Обрабатывающий станок

Обрабатывающий станок, приспособленный для подвода источника энергии через обрабатывающую головку на обрабатываемую деталь. Обрабатывающий станок имеет зажимное устройство, приспособленное для временного размещения обрабатывающей головки или другой механообрабатывающей или обрабатывающей головки для обработки обрабатываемой детали. Обрабатывающая головка содержит одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для направления источника энергии на обрабатываемую деталь, и стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки, приспособленный для подключения к нему одной или нескольких рабочих сред, которые при применении подаются к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали. Стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки обеспечивает возможность подачи одной или нескольких рабочих сред к обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка соединена с зажимным устройством. Обрабатывающий станок содержит также по меньшей мере одно устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки так, что при соединении двух коллекторов-распределителей рабочая среда или каждая рабочая среда подается к обрабатывающей головке. 6 н. и 34 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к обрабатывающему станку, или к станку другого типа, который приспособлен для подведения через обрабатывающую головку к обрабатываемой детали по меньшей мере одного из источника энергии и рабочей среды. Этот обрабатывающий станок можно, в частности, но не исключительно, назвать комбинированным обрабатывающим станком. В частности, но не исключительно, изобретение может относиться к системе для нанесения покрытий, предназначенной для осаждения материала на поверхность обрабатываемой детали с добавлением или без добавления источника энергии к осаждаемому материалу.

Кроме того, настоящее изобретение относится к обрабатывающему станку, предназначенному для осаждения материала через обрабатывающую головку на поверхность обрабатываемой детали.

Предпосылки создания изобретения

В прошлом обрабатывающие станки применялись для удаления материала из обрабатываемой детали посредством так называемой механической обработки, и в число таких станков входят фрезерные и подобные им станки, которые часто представляют собой станки с управлением от компьютера или с числовым программным управлением (ЧПУ) типа CNC. Теперь, в связи с развитием техники, становится возможным применение таких станков для выполнения других функций, таких как другие виды удаления материала (ультразвуковой, лазерный и т.п.), сварка и осаждение материала (как, например, лазерное напыление, наплавка твердым сплавом, осаждение направленным энергетическим воздействием, послойное аддитивное наращивание и т.д.).

Известно, что имеются устройства, с помощью которых можно изготовить обрабатывающие головки, пригодные для встраивания в существующие обрабатывающие станки, такие как многокоординатные фрезерные станки с ЧПУ типа CNC. Однако такие известные обрабатывающие головки не являются столь подходящими, как это может потребоваться.

Из уровня техники известно применение для обработки материалов роботов, как, например, манипуляторов и т.п. Возможно, происходит процесс сведения воедино области манипуляторов и обрабатывающих станков, но в настоящее время они различаются. Например, манипуляторы не такие же жесткие или точные из-за их более высокой подвижности и гибкости, в результате чего для тяжелых режимов механической обработки в большинстве случаев их выбирают не в первую очередь.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно первой особенности изобретения предлагается обрабатывающий станок, приспособленный для подведения источника энергии через обрабатывающую головку к обрабатываемой детали, при этом обрабатывающий станок может быть снабжен зажимным устройством, приспособленным для временного размещения обрабатывающей головки или другой механообрабатывающей или обрабатывающей головки. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая особенность может относиться не к обрабатывающему станку, а к манипулятору или аналогичному устройству.

Обрабатывающий станок может быть приспособлен для обработки обрабатываемой детали.

Зажимное устройство, как правило, размещено в переднем конце шпинделя. Кроме того, обрабатывающий станок, как правило, имеет ось, которая проходит через обрабатывающую головку, когда она соединена с зажимным устройством, и вокруг которой может двигаться обрабатывающая головка.

Обрабатывающая головка может содержать одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для направления источника энергии на обрабатываемую деталь.

Обрабатывающая головка может также содержать стыковочный коллектор-распределитель, предназначенный для подведения к ней одной или нескольких рабочих сред, которые при применении подаются к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали.

Стыковочная коллектор-распределитель может обеспечивать возможность подачи к обрабатывающей головке одной или нескольких сред, когда обрабатывающая головка соединена с зажимным устройством.

Предпочтительно обрабатывающий станок содержит также по меньшей мере одно устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, что, когда два коллектора-распределителя соединены, среды или каждая среда подаются к обрабатывающей головке.

Стыковочный коллектор-распределитель питателя может быть приспособлен для обеспечения возможности передачи источника энергии в обрабатывающую головку.

В большинстве случаев варианты осуществления изобретения обеспечивают возможность передачи источника энергии через стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки сразу после соединения двух коллекторов-распределителей. Преимущество таких вариантов осуществления изобретения состоит в том, что они обеспечивают возможность подключения источника энергии, когда коллекторы-распределители сведены вместе.

В других вариантах осуществления изобретения источник энергии может передаваться вдоль оси обрабатывающего станка. Эта ось может быть соосной с осью зажимного устройства. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что это направление вдоль оси шпинделя обрабатывающего станка и может предусматривать его направление через полый шпиндель.

В вариантах осуществления изобретения могут быть предусмотрены каналы внутри стыковочного коллектора-распределителя, предназначенные для подачи по меньшей мере одной из охлаждающей рабочей среды, предназначенной для охлаждения каждого направляющего устройства внутри обрабатывающей головки, обрабатываемой рабочей среды, предназначенной для обработки при эксплуатации источником энергии, и защитной среды. Для удобства каждая из охлаждающей, защитной или обрабатываемой рабочих сред могут упоминаться просто как рабочая среда. К тому же такие варианты осуществления изобретения имеют преимущество, заключающееся в удобстве подачи при применении рабочей среды или каждой рабочей среды сразу после соединения коллекторов-распределителей.

Специалистам в области техники должно быть понятно, что при воздействии на выбранные материалы энергией и/или температурой желательно, чтобы окружающая среда была инертной. Это может быть осуществлено посредством подвода защитного газа (то есть защитной среды) локально, как, например, через обрабатывающую головку. В соответствии с другим вариантом, это воздействие может быть осуществлено внутри камеры, окружающей обрабатывающий станок или по меньшей мере часть обрабатывающего станка, которая поддерживает вакуум или, как альтернатива, инертную окружающую среду.

Во многих вариантах осуществления изобретения предусмотрено центрирующее устройство, предназначенное для совмещения по меньшей мере одного из источников рабочей среды и источника энергии с каналами внутри стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки. Очевидно, что часто требуется точное совмещение источников энергии для того, чтобы они были правильно сфокусированы при применении, и введение центрирующего устройства обеспечивает правильное совмещение подключенного источника энергии, когда два коллектора-распределителя соединяются.

В некоторых вариантах осуществления изобретения центрирующее устройство представлено, по меньшей мере частично, по существу планарной поверхностью.

Предпочтительно имеется корпус, соединенный со стыковочным коллектором-распределителем питателя. Корпус может вмещать направляющие устройства для источника энергии. В одном варианте осуществления изобретения корпус вмещает расширитель луча, предназначенный для расширения лазерного луча. Расположение по меньшей мере какого-либо направляющего устройства за пределами обрабатывающей головки может способствовать предоставлению для них не столь неблагоприятных условий окружающей среды, как условия окружающей среды внутри обрабатывающей головки. Специалистам должно быть понятно, что некоторые из направляющих устройств являются относительно хрупкими.

Варианты осуществления изобретения, как правило, приспособлены для фокусировки, при применении, источника энергии на область, находящуюся на одной прямой с продольной осью обрабатывающей головки. Преимущество такого устройства состоит в том, что оно упрощает программирование обрабатывающего станка, поскольку нет необходимости учитывать смещение нескольких осей, и делает его меньше, так как для рабочей зоны не требуется учет смещения. Специалисту должно быть понятно, что при наличии смещения фокусировки источника энергии от оси значительно увеличивается рабочая зона, необходимая для обработки объекта, так как для учета смещения требуются дополнительные сдвиги.

В вариантах осуществления изобретения может применяться по меньшей мере один из следующих источников энергии: лазерный луч, электронный луч, электрическая дуга, плазма, микроволны, мазерные лучи, сфокусированное электромагнитное излучение или акустические волны (включая ультразвуковые волны) и т.п. Электромагнитное излучение может быть представлено любым из следующих видов излучения: рентгеновские лучи, микроволны, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение и т.п.

Направляющее устройство, размещенное внутри обрабатывающей головки и/или внутри корпуса, может содержать любое из следующего: один или несколько линз, зеркала, призмы, дифракционные решетки, расширители луча, пространственные модуляторы света, оптические устройства, устройство электрической связи, проводящие каналы для рабочих сред, устройство индуктивной связи, компоненты для управления лучом, генераторы возбуждения для управления лучом, микроэлектромеханические системы, микрозеркальные устройства, защитные компоненты, такие как защита от электромагнитных помех (ЭМП), включая коаксиальный кабель, и т.п. Однако предпочтительно, чтобы обрабатывающая головка была более надежна в эксплуатации и содержала меньше компонентов.

В частности, в некоторых вариантах осуществления изобретения, обрабатывающая головка может содержать линзу и отражатель.

Обрабатывающий станок при применении может быть предназначен для обеспечения подачи по меньшей мере одного из следующего: металла, полимера или керамического материала, как правило, в порошкообразной или нитевидной форме; охлаждающей или обрабатывающей текучих сред; газов; обрабатывающей текучей среды и т.п.

Предпочтительно под действием контроллера обрабатывающего станка в обрабатывающем станке замена обрабатывающей головки в зажимном устройстве осуществляется автоматически или по меньшей мере полуавтоматически. Специалисту должно быть понятно, что термин «контроллер обрабатывающего станка» распространяется как на контроллеры, встроенные в обрабатывающий станок, так и на контроллеры, интегрированные в информационную сеть или иначе связанные с обрабатывающим станком.

Очевидно, что термин «обрабатывающий станок» употребляется в данном документе применительно к станку в целом. Описаны сменные головки, и к механообрабатывающим головкам отнесены обычные фрезерные и механообрабатывающие головки, иногда называемые режущими инструментами или резцами. Описанные в данной заявке альтернативные головки, обозначенные термином «обрабатывающие головки», применяются для обработки обрабатываемой детали, которая может включать направление энергии к обрабатываемой детали, или направление рабочей среды и энергии к обрабатываемой детали, или нанесение/осаждение рабочей среды на обрабатываемую деталь.

Специалисту должно быть понятно, что, хотя изобретение описано применительно к обрабатывающему станку, предполагается возможность модификации роботов или другого оборудования для аддитивного послойного наращивания с использованием замены инструментов и/или станций стыковки. Такое модифицированное оборудование может рассматриваться как аналогичное обрабатывающим станкам, модифицированным указанным образом.

Согласно второй особенности изобретения предлагается комплект, содержащий обрабатывающую головку в комбинации со стыковочным коллектором-распределителем питателя, в котором обрабатывающая головка при применении соединяется с зажимным устройством обрабатывающего станка или аналогичного оборудования и дополнительно содержит по меньшей мере что-либо из следующего:

a) одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для фокусировки источника энергии на обрабатываемой детали;

b) стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки, приспособленный для подключения к нему одной или нескольких рабочих сред, при применении подаваемых к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали; и

c) стыковочный коллектор-распределитель питателя содержит устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки так, что, когда два коллектора-распределителя соединены, рабочая среда при применении подается к обрабатывающей головке.

В вариантах осуществления изобретения стыковочный коллектор-распределитель может обеспечивать возможность передачи источника энергии в обрабатывающую головку. Предпочтительно, стыковочный коллектор-распределитель питателя соединен с корпусом.

