(xiàn)復雜零部件的加工和修復[J].   中國機電工業(yè). 2018(01)
[10]高性能金屬構件的激光增材制造[J]. 林鑫,黃衛(wèi)東.  中國科學:信息科學. 2015(09)

碩士論文
[1]基于機器視覺工件尺寸測量方法研究[D]. 謝家欣.長春工業(yè)大學 2018
[2]SLM制件的成型與機加工后處理的相關工藝研究[D]. 茅杰輝.浙江工業(yè)大學 2018
[3]選區(qū)激光熔化成型零件的支撐設計研究[D]. 張煥杰.浙江工業(yè)大學 2018
[4]增減材復合制造鈦合金銑削特性研究[D]. 李帥.大連理工大學 2018
[5]基于機器視覺的金屬手機外殼尺寸測量與表面典型缺陷檢測研究[D]. 馮鍇.華南理工大學 2018
[6]復雜結構件增減材混合加工方法[D]. 李仲宇.南京航空航天大學 2018
[7]不銹鋼和鈦合金選區(qū)激光熔化成形工藝與性能研究[D]. 王沛.西安理工大學 2017
[8]金屬選區(qū)激光熔化增材制造工藝數(shù)據(jù)庫及工藝試驗研究[D]. 喬樹雷.湖南大學 2017
[9]基于SLM的個性化舌側正畸矯治器設計與制備技術[D]. 鄭曉東.浙江工業(yè)大學 2017
[10]激光增材制造不銹鋼的力學性能和銑削性能研究[D]. 郭鵬.山東大學 2017



本文編號：2983511