В вариантах осуществления изобретения, как правило, в стыковочном коллекторе-распределителе обрабатывающей головки предусмотрено наличие каналов, предназначенных для подачи по меньшей мере одной из охлаждающей рабочей среды, предназначенной для охлаждения направляющего устройства или каждого направляющего устройства внутри обрабатывающей головки, и обрабатываемой источником энергии рабочей среды, подлежащей при применении обработке источником энергии. Между двумя коллекторами-распределителями могут также передаваться другие текучие среды и/или рабочие среды, которые упомянуты в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в дополнение к направляющему устройству внутри обрабатывающей головки могут быть предусмотрены другие направляющие устройства, которые могут быть связаны со стыковочным коллектором-распределителем питателя.

По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено наличие по меньшей мере одного направляющего устройства (направляющего устройства внутри обрабатывающей головки и/или направляющего устройства в ней, являющегося дополнительным), так что рабочая среда, обрабатываемая источником энергии, может плавиться по выбору внутри обрабатывающей головки или за пределами обрабатывающей головки.

В альтернативных или дополнительных вариантах осуществления изобретения в состав комплекта может входить ряд обрабатывающих головок, каждая из которых приспособлена для фокусировки источника энергии иначе, чем другие обрабатывающие головки, входящие в состав комплекта. Например, первая обрабатывающая головка может быть приспособлена для расплавления рабочей среды, обрабатываемой источником энергии, внутри обрабатывающей головки. Вторая обрабатывающая головка может быть приспособлена для расплавления рабочей среды, обрабатываемой источником энергии, за пределами обрабатывающей головки.

Предпочтительно стыковочный коллектор-распределитель содержит центрирующее устройство, предназначенное для совмещения источников рабочей среды внутри стыковочного коллектора-распределителя питателя с каналами внутри стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено наличие стыковочного манипулятора, который приспособлен для соединения головки с зажимным устройством. Затем манипулятор может быть отведен назад в местоположение хранения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть несколько стыковочных манипуляторов. Дополнительно или в соответствии с другим вариантом может быть предусмотрено наличие нескольких устройств смены инструмента.

Как правило, центрирующее устройство приспособлено для соединения с ним при применении корпуса, приспособленного для передачи источника энергии в обрабатывающую головку.

Корпус может быть приспособлен для размещения в нем еще одного направляющего устройства в дополнение к направляющему устройству, размещенному внутри обрабатывающей головки.

Варианты осуществления изобретения, как правило, будут обеспечивать фокусировку источника энергии на точке или области, находящихся на одной прямой с продольной осью обрабатывающей головки.

Согласно третьей особенности изобретения предлагается способ присоединения обрабатывающей головки, приспособленной для фокусировки источника энергии на обрабатываемой детали, при этом указанный способ включает:

a) осуществление обрабатывающим станком или аналогичным оборудованием выбора обрабатывающей головки из местоположения хранения и введения обрабатывающей головки в зажимное устройство обрабатывающего станка; и

b) приведение в действие устройства, приспособленного для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения со стыковочным коллектором-распределителем обрабатывающей головки;

c) причем соединение стыковочного коллектора-распределителя питателя и стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки обеспечивает подачу одного или нескольких источников рабочей среды к обрабатывающей головке так, что при применении может осуществляться подача рабочей среды или каждой рабочей среды.

Способ может дополнительно включать последовательность операций в обратном порядке по замене обрабатывающей головки в пределах зоны хранения обрабатывающего станка.

Согласно четвертой особенности изобретения предлагается способ восстановления детали, включающий по меньшей мере один из следующих этапов:

a) обеспечение выбора обрабатывающим станком обрабатывающей головки;

b) обеспечение подключения обрабатывающим станком источника рабочей среды к обрабатывающей головке;

c) обеспечение выполнения обрабатывающим станком дополнительного этапа обработки, при котором к детали добавляют материал;

d) обеспечение замены обрабатывающим станком обрабатывающей головки в пределах зоны хранения;

e) обеспечения выбора обрабатывающим станком обрабатывающей головки из зоны хранения;

f) обеспечение удаления обрабатывающим станком материала по меньшей мере из материала, который добавляют к восстанавливаемой детали; и

g) факультативно выбор альтернативной механообрабатывающей, обрабатывающей или контрольной головки (такой как щуп) и контроль или обработка обрабатываемой детали.

Обрабатывающая головка может представлять собой обрабатывающую головку в соответствии с любой из вышеупомянутых особенностей изобретения.

Способ по пунктам а и b может представлять собой способ согласно третьей особенности изобретения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения могут быть также предусмотрено наличие соединений для электрических, оптических и механических соединений между обрабатывающей головкой и обрабатывающим станком. Такие соединения обеспечивают соединения для датчиков и аппаратуры текущего контроля процесса. Такие датчики могут быть выполнены в виде устройства для записи изображения, осветительных приборов, щупов, 3D-сканеров для контроля геометрии поверхностей и объемных форм, таких датчиков, как датчики кислорода и термочувствительные датчики, или камер и т.п. В некоторых вариантах осуществления изобретения температурный датчик может использоваться для текущего контроля температуры обрабатываемой детали, обработка которой осуществляется. Датчики или измерительная аппаратура текущего контроля процесса могут быть выполнены в виде части обрабатывающей головки, части коллектора-распределителя, предназначенной для подключения к ней одной или нескольких рабочих сред и/или могут представлять собой дополнение как к обрабатывающей головке, так и к коллектору-распределителю. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения могут применяться датчики текущего контроля процесса, выполненные в виде отдельной головки, которые можно считать контрольной головкой, в дополнение к любым обрабатывающим головкам и механически обрабатывающим головкам.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может осуществляться текущий контроль температуры одной или нескольких ванн расплава. Ванна расплава может образовываться там, где осаждается материал. Рабочая среда может наноситься на или по направлению к обрабатываемой детали и расплавляться под действием энергии, поступающей от источника энергии. Таким образом, рабочую среду можно рассматривать как среду, обрабатываемую источником энергии.

В еще одних или альтернативных вариантах осуществления изобретения рабочая среда может осаждаться в расплавленном состоянии.

Согласно другой особенности изобретения предлагается многокоординатный обрабатывающий станок, при этом обрабатывающий станок может быть снабжен по меньшей мере одной обрабатывающей головкой и, предпочтительно, по меньшей мере одной механообрабатывающей головкой. Обрабатывающий станок может иметь зажимное устройство, приспособленное для временного размещения одной из по меньшей мере одной обрабатывающей головки и/или по меньшей мере одной механообрабатывающей головки, при этом обрабатывающий станок выполнен с возможностью осуществления при применении по меньшей мере некоторых из следующих пяти этапов: i) перемещение обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки из рабочего положения в положение замены головки; ii) высвобождение обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки из зажимного или удерживающего устройства; iii) выбор альтернативной обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки; iv) размещение альтернативной обрабатывающей головки в зажимном или удерживающем устройстве; и v) возврат в рабочее положение,

причем обрабатывающая головка может быть дополнительно приспособлена для осаждения материала на обрабатываемую деталь и причем

обрабатывающая головка, как правило, содержит источник рабочей среды.

В варианте осуществления изобретения источник энергии может быть расположен в обрабатывающей головке. В соответствии с другим вариантом источник энергии может вырабатываться за пределами обрабатывающей головки, и обрабатывающая головка может быть приспособлена для направления или же перемещения источника энергии. В некоторых вариантах осуществления изобретения источник энергии представлен батареей или другим изолированным источником энергии, таким как топливный элемент или аналогичное устройство. В еще одном дополнительном или альтернативном варианте осуществления изобретения энергия может вырабатываться в головке за счет движения шпинделя, как например, посредством генератора, синхронного генератора или аналогичного устройства. В других вариантах осуществления изобретения источник энергии подается к обрабатывающей головке.

Обрабатывающий станок может быть приспособлен для обработки обрабатываемой детали. В соответствии с другим вариантом или дополнительно обрабатывающий станок может быть приспособлен для осаждения материала на обрабатываемую деталь или наращивания обрабатываемой детали, которое может представлять собой наращивание обрабатываемой детали по насечке. Такая операция может представлять собой аддитивное нанесение покрытия, включая аддитивное послойное наращивание, 3D-печать, или цифровое изготовление и т.п. Предпочтительно обрабатывающий станок также содержит устройство смены инструмента, предназначенное для замены головки в обрабатывающем станке. Устройство смены инструмента может осуществлять замену обрабатывающей головки на механообрабатывающую головку и наоборот. В соответствии с другим вариантом обрабатывающий станок может быть оснащен двумя или более обрабатывающими головками. Устройство смены инструмента может заключать в себе зону хранения, расположенную со смещением относительно обрабатываемой детали.

Зажимное устройство обычно размещено в переднем конце шпинделя. Кроме того, обрабатывающий станок обычно имеет ось, которая проходит через обрабатывающую головку, когда она соединена с зажимным устройством, и вокруг которой может двигаться обрабатывающая головка.

Обрабатывающая головка может содержать одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для направления источника энергии на обрабатываемую деталь. В другом варианте осуществления изобретения обрабатывающая головка может содержать одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для направления энергии от источника энергии в рабочую среду и/или к устройству для осаждения рабочей среды. Энергия может подаваться к рабочей среде в обрабатывающей головке или вне обрабатывающей головки, например на поверхности обрабатываемой детали, или по меньшей мере при движении рабочей среды по направлению к обрабатываемой детали.

Обрабатывающая головка может содержать, как указано выше, стыковочный коллектор-распределитель, приспособленный для подключения к нему одной или нескольких рабочих сред, которые при применении подаются к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали. Источник энергии может подаваться к рабочей среде внутри обрабатывающей головки или может, как указано выше, подаваться к рабочей среде, когда она движется по направлению к обрабатываемой детали и/или поступает на обрабатываемую деталь. В одном альтернативном варианте энергия подается к рабочей среде в обрабатывающей головке, и рабочая среда осаждается на обрабатываемую деталь. Энергия может подаваться к рабочей среде до того, как она выйдет из обрабатывающей головки или она может подаваться к рабочей среде, или может подаваться к рабочей среде в то время, как рабочая среда выходит из обрабатывающей головки.

Обрабатывающая головка может содержать источник рабочей среды, предназначенный для подачи рабочей среды к головке из обрабатывающего станка, из зажимного устройства или из вспомогательного аппарата, соединенного с обрабатывающим станком или находящегося вблизи него. Еще в одном варианте осуществления изобретения источник рабочей среды может содержать емкость с рабочей средой, расположенную в обрабатывающей головке. В некоторых вариантах осуществления изобретения емкость с рабочей средой может непрерывно перезаполняться с помощью питателя, который подает рабочую среду через коллектор-распределитель. В других вариантах осуществления изобретения среда может быть введена в виде сменного патрона, образующего источник рабочей среды. В следующем варианте осуществления изобретения емкость с рабочей средой может быть перезаполняемой, а обрабатывающая головка расположена в устройстве смены инструмента. Коллектор-распределитель питателя может быть размещен в устройстве смены инструмента и может быть приспособлен для присоединения к обрабатывающей головке в устройстве смены инструмента и для автоматического перезаполнения емкости для рабочей среды. В дополнение к этому или как альтернативное решение может быть предусмотрено наличие по меньшей мере одного устройства для перемещения коллектора-распределителя питателя в положение соединения с отсоединения от источника рабочей среды, когда обрабатывающая головка находится в рабочем положении на обрабатывающем станке или когда обрабатывающая головка расположена в устройстве смены инструмента или другом месте хранения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения к обрабатывающей головке подается одна рабочая среда. В других вариантах осуществления изобретения к рабочей головке могут подаваться две или более рабочих сред. Рабочие среды могут содержать, например, красящие вещества или альтернативные рабочие среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая рабочая среда может содержать наращиваемый материал, а вторая рабочая среда может содержать материал подложки. Материал подложки может быть удален сразу после завершения обработки обрабатываемой детали. В случае, если рабочих сред несколько, станок может обеспечивать возможность избирательного использования этих рабочих сред.

В некоторых вариантах осуществления изобретения рабочая среда может содержать полимерный материал. В других вариантах осуществления изобретения рабочая среда может выбираться из группы, включающей металлы, неметаллы, полимеры, керамические материалы, глину или диэлектрические материалы. Рабочая среда может быть представлена в любой из следующих форм: в порошкообразной форме; в виде нитей, стержней, или проволок; в полностью жидком или полужидком виде. В соответствии с другим вариантом рабочая среда может быть представлена в виде жидкости, эмульсии, газа, аэрозоля, шлама или пасты или в виде суспензии в них.

В одном конкретном варианте осуществления изобретения рабочая среда может содержать полимерную нить. Обычно такая нить может нагреваться под действием источника энергии до такой температуры, при которой рабочая среда может быть управляемым образом подана, направлена, выдавлена, впрыснута или иным образом осаждена. В соответствии с другим вариантом к обрабатывающей головке из емкости с рабочей средой может подаваться текучая рабочая среда. Рабочая среда может нагреваться с помощью источника энергии до тех пор, пока рабочая среда в емкости с рабочей средой не станет текучей средой и ее можно будет дозировать или иначе вытеснять регулируемым образом. В некоторых вариантах осуществления изобретения рабочая среда может содержать, кроме того, проводящий, полупроводящий и диэлектрический материал, так что во время формирования обрабатываемой детали могут быть составлены электрические цепи. В альтернативном варианте осуществления изобретения рабочая среда может проходить от емкости к осаждающему наконечнику обрабатывающей головки, и к рабочей среде может подаваться энергия перед выходом рабочей среды из осаждающего наконечника. Это может быть особенно целесообразно для тех вариантов осуществления изобретения, в которых рабочая среда представлена в форме нити или проволоки, и рабочая среда может подаваться через обрабатывающую головку с помощью механического подающего устройства, например с помощью роликов. Может потребоваться, чтобы до момента, когда собираются осаждать рабочую среду, рабочая среда была относительно густой. Энергия может подаваться непосредственно перед выходом рабочей среды из осаждающего наконечника или во время или после выхода рабочей среды из осаждающего наконечника. В соответствии с другим вариантом или дополнительно материал может осаждаться на поверхность обрабатываемой детали и затем подвергаться воздействию энергии.

Может быть предусмотрено наличие устройства для подачи рабочей среды, соединенного с устройством смены инструмента. Устройство для подачи рабочей среды может подавать рабочую среду к обрабатывающей головке или к емкости в обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка не используется. Устройство для подачи может быть составной частью дополнительного стыковочного устройства, которое сцеплено с обрабатывающей головкой или механообрабатывающей головкой, когда она не используется.

Согласно другой особенности изобретения предлагается комплект, содержащий по меньшей мере одно из обрабатывающей головки, емкости с рабочей средой, источника рабочей среды и источника энергии.

В одном варианте осуществления изобретения предлагается комплект, включающий обрабатывающую головку в комбинации с емкостью с рабочей средой, в котором обрабатывающая головка приспособлена для соединения при применении с зажимным устройством обрабатывающего станка и в котором емкость с рабочей средой размещена в обрабатывающей головке.

В другом варианте осуществления изобретения предлагается обрабатывающая головка, приспособленная для соединения с обрабатывающим станком согласно особенности изобретения, при этом обрабатывающая головка пригодна для осаждения материала на обрабатываемую деталь и при этом обрабатывающая головка дополнительно содержит источник рабочей среды предпочтительно в виде емкости.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения обрабатывающая головка дополнительно содержит источник энергии или по меньшей мере устройство для получения источника энергии, предназначенные для подачи энергии к рабочей среде и/или к устройству для осаждения рабочей среды.

В альтернативном варианте осуществления изобретения комплект содержит обрабатывающую головку, приспособленную для соединения с источником рабочей среды. Источник рабочей среды может содержать устройство для подачи рабочей среды или коллектор-распределитель, соединенные с устройством смены инструмента и приспособленные для пополнения емкости с рабочей средой, когда обрабатывающая головка находится в устройстве смены инструмента, или может быть предусмотрено, что они соединены с обрабатывающим станком и приспособлены для подачи рабочей среды к обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка находится на шпинделе или в другом приемлемом месте.

В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство для подачи рабочей среды может содержать один или несколько каналов, при этом устройство для подачи рабочей среды может подавать рабочую среду к обрабатываемой детали или каналы могут быть приспособлены для получения обратного потока рабочей среды или могут обеспечивать отведение или рециркуляцию рабочей среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения может присутствовать устройство, предназначенное для повторного использования неиспользованной рабочей среды, или для удаления отработанной рабочей среды или побочных продуктов, или для удаления газов. Такое устройство может быть предусмотрено как дополнение к потоку рабочей среды в каналах или каждом из каналов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство для обеспечения источника энергии является автономным в обрабатывающей головке. В других вариантах осуществления изобретения источник энергии соединен с обрабатывающей головкой. Источник энергии может содержать, например, источники энергии с ультрафиолетовым, инфракрасным, лазерным излучением или другие источники энергии, упомянутые выше, и в некоторых вариантах осуществления изобретения может направлять пучок энергии на обрабатываемую деталь.

Комплект может включать, в альтернативных или дополнительных вариантах осуществления изобретения, ряд обрабатывающих головок, вмещающих альтернативные источники рабочей среды. В другом альтернативном варианте обрабатывающая головка может содержать сменный патрон, в котором содержится источник рабочей среды. Патрон может быть заменяемым автоматически или заменяемым вручную.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в состав комплекта может также входить коллектор-распределитель, предназначенный для подачи рабочей среды к обрабатывающей головке. Коллектор-распределитель может содержать один или несколько каналов внутри коллектора-распределителя, предназначенных для подведения по меньшей мере одного источника рабочей среды к обрабатывающей головке.

В альтернативном варианте в состав комплекта может входить устройство питания рабочей средой, предназначенное для подачи рабочей среды к обрабатывающей головке. Устройство питания рабочей средой может быть приспособлено для подачи рабочей среды к обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка находится в рабочем положении на шпинделе обрабатывающего станка или, в соответствии с другим вариантом, устройство питания рабочей средой может быть приспособлено для подачи рабочей среды к обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка размещена в устройстве смены инструмента.

Согласно следующей особенности изобретения предлагается способ формирования обрабатываемой детали, включающий

a) обеспечение выбора обрабатывающим станком обрабатывающей головки из места хранения для введения обрабатывающей головки в зажимное устройство обрабатывающего станка; и

b) приведение в действие устройства, предназначенного для подачи энергии к рабочей среде в обрабатывающей головке и/или к устройству для осаждения рабочей среды;

с) управление осаждением рабочей среды из обрабатывающей головки так, чтобы сконструировать обрабатываемую деталь.

В некоторых вариантах осуществления способа может быть выполнен дополнительный этап, на котором тепловая или другая энергия, получаемая от осаждения или твердения рабочей среды на обрабатываемой детали, может использоваться также для нагревания поверхности обрабатываемой детали. Дополнительно или в соответствии с другим вариантом тепло от осаждения может использоваться для отверждения, плавления, спекания, образования поперечных связей, реакции или иного каталитического превращения в осажденном материале. Например, для чернил или паст для выполнения прямой печатью электронных схем может потребоваться нагрев для достижения их расчетной проводимости, удельного электрического сопротивления или других свойств; для них может использоваться вторичное тепло, выделяемое при операциях осаждения и не нужны дополнительные этапы нагрева. В тех случаях, когда не представляется возможным эффективно использовать преимущества вторичного тепла для обработки материала, может быть выполнен этап определенной обработки, который описан ниже.

Согласно следующей особенности изобретения предлагается система обработки материалов, содержащая устройство для обработки материалов, которое может представлять собой обрабатывающий станок или манипулятор и т.п., снабженные обрабатывающей головкой, которую система обработки материалов приспособлена перемещать относительно обрабатываемой детали, и контроллер, приспособленный для управления перемещением обрабатывающей головки; как правило, обрабатывающая головка будет содержать одно или несколько направляющих устройств, предназначенных для направления источника энергии на обрабатываемую деталь под управлением со стороны контроллера, при этом контроллер, как правило, может регулировать количество энергии, подводимое к определенной зоне обрабатываемой детали.

В данном случае под термином «энергия» правильно понимать полную энергию, аккумулированную с течением времени. Таким образом, следует понимать, что регулировать энергию можно регулированием скорости подведения энергии (то есть ее энергии) или регулировать скорость перемещения источника энергии по обрабатываемой детали.

Такие варианты осуществления изобретения имеют преимущество в том, что они обеспечивают возможность управления воздействием источника энергии на обрабатываемую деталь. Специалисту должно быть понятно, что подводимая энергия может оказывать существенное воздействие на обрабатываемую деталь.

Контроллер может быть приспособлен для использования перемещения обрабатывающей головки для регулирования количества энергии. Специалисту должно быть понятно, что если обрабатывающая головка перемещается с относительно более высокой скоростью напротив обрабатываемой детали, к обрабатываемой детали будет подводиться меньше энергии, чем в случае, если обрабатывающая головка перемещается с относительно более низкой скоростью.

Источником энергии может быть любой из источников, упомянутых применительно к описанным выше особенностям изобретения.

Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения направляющее устройство может содержать по меньшей мере одну линзу, приспособленную для фокусировки источника энергии на обрабатываемую деталь. Направляющее устройство может быть выполнено в виде любого из направляющих устройств, упомянутых где-либо еще.

Как и в случае особенностей, описанных выше, варианты осуществления изобретения могут быть снабжены устройством для получения источников энергии внутри обрабатывающей головки. Дополнительные или альтернативные варианты осуществления изобретения могут обеспечивать возможность направления источника энергии, который получен за пределами головки.

Обрабатывающая головка может содержать устройство для активации или деактивации источника энергии избирательным образом. Контроллер может быть приспособлен, например, для того, чтобы по выбору активировать и/или деактивировать получение источника энергии. Таким образом, в примере с лазерным лучом контроллер может быть приспособлен для активации и/или деактивации получения лазерного луча или, в соответствии с другим вариантом, контроллер может быть приспособлен для управления фокусировкой или расфокусировкой лазерного луча и т.п.

Контроллер может быть снабжен схемами обработки вне устройства для обработки материала, при этом устройство для обработки материала представляет собой одной из обрабатывающего станка или манипулятора, или что-либо в этом роде. Схемы обработки могут быть представлены, например, компьютером, расположенным вне устройства для обработки материала, но соединенным с ним. В других вариантах осуществления изобретения контроллер может быть снабжен схемами обработки внутри устройства для обработки материала.

Устройство для обработки материала может быть приспособлено для изменения свойств материала обрабатываемой детали. Устройство для обработки материала может быть, например, приспособлено для регулирования энергии так, что обрабатываемая деталь или по меньшей мере его часть нагревается, предварительно нагревается, затвердевает, размягчается, преднамеренно подвергается напряжению, подвергается снятию напряжения, или уменьшаются/закрываются дефекты, связанные с пористостью/пустотами. Эти операции могут выполняться для предупреждения возникновения растрескивания, коробления и других дефектов. В соответствии с другим вариантом поверхность обрабатываемой детали может быть модифицирована, например, посредством маркирования, структурирования текстуры, выделения текстурных признаков, выборочного оксидирования, или уменьшают неровность поверхности посредством переплава, абляции и т.д. В соответствии с другим вариантом зернистая структура или химический состав могут быть модифицированы так, чтобы трансформировать зерна стали в мартенситную сталь или вызвать локальное сплавление с дополнительным материалом или науглероживание.

Система обработки материала может содержать также источник текучей среды, управление которым обычно осуществляется от контроллера. Контроллер может быть приспособлен для управления подачей текучей среды от источника текучей среды для быстрого охлаждения, очистки, дробеструйной обработки, пескоструйной обработки или немеханической обработки подвергаемой обработке обрабатываемой детали или по меньшей мере ее части.

В соответствии с другим вариантом или дополнительно контроллер может быть приспособлен для управления подачей текучей среды для получения инертной или обогащенной элементами (как при науглероживании) окружающей среды, для быстрого охлаждения, для смазки и т.п. обрабатываемой детали или по меньшей мере ее части. Такие текучие среды, газы и жидкости можно считать рабочей средой.

Источников текучей среды может больше чем один, при этом каждый источник текучей среды может быть предназначен для подачи не такой другой текучей среды.

Текучая среда, подаваемая с помощью источника текучей среды или каждого источника текучей среды, может быть одной из следующего: вода; масло; инертный газ, такой как благородный газ; воздух, смазочно-охлаждающая жидкость для станка, травильный раствор, очистительная текучая среда, патина, краситель и т.п.

В других вариантах осуществления изобретения контроллер может быть приспособлен для управления источником энергии, которым обрабатывается обрабатываемая деталь. Здесь обработка обрабатываемой детали подразумевает по меньшей мере следующее: подвергание напряжению; снятие напряжения; модифицирование микроструктуры; модифицирование химического состава; уменьшение/устранение пористости; сварку; пайку твердым припоем; сращивание; резание; сверление; фрезерование; маркирование; плазменное напыление; термическое напыление; переплавление поверхности; термическую обработку и т.п.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система обработки материала может содержать источник рабочей среды. Источник рабочей среды может быть таким, как указано в отношении любой из описанных выше особенностей изобретения. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изобретения источник рабочей среды может быть заведен в обрабатывающую головку через коллектор-распределитель. В других вариантах осуществления изобретения источник рабочей среды может быть размещен внутри обрабатывающей головки предпочтительно с помощью патрона или аналогичного приспособления.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система обработки материала может быть приспособлена для подачи рабочей среды к обрабатываемой детали, предварительно нагретой с помощью источника энергии. В таких вариантах осуществления изобретения рабочая среда может содержать порошок или что-либо подобное. Такие порошки и аналогичные материалы могут быть подвержены плавлению, спеканию и/или химическому взаимодействию на обрабатываемой детали под действием энергии, предварительно подведенной к обрабатываемой детали с помощью обрабатывающей головки, или эти процессы по меньшей мере ускоряются за счет этой энергии.

Согласно еще одной особенности изобретения предлагается способ обработки обрабатываемой детали путем управления энергией, подводимой к обрабатываемой детали, посредством ориентирования источника энергии относительно обрабатываемой детали при управлении с помощью контроллера, так что изменяется свойство материала обрабатываемой детали.

Специалисту должно быть также понятно, что особенности изобретения могут включать элементы программного обеспечения, микропрограммного обеспечения или аппаратного обеспечения, приспособленные для обеспечения управления обрабатывающими станками, рассматриваемыми в данном описании изобретения.

Изготовление обрабатываемой детали с использованием комбинации из аддитивного процесса, включающего осаждение, и субтрактивного процесса, включающего фрезерование, в случае необходимости является видом изготовления гибридных элементов, который известен из уровня техники; в вариантах осуществления изобретения и особенностях, описанных в данном документе, выполнена их перестановка (и других операций, например зондирования).

Специалисту должно быть понятно, что описанные выше особенности изобретения вводят различные признаки, а также то, что признаки из одной особенности изобретения применимы, с соответствующими изменениями, к другим особенностям.

Краткое описание чертежей

В качестве примера ниже приведено подробное описание варианта осуществления изобретения, в котором:

на фиг. 1 показан обрабатывающий станок;

на фиг. 2 схематически представлен вид в разрезе частей варианта осуществления изобретения;

на фиг. 3 представлен более подробный вид коллектора-распределителя, используемого в варианте осуществления изобретения;

на фиг. 4а показан вариант осуществления изобретения в разобранном виде;

на фиг. 4b показан вариант осуществления изобретения по фиг. 4а в частично собранном виде;

на фиг. 4с показан вариант осуществления изобретения по фиг. 4а и 4b в полностью собранном виде;

на фиг. 5 представлен вид варианта осуществления изобретения под первым углом обзора;

на фиг. 6 представлен вид варианта осуществления изобретения по фиг. 5 под вторым углом обзора;

на фиг. 7 представлен вид варианта осуществления изобретения по фиг. 5 под третьим углом обзора, на котором выделено устройство для перемещения;

на фиг. 8 представлен вид в перспективе варианта осуществления изобретения по фиг. 5, на котором показаны его источники рабочей среды;

на фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ использования варианта осуществления изобретения, описанный в привязке к фиг. 1-5;

на фиг. 10 показан пример обрабатываемой детали, обработанной с помощью обрабатывающего станка согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 11 представлено схематическое изображение альтернативной обрабатывающей головки в соответствии с другой особенностью изобретения; и

на фиг. 12 изображена еще одна альтернативная обрабатывающая головка;

фиг. 13 представляет собой схематический чертеж варианта осуществления изобретения для подачи нагретого полимера;

фиг. 14 представляет собой схематический чертеж варианта осуществления изобретения для подачи жидкой рабочей среды к обрабатываемой детали;

фиг. 15 представляет собой схематический чертеж варианта осуществления изобретения для подачи нагретого полимера;

на фиг. 16 показан еще один вариант осуществления изобретения, в котором использован источник энергии, основанный на дуге прямого действия в плазме;

на фиг. 17а показан вариант осуществления изобретения по фиг. 16 в разобранном виде;

на фиг. 17b показан вариант осуществления изобретения по фиг. 17а в частично собранном виде;

на фиг. 17с показан вариант осуществления изобретения по фиг. 17а и 17b в полностью собранном виде; и

на фиг. 18 показан следующий вариант осуществления изобретения, в котором обрабатывающая головка приспособлена для подачи источника энергии на обрабатываемую деталь.

Подробное описание чертежей

На фиг. 1 схематически изображен обрабатывающий станок 100, который, как правило, содержит механообрабатывающую головку 102, удерживаемую в зажимном устройстве обрабатывающего станка 100 и предназначенную для механической обработки обрабатываемой детали 104. Кроме того, обрабатывающий станок 100 обычно управляется с помощью контроллера 106, который управляет положением механообрабатывающей головки 102, когда она обрабатывает обрабатываемую деталь 104.

Большинство обрабатывающих станков 100 устроено таким образом, что механообрабатывающая головка 102 может быть заменена на другие механообрабатывающие головки 102 для того, чтобы иметь ту механообрабатывающую головку 102, которая требуется для выполнения текущей задачи. Во фрезерном станке, например, первая механообрабатывающая головка может быть предназначена для грубого съема материала, а вторая механообрабатывающая головка может быть предназначена для тонкого съема материала.

В связи с этим обрабатывающие станки 100 снабжены устройствами смены инструмента, которые, как правило, могут под управлением со стороны контроллера 106 осуществлять замену механообрабатывающей головки 102, используемой обрабатывающим станком 100 для обработки обрабатываемой детали 104.

На фиг. 2 изображена обрабатывающая головка 200, которая соединяется с обрабатывающим станком 100 с использованием зажимного устройства 202 обрабатывающего станка 100 и которая может храниться в накопителе механообрабатывающих головок и автоматически соединяться с обрабатывающим станком 100 с помощью его устройства смены инструмента. При этом в устройстве смены инструмента может быть предусмотрено место для хранения обрабатывающих головок, механообрабатывающих головок и т.д., которые в текущий момент не используются в обрабатывающем станке. В данном описании изобретения рассматривается зажимное устройство 202 и предполагается, что шпиндель, в который встроено и с которым соединено зажимное устройство 202, является составной частью обрабатывающего станка 100.

В описываемом варианте осуществления изобретения обрабатывающая головка 200 приспособлена для фокусировки лазерного луча 206 на обрабатываемую деталь 104. В других вариантах осуществления изобретения вместо лазерного луча могут использоваться другие источники энергии. Таким образом, обрабатывающая головка приспособлена для обработки, под управлением со стороны контроллера 106, обрабатываемой детали 104 сфокусированным лазерным лучом 206 (или другим источником энергии).

На фиг. 2 представлен вид в разрезе через обрабатывающую головку 200, из которого видно, что отражатель, такой как зеркало 208, приспособлен для смещения на девяносто градусов входящего лазерного луча 210, падающего на фокусирующую линзу 212 для формирования сфокусированного лазерного луча 206. Фокусирующую линзу 212 можно считать направляющим устройством. Очевидно, что другие обрабатывающие головки 200 могут иметь другое устройство оптических частей, таких как отражатель и фокусирующая линза, или, в действительности, они могут иметь дополнительный оптические части.

В дополнение к лазерному лучу и оптическим компонентам, обрабатывающая головка 200 содержит, кроме того, один или несколько каналов для подвода рабочей среды. Рабочая среда, например, может содержать в транспортирующей текучей среде полимер и/или металлический порошок, которые должны плавиться под действием источника энергии. Обработка происходит таким образом, что рабочая среда подводится через обрабатывающую головку и поступает в источник энергии, в результате чего она расплавляется или по меньшей мере является полурасплавленной до момента попадания рабочей среды на обрабатываемую деталь 104. При этом обрабатывающая головка может использоваться для осаждения материала на обрабатываемую деталь и образует систему осаждения, которая может использоваться, например, для ремонта деталей.

Обрабатывающий станок (содержащий шпиндель) и зажимное устройство 202 имеют продольную ось, представленную на фиг. 2 пунктирной линией XX. При наличии в зажимном устройстве 202 механообрабатывающей головки (такой как фреза) она будет вращаться вокруг оси XX. В предпочтительном варианте источник энергии, которым в описываемом варианте осуществления изобретения является лазерный луч 206, фокусируется на точке, области и т.д. 213, которая находится по существу на оси XX на поверхности обрабатываемой детали 106.

В других вариантах осуществления изобретения фокусирующая линза 212 по существу может быть приспособлена для формирования расходящегося луча, что может потребоваться для предварительного нагрева подложки, термической обработки обрабатываемой детали или при некоторых типах термического напыления и т.п.

Некоторые варианты осуществления изобретения, хотя на чертежах это не показано, могут обеспечивать возможность передачи источника энергии через шпиндель обрабатывающего станка вдоль оси XX; то есть от области места 207, показанного на фиг. 2. В таких вариантах осуществления изобретения рабочая среда будет подаваться к обрабатывающей головке 200 от питателя.

Вблизи обрабатывающей головки 200 и зажимного устройства 202 расположен питатель 214, представляющий собой корпус, в котором размещены различные компоненты. Обрабатывающая головка 200 содержит стыковочный коллектор-распределитель 201 обрабатывающей головки, а питатель 214 содержит стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя, описанный ниже, которые приспособлены для сопряжения друг с другом для подключения питателя 214 к обрабатывающей головке 200 в состоянии, которое показано на фиг. 2.

Сверху питателя 214 расположен источник 216 энергии, который в данном варианте осуществления изобретения представляет собой лазер. Лазер 216 генерирует луч, который передается в питатель 214 и проходит через расширитель 217 луча, содержащий первую и вторую линзы 218, 220 соответственно. Расширитель 217 луча используется для увеличения диаметра лазерного луча, чтобы добиться улучшения окончательной фокусировки на обрабатываемой детали 104 и уменьшить тепловую нагрузку на оптические элементы.

Питатель 214 содержит также еще один отражатель 222, предназначенный для отражения луча света от лазера на угол 90° по направлению к обрабатывающей головке 200 и размещенному внутри нее отражателю 208. Каждую из линз 218, 220 и отражатель 222 можно рассматривать как направляющее устройство, размещенное внутри питателя 214.

Питатель 214 содержит также источник разных рабочих сред 224, который соединяется через коллектор-распределитель с обрабатывающей головкой 200, когда к ней присоединен питатель 214.

Для специалиста очевидно, что зона 226 вокруг обрабатываемой детали 104 обычно называется рабочей зоной (или рабочим пространством) обрабатывающего станка.

На фиг. 3 показан стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя 214 варианта осуществления изобретения. В центре стыковочного коллектора-распределителя 300 питателя находится канал 302, предназначенный для обеспечения возможности прохождения между питателем 214 и обрабатывающей головкой 200 источника энергии, который в описываемых здесь вариантах осуществления изобретения представляет собой лазерный луч.

На стыковочном коллекторе-распределителе 300 питателя видны также каналы 304, 306, 308, 310, которые предназначены для подвода охлаждающей среды, защитного газа и материала, подлежащего обработке обрабатывающей головкой 200, из питателя 214 к обрабатывающей головке 200. Как правило, по меньшей мере на одном из коллектора-распределителя на питателе 214 и стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки 200 в целях предотвращения утечки проходящей через них рабочей среды имеется уплотнение для герметизации каналов 304-310.

Специалисту должно быть понятно, что защитный газ обычно представляет собой инертный газ, такой как аргон или другой аналогичный газ, предназначенный для предотвращения возникновения на обрабатываемой детали 104 во время его обработки химических реакций, таких как оксидирование и т.д.

В некоторых вариантах осуществления изобретения расширитель 217 луча может быть устроен таким образом, чтобы его можно было регулировать для изменения положения фокальной точки окончательной фокусировки. Такое устройство может помочь определить, имеет ли место расплавление материала, подвергаемого обработке, под действием источника энергии внутри обрабатывающей головки или после обрабатывающей головки. Специалисту должно быть понятно, что изменяя положение точки, в которой плавится обрабатываемый материал, можно определить наличие сцепления, шероховатость и остаточное механическое напряжение на подвергаемой обработке обрабатываемой детали.

В одном варианте осуществления изобретения сопрягающиеся поверхности двух коллекторов-распределителей (то есть торцовая поверхность 312 на стыковочном коллекторе-распределителе 300 питателя и соответствующая торцовая поверхность на стыковочном коллекторе-распределителе обрабатывающей головки) являются по существу планарными, в результате чего, как описано ниже, питатель 214 может быть пристыкован, когда он удален от обрабатывающей головки 200, таким образом, чтобы исключить возможность попадания грязи, в частности, в канал 302. Таким образом, по существу планарную поверхность можно рассматривать как плоскую поверхность и можно считать, что она образует центрирующее устройство.

На стыковочном коллекторе-распределителе 300 питателя предусмотрены также установочные устройства (в данном случае установочные штифты 314, 316), предназначенные для сцепления с ответными элементами на стыковочном коллекторе-распределителе обрабатывающей головки. Специалисту должно быть понятно, что штифты 314, 316, имеющиеся на стыковочном коллекторе-распределителе обрабатывающей головки, и выемки на стыковочном коллекторе распределителе 300 питателя, или один или несколько штифтов могут быть предусмотрены на каждом коллекторе-распределителе. На самом деле могут использоваться установочные устройства, отличные от штифтов. Установочные устройства, наряду с по существу планарными поверхностями, можно рассматривать как центрирующее устройство.

На фиг. 4 показан питатель 214, обрабатывающая головка 200 и зажимное устройство 202, расположенные в разных положениях относительно друг друга, как описано непосредственно ниже.

На фиг. 4а показано положение расстыковки, в котором питатель 214 находится в первом положении, которое можно рассматривать как состояние хранения. Имеющийся на нем стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя прилегает к по существу планарной стыковочной поверхности 400 для того, чтобы каналы 302-310 были закрыты. Обрабатывающая головка 200 хранится в месте, удаленном от зажимного устройства 202. Часто обрабатывающая головка 200 будет храниться в устройстве смены инструмента обрабатывающего станка 100, но это не является обязательным.

На фиг. 4b система показана в положении, в котором обрабатывающая головка 200 размещена в зажимном устройстве 202, тогда как питатель 214 остается в первом положении, которое показано на фиг. 4а. Обрабатывающая головка 200, как правило, будет выбрана и вставлена в зажимное устройство 202 с использованием программы смены механообрабатывающей головки. Специалисту должно быть понятно, что во многих вариантах осуществления изобретения эта программа смены является автоматической или по меньшей мере полуавтоматической и часто управление ею осуществляется с помощью контроллера 106.

На фиг. 4с система показана в состыкованном положении, в котором питатель 214 находится во втором положении, в котором стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя состыкован с обрабатывающей головкой. В состыкованном положении каналы 302-310 в стыковочном коллекторе-распределителе 300 питателя совмещаются с объединяющимися с ними каналами внутри обрабатывающей головки 200.

В некоторых вариантах осуществления изобретения со стыковочным коллектором-распределителем 300 питателя связана воздуходувная система, так что, когда стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя отсоединен от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, по каналам или через каналы 302-310 пропускается струя воздуха (или же другая подходящая текучая среда), что помогает произвести проверку и способствует предотвращению попаданию в эти каналы загрязнения.

Специалисту должно быть понятно, что эти три состояния, показанные на фиг. 4а-4с, характеризуют соединение обрабатывающей головки 200 с зажимным устройством 202 до момента соединения питателя 214 с обрабатывающей головкой 200. В других вариантах осуществления изобретения порядок соединения может быть другим и, например, допустима возможность соединения питателя 214 с обрабатывающей головкой 200 до момента установки обрабатывающей головки 200 в зажимное устройство 202.

На фиг. 5 показан другой вариант осуществления изобретения, хотя аналогичные детали обозначены теми же цифровыми позициями. На фиг. 5 показаны устройства, которые используются для перемещения питателя из первого, расстыкованного положения (которое показано на фиг. 4а) во второе, состыкованное положение (которое показано на фиг. 4с).

На фиг. 6 представлен другой вид варианта осуществления изобретения по фиг. 5, с обзором стыковочного коллектора-распределителя 300 питателя; то есть при направлении осмотра фигуры 5 с правой стороны.

Имеется первое устройство для перемещения, предназначенное для перемещения питателя 214 в вертикальном направлении, и в описываемом варианте осуществления изобретения оно содержит зубчатую рейку 500, расположенную вдоль части наружной поверхности питателя 214. Специалисту должно быть понятно, что хотя на фигуре показана зубчатая рейка с одной стороны от питателя 214, эта зубчатая рейка может располагаться в любом месте вокруг окружной периферии питателя 214 и в действительности такая рейка может быть не одна, их может быть больше. В действительности, как видно из фиг. 7, в описываемом варианте осуществления изобретения имеются две зубчатые рейки 500а, 500b, расположенные сбоку от питателя 214.

На фиг. 7, кроме того, нагляднее показан шестереночный механизм 700, установленный на раме 502. Когда шестеренчатый механизм 700 приведен в действие, входящие в его состав шестерни взаимодействуют с зубчатой рейкой 500а, 500b и вызывают перемещение питателя 214 вверх или вниз в зависимости от направления, в котором приводятся в движение шестерни.

Из фиг. 7 также видно, что в описываемом варианте осуществления изобретения корпуса шестеренчатого механизма 700 находятся в зацеплении с зубчатыми рейками 500а, 500b для того, чтобы служить направляющей для питателя 214. В других вариантах осуществления изобретения могут быть предусмотрены другие направляющие устройства.

Для перемещения питателя 214 в горизонтальном направлении предусмотрено второе устройство для перемещения. В описываемом варианте осуществления изобретения второе устройство для перемещения содержит два червячных колеса 504, 506, одно из которых расположено ближе к верхней части рамы 502, а другое ближе к ее нижней части.

Очевидно, что каждое из первого и второго устройств для перемещения обеспечивает наличие по меньшей мере одного устройства, приспособленного для перемещения стыковочного коллектора-распределителя 300 питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, так что, когда два коллектора-распределителя соединены, рабочая среда или каждая рабочая среда подается к обрабатывающей головке, то есть каналы 302-310 внутри каждого из коллекторов-распределителей соединены друг с другом.

Внутри корпуса 702 рядом с шестеренчатым механизмом 700 имеется ведомое зубчатое колесо, предназначенное для приведения в движение питателя 214 относительно червячного колеса 504, 506 и, вследствие этого, перемещения питателя 214 в горизонтальном направлении.

В других вариантах осуществления изобретения первое и второе устройства для перемещения могут быть снабжены устройствами, отличными от зубчатых колес. Например, могут применяться пневматические и/или гидравлические приводы. Хотя в описываемом варианте осуществления изобретения два устройства для перемещения, специалисту должно быть понятно, что в других вариантах осуществления изобретения может быть меньше или больше устройств для перемещения.

На фиг. 8 более детально показан стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя варианта осуществления изобретения по фиг. 5. Как видно, в этом варианте осуществления изобретения каналы 304-310 в их концевых областях снабжены соединительными элементами и приспособлены для соединения с ответными соединителями, находящимися внутри стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки.

Подводя итог вышесказанному и с учетом фиг. 9 следует отметить, что для замены обрабатывающей головки на обрабатывающем станке 100 контроллер 106 управления обрабатывающим станком инициирует его программу смены инструмента и выбирает обрабатывающую головку 200 (после стыковки любую имеющуюся в наличии головку, которая была в нем установлена ранее) - этап 900.

Сразу после того как в зажимном устройстве 202 обрабатывающего станка 100 в случае необходимости установлена обрабатывающая головка 200, обрабатывающая головка 200 поворачивается обрабатывающим станком 100 до тех пор пока обрабатывающая головка 200 не будет ориентирована известным образом, чтобы можно было обеспечить соединение двух коллекторов-распределителей - этап 902.

После того как обрабатывающая головка 200 ориентирована так, что она подготовлена для подсоединения к ней питателя 214, вступает в действие второе устройство для перемещения для того, чтобы переместить стыковочный коллектор-распределитель 300 питателя в сторону удаления от стыковочной поверхности 400 - этап 904.

После этого вводится в действие первое устройство для перемещения для того, чтобы опустить ниже питатель 214 - этап 906.

После того как питатель занял верное положение по высоте подъема, снова вступает в действие второе устройство для перемещения для введения стыковочного коллектора-распределителя питателя на питателе 214 в сцепление со стыковочным коллектором-распределителем обрабатывающей головки - этап 908.

Когда два коллектора-распределителя сцеплены, их планарные поверхности и установочные устройства 314, 316 обеспечивают правильную ориентацию питателя 214 по отношению к обрабатывающей головке. Специалисту должно быть понятно, что правильное выставление питателя 214 относительно обрабатывающей головки 200 обеспечивает возможность совмещения компонентов, которые передают источник энергии (например, лазерный луч). В этом случае расположение отражателей 208, 222 относительно друг друга обеспечивает возможность правильной фокусировки лазерного луча.

Варианты осуществления изобретения могут найти много областей применения и, в частности, варианты осуществления изобретения, как правило, позволят подключать к обрабатывающему станку 100 источник энергии и связанную с ним рабочую среду для обеспечения возможности обработки обрабатываемой детали 106 обрабатывающим станком 100 с помощью источника энергии.

Одна конкретная область применения - это лазерное напыление (известное также как лазерное плакирование). Лазерное напыление может найти применение при ремонте деталей, включая лопатки турбин, рабочие колеса насосов и т.п., которые повреждены. Процессы лазерного напыления позволяют добавлять материал к детали, которая в дальнейшем может быть подвергнута механической обработке для завершения восстановления детали.

На фиг. 10 показана восстановленная лопатка турбины, в которой к верхней области 1000, выделенной пунктирной линией, предлагаемым согласно изобретению способом добавлен добавочный материал.

В других вариантах осуществления изобретения обрабатывающая головка может быть использована для осуществления других процессов, в число которых входит любой из следующих процессов: сварка; осаждение (включая аддитивное изготовление, 3D-печать и осаждение при помощи направленного энергетического воздействия); термическое напыление (в некоторых случаях с использованием расходящегося луча энергии); плакирование; резание; при управлении тепловым режимом процесса; термическая обработка; механообработка энергией (например, лазера) и т.п.

На фиг. 11 приведено схематическое изображение варианта осуществления изобретения согласно следующей особенности изобретения, в котором в обрабатывающей головке имеется емкость с рабочей средой. Как указано выше, обрабатывающая головка 1100 установлена в зажимном устройстве 1102, прикрепленном к шпинделю 1104, который является составной частью обрабатывающего станка 1106. Обрабатывающая головка содержит емкость 1108 с рабочей средой, расположенную в обрабатывающей головке вместе с источником 1110 энергии.

Энергия от источника энергии подается к рабочей среде в емкости 1108 с рабочей средой. Затем рабочая среда передается вдоль канала 1112 к точке 1114 подачи, где рабочая среда подается к обрабатываемой детали. Перемещение обрабатывающей головки и местоположение точки 1114 подачи регулируется в основном обрабатывающим станком или контроллером так, как указано выше. Как правило, конструкцией обрабатывающей головки предусмотрена возможность дополнительного движения, такого как вращение или точное позиционирование. Источник 1110 энергии содержит источник теплоты и подключен к источнику электропитания в обрабатывающем станке через шпиндель 1104 или посредством одной или нескольких стыковочных систем, как в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2. Емкость с рабочей средой выполнена в виде камеры, приспособленной для того, чтобы вмещать источник рабочей среды, такой как нить полимера. Камера может перезаполняться дополнительным материалом рабочей среды, в то время как обрабатывающая головка используется посредством такой стыковочной системы, как в варианте осуществления изобретения по фиг. 2, или, в соответствии с другим вариантом, когда она находится в устройстве смены инструмента.

На фиг. 12 представлен иллюстративный вариант конструкции согласно изобретению альтернативной обрабатывающей головки, содержащей два источника рабочей среды. Для простоты на фиг. 12 показана только обрабатывающая головка 1100. В этом варианте осуществления изобретения обрабатывающая головка содержит источник 1110 энергии вместе с первым источником 1116 рабочей среды и вторым источником 1118 рабочей среды, которые соединены с соответствующими каналами 1120 и 1122, ведущим соответственно к первой и второй точкам 1124 и 1126 подачи. Первый источник рабочей среды может содержать наращиваемый материал, а второй может содержать вспомогательный материал подложки; или первая или вторая рабочая среда могут содержать различные красящие вещества или альтернативные рабочие среды, которые используются для формирования более сложной обрабатываемой детали. Первая рабочая среда может представлять собой или наращиваемый материал, или среду для подложки. Контроллер или обрабатывающий станок могут управлять подачей рабочей среды путем позиционирования обрабатывающей головки и управления осаждением рабочей среды. Кроме того, конструкция обрабатывающей головки предусматривает возможность точного позиционирования, как например, выдвижение вперед или отведение назад точек подачи, в зависимости от того, что требуется. Емкости 1116 и 1118 с рабочей средой могут пополняться, когда обрабатывающая головка используется посредством источника рабочей среды, в то время как она находится в рабочем положении или в то время как обрабатывающая головка не работает и при этом находится в устройстве смены инструмента. Источник энергии может представлять собой источник энергии с питанием от аккумуляторной батареи и может, к тому же, может перезаряжаться, в то время как обрабатывающая головка находится в устройстве смены инструмента.

Рассмотрим теперь фиг. 13, на которой показана обрабатывающая головка для обработки материала, предназначенная для экструдирования нагретого полимера с помощью энергии и рабочей среды, подаваемых к обрабатывающей головке извне, возможно через коллектор-распределитель, который описан выше. В этом варианте осуществления изобретения обрабатывающая головка 1150 содержит зажимное устройство 1152, а также первую осаждающую головку 1154 и вторую осаждающую головку 1156. Зажимное устройство, которое иногда называется инструментальной оправкой, может представлять собой конус ISO 40 или HSK 63а.

Обрабатывающая головка является одним примером устройств для «экструдирования материала», которые характеризуются стандартом ASTM F2792. Таким образом, осаждающие головки 1154 и 1156 предназначены для подачи материала к обрабатываемой детали выдавливанием. Обрабатывающая головка содержит также первый и второй источники 1158 и 1160 рабочей среды. В этом варианте осуществления изобретения источник рабочей среды содержит первый канал 1162 и второй канал 1164, каждый из которых предназначен для направления первой и второй нити полимера, образующих рабочие среды, представляющие собой источники 1158, 1160 рабочей среды. Рабочая среда подается к первому и второму каналам от устройства питания рабочей средой. Устройство питания рабочей средой приспособлено для соединения с коллектором-распределителем. Кроме того, к обрабатывающей головке подается энергия из коллектора-распределителя, аналогичного, с соответствующими поправками, коллектору-распределителю, изображенному на фигурах, рассмотренных выше. В обрабатывающей головке расположено устройство 1166 подачи нитей, которое подает первую и вторую нити соответственно к первой 1168 и второй 1170 нагревательным камерам. Источник энергии (обычно подключенный через коллектор-распределитель, и подключение к нему в данном случае обозначено позицией 1172) подает энергию к первой и второй нагревательным камерам и внутри соответствующих камер нагреваются первая и вторая нити и рабочая среда в полужидком виде подается к первой осаждающей головке 1154 и второй осаждающей головке 1156.

На фиг. 14 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, где головка предназначена для струйной подачи материала в соответствии со стандартом ASTM F2792. Таким образом, головка по фиг. 14 может быть аналогичной струйному соплу для чернил, струйному соплу для аэрозоля и т.п.В этом варианте осуществления изобретения в обрабатывающей головке содержатся первая 1200 и вторая 1202 жидкие рабочие среды. В этом варианте осуществления изобретения каждая из осаждающих головок 1204 и 1206 содержит ряд струйных сопел для жидкости, предназначенных для осаждения капель жидкости на обрабатываемую деталь или по меньшей мере по направлению к ней. Рабочая среда может представлять собой жидкость или может быть выбрана из числа других текучих сред, которые могут подаваться в виде струи, таких как жидкости, заполненные частицами во взвешенном состоянии, что является известным в данной области техники. В обрабатывающей головке имеются первая камера 1208 с рабочей средой и вторая камера 1210 с рабочей средой, и в каждой из этих камер имеется источник рабочей среды. Факультативно температура рабочей среды может регулироваться, особенно в тех случаях, когда существенное значение имеет вязкость жидкости, которая подается в виде струи. Для управления осаждением рабочей среды из обрабатывающей головки на обрабатываемую деталь предусмотрен контроллер. Контроллер в этом варианте осуществления изобретения содержит клапан 1212 управления давлением. Имеется источник энергии, который содержит батарею 1214 или аналогичное устройство для выработки энергии. Батарея 1214 вырабатывает энергию для управления подачей рабочей среды к обрабатываемой детали и может также обеспечивать подвод к рабочей среде энергии в виде тепла. Каждая из первой и второй камер, кроме того, соединена с первым каналом 1216 и вторым каналом 1218, которые обеспечивают возможность пополнения рабочей среды в камерах 1208, 1210 с рабочей средой. Первый и второй каналы могут соединяться с устройством для подачи материала или коллектором-распределителем в устройстве смены инструмента. В других вариантах осуществления изобретения такое пополнение может быть не предусмотрено.

Коллектор-распределитель может быть соединен с обрабатывающей головкой, в то время как головка зажата в обрабатывающем станке. Батарея может быть также подключена к питающей электросети через коллектор-распределитель (то есть через соединение 1219); и батарея может подзаряжаться, пока коллектор-распределитель соединен с обрабатывающей головкой.

На фиг. 14 показана также плата 1220 управления, предназначенная для управления перемещением обрабатывающей головки, импульсами струйной подачи и для регулирования давления в камерах 1208 и 1210 с рабочей средой.

Имеется также устройство беспроводной связи, предназначенное для соединения с источником данных для данных для печати изображения и для управления и задания координат положения головки с помощью устройства контроллера положения с ЧПУ типа CNC. Такие устройства беспроводной связи являются известными и их подробное описание в данной заявке не приводится. В соответствии с другим вариантом данные могут подаваться устройству посредством проводного соединения, подведенного к головке из коллектора-распределителя или стыковочной системы, за счет того, что в обрабатывающую головку введено запоминающее устройство, такое как карта памяти, или за счет более традиционных устройств.

На фиг. 15 показан другой вариант осуществления изобретения, приспособленный для выдавливания нагретого полимера. В этом варианте осуществления изобретения, как и в варианте осуществления изобретения по фиг. 13, рабочая среда представлена в виде полимерной нити. Подобные элементы обозначены соответствующими цифровыми позициями. В этом варианте осуществления изобретения каждая из первой нити 1158 и второй нити 1160 представлена в виде нити, намотанной соответственно на первую катушку 1300 и вторую катушку 1302. Первая и вторая нити сматываются с соответствующих первой и второй катушек 1300 и 1302 с помощью соответствующих устройств 1166 подачи нити. От источника энергии (не показан) к первой и второй камерам подводится энергия для нагрева нитей, когда они проходят через первую и вторую камеры 1168 и 1170. К обрабатывающей головке через коллектор-распределитель, подключаемый к обрабатывающей головке, подключен источник 1304 энергии. В этом варианте осуществления изобретения может автоматически осуществляться замена всей обрабатывающей головки, когда рабочая среда израсходована. Таким образом, обработка не задерживается и головка с пустыми катушками может быть пополнена, пока обрабатывающая головка не используется и размещена в устройстве смены инструмента или другом месте хранения.

На фиг. 16 показан следующий вариант осуществления изобретения, имеющий обрабатывающую головку 200, приспособленную для избирательного удержания в зажимном устройстве 202. Этот вариант осуществления изобретения, возможно, аналогичен варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 2-4, и аналогичные детали обозначены аналогичными цифровыми позициями.

В варианте осуществления изобретения, описываемом в привязке к фиг. 16, источник энергии обеспечивается высоковольтным источником 516 электропитания и направляющее устройство, предназначенное для направления источника энергии на обрабатываемую деталь 104, представлено токопроводящим каналом 520 и электродом 508. Обычно токопроводящий канал 520 может быть представлен проводом, таким как медный провод, кабель и т.п.

Имеется также источник 224 рабочей среды, приспособленный для подачи к обрабатываемой детали 104 текучей среды, в качестве которой могут использоваться одна или несколько текучих сред, описанных в данной заявке.

Для удобства и обеспечения защиты токопроводящий канал 520 и источник 224 рабочей среды размещены внутри гибкого питателя 514.

В варианте осуществления изобретения по фиг. 16 можно видеть, что обрабатываемая деталь соединена с заземлением 1600, и вследствие этого становится возможным зажечь дугу 513 до обрабатываемой детали для получения плазменного источника энергии.

Как и варианте осуществления изобретения, рассмотренном ранее, имеется стыковочный коллектор-распределитель 600 питателя, который в данном случае расположен в концевой области гибкого питателя 514 и приспособлен для соединения с коллектором-распределителем 1602 обрабатывающей головки на обрабатывающей головке 200.

Может быть предусмотрена по существу планарная стыковочная поверхность 700, прилегая к которой может находиться в состоянии хранения стыковочный коллектор-распределитель 600, когда он не используется. В данном случае планарная поверхность показана на источнике 516 электропитания.

На фиг. 17а-17b показан вариант осуществления изобретения по фиг. 16 на различных этапах сборки.

Так, из фиг. 17а видно, что обрабатывающая головка 200 содержится в пункте, отведенном для инструментов, или подобном месте, удаленном от зажимного устройства 202, когда она не используется. В этом состоянии зажимное устройство свободно и может использоваться для удержания других обрабатывающих головок или механообрабатывающих головок для выполнения на обрабатываемой детали 104 операций, которые нельзя выполнить с помощью обрабатывающей головки 200. Как видно, стыковочный коллектор-распределитель 600 питателя установлен на по существу планарной стыковочной поверхности 700.

Затем используется такое устройство, как манипулятор, устройство смены инструмента или подобное устройство (не показаны) для перемещения обрабатывающей головки 200 в зажимное устройство 202. Такое устройство компонентов показано на фиг 17b, и манипулятор по существу можно рассматривать как устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя, то есть как устройство для перемещения.

Далее устройство для перемещения (которое может быть таким или может быть не таким, как устройство для перемещения, используемое для перемещения обрабатывающей головки), такое как манипулятор или подобное устройство (не показано), используется для перемещения гибкого питателя 514, содержащего направляющее устройство 520, и стыковочного коллектора-распределителя 600 питателя в такое место, что стыковочный коллектор-распределитель 600 питателя соединяется со стыковочным коллектором-распределителем 1602 обрабатывающей головки. Это устройство компонентов показано на фиг. 17с и обеспечивает возможность прохождения текучих сред от источника 224 рабочей среды через стыковочный коллектор-распределитель 600 питателя, через стыковочный коллектор-распределитель 1602 обрабатывающей головки и в обрабатывающую головку 200. Кроме того, подключение направляющего устройства 520 обеспечивает возможность поступления электроэнергии от источника 516 электропитания к обрабатывающей головке 200, через электрод 508 и через зазор к обрабатываемой детали 104 и, в конечном счете, к заземлению 1600.

На фиг. 18 показан следующий иллюстративный вариант осуществления изобретения, в котором обрабатывающая головка приспособлена для получения источника энергии, который направляется на обрабатываемую деталь вблизи обрабатывающей головки.

Эта фигура аналогична фиг. 2, и аналогичные части обозначены аналогичными цифровыми позициями. Однако в варианте осуществления изобретения, описываемом в привязке к фиг. 18, обрабатывающая головка не подает рабочую среду и предназначена лишь для подачи энергии к обрабатываемой детали. Стыковочное устройство может функционировать аналогично тому, как описано в отношении фиг. 3, 4а, 4b и 4с или на фиг. 16а, 16b, 16с и 17, с соответствующими изменениями и повторно его работа ниже не описывается. Специалисту понятно, что в варианте осуществления изобретения, обеспечивающем подачу энергии к обрабатываемой детали без подачи рабочей среды, без элементов 304, 306, 308 и 310 вполне можно обойтись. Однако такие варианты осуществления изобретения, предположительно, будут обеспечивать подачу текучих сред, таких как охладители, защитные газы и т.п. Такие текучие среды могут быть пропущены через каналы в коллекторе-распределителе, показанном на фиг. 3. Еще в одних альтернативных вариантах осуществления изобретения текучие среды могут быть подведены непосредственно на обрабатываемую деталь, а не через коллектор-распределитель, и далее подвергаются обработке с помощью обрабатывающей головки.

Следует отметить, что на фиг. 18 источник рабочей среды изъят.

Таким образом, в варианте осуществления изобретения по фиг. 18 контроллер 106 приспособлен для управления перемещением лазерного луча 206, чтобы перемещаться по обрабатываемой детали 104. Скорость, с которой под действием контроллера по обрабатываемой детали перемещается лазерный луч 206, будет влиять на величину энергии, подводимой к определенной зоне (то есть части) обрабатываемой детали. Кроме того, контроллер 106 приспособлен для включения и выключения лазера, чтобы регулировать энергию.

Очевидно, что специалист может изменить комбинацию признаков, предусмотренных в конкретном варианте осуществления обрабатывающей головки. Например, в одной и той же головке может быть предусмотрено меньше или больше осаждающих элементов. Кроме того, в головки могут быть введены такие источники энергии для обработки, как источники ультрафиолетового, инфракрасного, фотонного излучения или им подобные, для обеспечения отверждения или расплавления осаждаемых рабочих сред, что является известным в области техники, к которой относится изобретение.

1. Многокоординатный обрабатывающий станок, содержащий сменные обрабатывающие головки, приспособленные для осаждения материала на обрабатываемую деталь или для наращивания обрабатываемой детали, и механообрабатывающие головки, и зажимное устройство, выполненное с возможностью размещения упомянутых сменных обрабатывающих головок и механообрабатывающих головок, при этом

упомянутые обрабатывающие головки содержат по меньшей мере одно направляющее устройство, приспособленное для направления источника энергии на обрабатываемую деталь и/или рабочей среды на обрабатываемую деталь, и стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки, приспособленный для подключения к ней одной или нескольких рабочих сред, подаваемых к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали, и выполненный с возможностью обеспечения подачи по меньшей мере одной рабочей среды к обрабатывающей головке при соединении ее с зажимным устройством, и

по меньшей мере одно устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, выполненное с возможностью подачи рабочей среды или каждой рабочей среды к обрабатывающей головке при соединении двух коллекторов-распределителей.

2. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 1, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель питателя выполнен с возможностью обеспечения передачи источника энергии в обрабатывающую головку через стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки.

3. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 1, отличающийся тем, что в стыковочном коллекторе-распределителе выполнены каналы, приспособленные для подачи по меньшей мере одной рабочей среды.

4. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 3, отличающийся тем, что в стыковочном коллекторе-распределителе выполнены каналы, приспособленные для подачи охлаждающей рабочей среды, предназначенной для охлаждения направляющего устройства или каждого направляющего устройства внутри обрабатывающей головки, рабочей среды и/или защитной среды.

5. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 3 или 4, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель питателя содержит центрирующее устройство, приспособленное для совмещения по меньшей мере одного из источников рабочих сред и источника энергии с каналами внутри стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, и при этом центрирующее устройство приспособлено для соединения с ним при применении питателя, приспособленного для передачи источника энергии в обрабатывающую головку.

6. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 1, отличающийся тем, что обрабатывающая головка приспособлена для фокусировки источника энергии на область, находящуюся на одной прямой с продольной осью обрабатывающей головки, и при этом источник энергии представляет собой по меньшей мере один из следующих источников: лазерный луч, электронный луч, дуга, плазма, сфокусированное электромагнитное излучение, электромагнитное излучение с расходящимся лучом.

7. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 1, отличающийся тем, что направляющее устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: одну или несколько линз, зеркала, призмы, дифракционные решетки, расширители луча, пространственные модуляторы света, оптические устройства, устройство электрической связи, проводящие каналы для рабочих сред, устройство индуктивной связи, защищенные каналы, компоненты управления лучом, генераторы возбуждения для управления лучом, микроэлектромеханические системы, микрозеркальные устройства.

8. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 1, отличающийся тем, что рабочая среда содержит одно из следующего: металл, полимер или керамический материал в форме порошка или нити, охлаждающие или обрабатывающие текучие среды, газы, обрабатывающую текучую среду.

9. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть рабочих сред получена от подачи рабочих сред к обрабатывающему станку.

10. Комплект для многокоординатного обрабатывающего станка, содержащий

обрабатывающую головку, приспособленную для осаждения материала на обрабатываемую деталь или для наращивания обрабатываемой детали и выполненную с возможностью присоединения к многокоординатному обрабатывающему станку по любому из пп. 1-9,

стыковочный коллектор-распределитель питателя, при этом упомянутая обрабатывающая головка приспособлена для соединения при применении с зажимным устройством многокоординатного обрабатывающего станка,

по меньшей мере одно направляюще устройство, приспособленное для фокусировки источника энергии на обрабатываемую деталь, и

стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки, приспособленный для подключения к нему по меньшей мере одной рабочей среды, подаваемой к обрабатывающей головке,

и при этом стыковочный коллектор-распределитель питателя содержит устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения и/или отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки так, что при соединении двух коллекторов-распределителей рабочая среда подается к обрабатывающей головке.

11. Комплект по п. 10, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель приспособлен для обеспечения возможности передачи источника энергии в обрабатывающую головку от стыковочного коллектора-распределителя питателя.

12. Комплект по п. 10, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки содержит каналы, приспособленные для подачи рабочей среды.

13. Комплект по п. 12, отличающийся тем, что указанный стыковочный коллектор-распределитель содержит каналы, приспособленные для подачи по меньшей мере одной из охлаждающей рабочей среды, приспособленной для охлаждения направляющего устройства, или каждого направляющего устройства внутри обрабатывающей головки, рабочей среды и/или защитной среды.

14. Комплект по п. 12, отличающийся тем, что направляющее устройство выполнено с возможностью обеспечения расплавления рабочей среды, обрабатываемой источником энергии, внутри обрабатывающей головки или за пределами обрабатывающей головки.

15. Комплект по п. 13, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель содержит центрирующее устройство, приспособленное для совмещения по меньшей мере одного из источников рабочей среды внутри стыковочного коллектора-распределителя питателя с каналами внутри стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки, при этом центрирующее устройство предпочтительно приспособлено для подключения к нему питателя, приспособленного для передачи источника энергии в обрабатывающую головку.

16. Комплект по любому из пп. 10-15, отличающийся тем, что он приспособлен для фокусировки источника энергии на точке или области, находящейся на одной прямой с продольной осью обрабатывающей головки.

17. Способ присоединения к многокоординатному обрабатывающему станку по одному из пп. 1-9 обрабатывающей головки для осаждения материала на обрабатываемую деталь или для наращивания обрабатываемой детали, которая выполнена с возможностью фокусировки источника энергии на обрабатываемую деталь, при этом способ включает

a) обеспечение выбора многокоординатным обрабатывающим станком обрабатывающей головки из местоположения хранения и введения обрабатывающей головки в зажимное устройство многокоординатного обрабатывающего станка, и

b) приведение в действие устройства для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения со стыковочным коллектором-распределителем обрабатывающей головки,

c) при этом соединение стыковочного коллектора-распределителя питателя и стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки обеспечивает подачу по меньшей мере одного источника рабочей среды к обрабатывающей головке так, что при применении может осуществляться подача рабочей среды или каждой рабочей среды.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что стыковочный коллектор-распределитель питателя перемещают в соединение со стыковочным коллектором-распределителем обрабатывающей головки до или в течение момента установки обрабатывающей головки в зажимное устройство многокоординатного обрабатывающего станка.

19. Многокоординатный обрабатывающий станок, являющийся многокоординатным станком, приспособленным для обработки обрабатываемой детали, при этом многокоординатный обрабатывающий станок содержит

по меньшей мере одну обрабатывающую головку для осаждения материала на обрабатываемую деталь или для наращивания обрабатываемой детали и по меньшей мере одну механообрабатывающую головку,

зажимное устройство, приспособленное для размещения одного из по меньшей мере одной обрабатывающей головки и по меньшей мере одной механообрабатывающей головки,

причем многокоординатный обрабатывающий станок выполнен с возможностью перемещения обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки из рабочего положения в положение замены головки, высвобождения обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки из зажимного устройства, выбора альтернативной обрабатывающей головки или механообрабатывающей головки, размещения альтернативной обрабатывающей головки в зажимном устройстве и возврата в рабочее положение,

при этом обрабатывающая головка содержит источник рабочей среды с емкостью, расположенной в обрабатывающей головке.

20. Многокоординатный обрабатывающий станок по любому из пп. 1-9 или 19, содержащий емкость с камерой, приспособленной для вмещения источника флюидизированной, наполовину или полностью расплавленной, размягченной, представленной в виде суспензии, полутвердой и твердой рабочей среды в порошкообразной форме, в форме гранул, проволоки, нити, тонкой пластинки, листа, блока или стержня или в виде газообразной рабочей среды.

21. Многокоординатный обрабатывающий станок по любому из пп. 1-9 или 19, отличающийся тем, что рабочая среда выбрана из группы, включающей металлы, неметаллы, полимеры, керамический материал, обрабатывающие текучие среды, охлаждающие текучие среды, газы, нити, стержни, ленты, порошки, жидкости, пасты, эмульсии, суспензии, клей, тонкую пластинку, листы, фольгу или их смеси.

22. Многокоординатный обрабатывающий станок по любому из пп. 1-9 или 19, отличающийся тем, что рабочая среда прерывисто подается к обрабатывающей головке и предпочтительно к емкости с рабочей средой, расположенной внутри обрабатывающей головки.

23. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 22, отличающийся тем, что емкость содержит патрон, вмещающий источник обрабатываемой рабочей среды.

24. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 22, отличающийся тем, что емкость выполнена с возможностью пополнения предпочтительно при расположении обрабатывающей головки в месте хранения, например при хранении в устройстве смены инструмента.

25. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 19, отличающийся тем, что он дополнительно содержит источник энергии, приспособленный для подачи энергии от источника энергии к одному из обрабатывающей головки, рабочей среды и обрабатываемой детали.

26. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 25, отличающийся тем, что источник энергии расположен в обрабатывающей головке, и при этом источник энергии предпочтительно содержит одно или несколько из следующего: электрическую энергию, воздух или газы/пары под давлением, запасенную механическую энергию в пружине, энергию, запасенную в химическом виде, лазерный луч, электронный луч, дугу, плазму, энергию ультрафиолетового, инфракрасного или другого электромагнитного излучения.

27. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 22, отличающийся тем, что источник энергии получает энергию с помощью по меньшей мере одного из соединителя от внешнего источника энергии в виде батареи, расположенной в обрабатывающей головке, генератора, использующего вращение шпинделя, или беспроводной индукции.

28. Многокоординатный обрабатывающий станок по любому из пп. 1-9 и 19, отличающийся тем, что он содержит контроллер для управления перемещением, положением и действием обрабатывающей головки, при этом контроллер является составной частью контроллера для управления станками с числовым программным управлением типа CNC, при этом контроллер дополнительно управляет частью или всем из следующего: прохождением обработки, осаждением рабочей среды, продувкой рабочей среды, нагревом обрабатывающей головки или рабочей среды, текущим контролем уровня рабочей среды, текущим контролем количества рабочей среды в контейнере, данными, касающимися обрабатываемой детали, подлежащей обработке, или рисунка, подлежащего нанесению, текущим контролем обрабатываемой детали, осажденной рабочей среды или энергии, текущим контролем степени исправности и функционирования головки, связью с многокоординатным обрабатывающим станком, синхронизацией действия с движением многокоординатного обрабатывающего станка.

29. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 20, отличающийся тем, что рабочая среда выбрана из группы, включающей металлы, неметаллы, полимеры, керамический материал, обрабатывающие текучие среды, охлаждающие текучие среды, газы, нити, стержни, ленты, порошки, жидкости, пасты, эмульсии, суспензии, клей, тонкую пластинку, листы, фольгу или их смеси.

30. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 20, отличающийся тем, что рабочая среда прерывисто подается к обрабатывающей головке и предпочтительно к емкости с рабочей средой, расположенной внутри обрабатывающей головки.

31. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 30, отличающийся тем, что емкость содержит патрон, вмещающий источник рабочей среды.

32. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 30, отличающийся тем, что емкость выполнена с возможностью пополнения предпочтительно при расположении обрабатывающей головки в месте хранения, например при хранении в устройстве смены инструмента.

33. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 20, отличающийся тем, что он дополнительно содержит источник энергии, приспособленный для подачи энергии от источника энергии к одному из обрабатывающей головки, рабочей среды и обрабатываемой детали.

34. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 33, отличающийся тем, что источник энергии расположен в обрабатывающей головке, и при этом источник энергии предпочтительно содержит одно или несколько из следующего: электрическую энергию, воздух или газы/пары под давлением, запасенную механическую энергию в пружине, энергию, запасенную в химическом виде, лазерный луч, электронный луч, дугу, плазму, энергию ультрафиолетового, инфракрасного или другого электромагнитного излучения.

35. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 33, отличающийся тем, что источник энергии получает энергию с помощью по меньшей мере одного из соединителя от внешнего источника энергии в виде батареи, расположенной в обрабатывающей головке, генератора, использующего вращение шпинделя или беспроводной индукции.

36. Многокоординатный обрабатывающий станок по п. 20, отличающийся тем, что он содержит контроллер, выполненный с возможностью управления перемещением, положением и действием обрабатывающей головки и являющийся составной частью контроллера для управления станками с числовым программным управлением типа CNC, при этом контроллер выполнен с возможностью дополнительно управлять частью или всем из следующего: прохождением обработки, осаждением рабочей среды, продувкой рабочей среды, нагревом обрабатывающей головки или рабочей среды, текущим контролем уровня рабочей среды, текущим контролем количества рабочей среды в контейнере, данными, касающимися детали, подлежащей обработке, или рисунка, подлежащего нанесению, текущим контролем обрабатываемой детали, осажденной рабочей среды или энергии, текущим контролем степени исправности и функционирования головки, связью с многокоординатным обрабатывающим станком, синхронизацией действия с движением многокоординатного обрабатывающего станка.

37. Обрабатывающая головка для осаждения материала на обрабатываемую деталь многокоординатного обрабатывающего станка по п. 19 или 20, содержащая источник обрабатываемой рабочей среды в виде емкости.

38. Комплект для многокоординатного обрабатывающего станка, содержащий

по меньшей мере одну обрабатывающую головку по п.37 в комбинации с емкостью с рабочей средой,

источник энергии,

контроллер, приспособленный для управления действием и/или положением обрабатывающей головки относительно обрабатываемой детали, и

источник энергии, приспособленный для подачи энергии к рабочей среде в обрабатывающей головке,

при этом обрабатывающая головка выполнена с возможностью соединения с многокоординатным обрабатывающим станком.

39. Комплект по п. 38, отличающийся тем, что источник рабочей среды дополнительно содержит устройство для пополнения рабочей среды, подключаемое к обрабатывающей головке при применении и/или размещаемое в положении хранения или пополнения в многокоординатном обрабатывающем станке, и предпочтительно устройство для пополнения приспособлено для повторного заполнения или перезарядки источника обрабатываемой рабочей среды.

40. Комплект по п. 38 или 39, отличающийся тем, что источник рабочей среды содержит одно из камеры, приспособленной для вмещения источника рабочей среды, патрона, содержащего источник рабочей среды, при этом патрон предпочтительно является сменным, коллектора-распределителя, приспособленного для подвода рабочей среды к обрабатывающей головке, в то время как обрабатывающая головка соединена со шпинделем многокоординатного обрабатывающего станка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к станку для трехмерной обработки объемных металлических предметов в собранном состоянии, в частности для тепловой и/или лазерной резки. Станок состоит из рамы (1).

Изобретение относится к изготовлению металлического листа. Осуществляют штамповку первой поверхности, при этом на первой поверхности и второй поверхности металлического листа соответственно образуются выемка и выступ, где первая поверхность и вторая поверхность перпендикулярны к направлению толщины металлического листа.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки деталей сложной формы без переустановки с максимальной концентрацией операций для выполнения токарных, сверлильных, фрезерных, расточных, зубофрезерных и шлифовальных операций, резки, полирования и с использованием лазера для сверления, требующих движения инструмента одновременно по 3-5 координатам.

Изобретение относится к установке и способу изготовления металлической цилиндрической основы с твердосплавным металлическим покрытием. .
Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при сверлении глубоких отверстий малого диаметра в деталях из мягкого (вязкого) материала, например меди, свинца, используемых в мундштуках для сварочных полуавтоматов и небольших деталях, имеющих небольшую толщину стенок.

Изобретение относится к области машиностроения, обработке точных винтов из труднообрабатываемых материалов. .

Изобретение относится к области машиностроения, обработке точных винтов из труднообрабатываемых материалов. .

Изобретение относится к области машиностроения, машинам для обработки конструкционных материалов. .

Изобретение относится к области технологии машиностроения, чистовой обработке нежестких деталей. .

Изобретение относится к области обработки материалов резанием, точению закаливающихся сталей. .

Изобретение относится к способам термической обработки металлов, в частности к способам получения износостойких структур при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Изобретение относится к лазерной обрабатывающей головке (1) и может быть использовано для обработки материалов с помощью лазерного излучения. Головка содержит коллиматорную оптику (21) для коллимации расходящегося рабочего лазерного луча (121) и фокусирующую оптику для фокусирования рабочего лазерного луча (12) на подлежащей обработке детали (14).

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа формирования в образце оптического материала оболочки трубчатого канального волновода.

Изобретение относится к устройству и способу защиты зоны газопорошковой лазерной наплавки металлов от внешней среды (варианты). Устройство содержит защитный колпак, установленный на срезе соплового насадка.

Изобретение относится к автоматизированному комплексу для лазерного термоупрочнения поверхностей изделий. Технический результат изобретения состоит в расширении технологических возможностей и повышении качества обработки поверхности изделий.

Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб. В предлагаемом способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют диапазон изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений параметров сварки.

Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для упрочнения поверхности новых деталей машин и инструмента, а также для восстановления поверхностей изношенных деталей.

Изобретение относится к лазерной системе с многолучевым выходным излучением (варианты) и способу сварки заготовок. Система представляет мультиволоконную лазерную систему, подающую выходное излучение по меньшей мере по трем волокнам, расположенным по окружности или же выходное излучение по меньшей мере четырех отдельных лазеров из одного рабочего кабеля.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно–дуговой наплавки изделия из металла. Способ включает формирование сварочной ванны на изделии в виде подложки, детали или предыдущего наплавленного слоя одновременным воздействием электрической дуги и маломощным лазерным лучом 100-200 Вт в защитной среде.

Обрабатывающий станок, приспособленный для подвода источника энергии через обрабатывающую головку на обрабатываемую деталь. Обрабатывающий станок имеет зажимное устройство, приспособленное для временного размещения обрабатывающей головки или другой механообрабатывающей или обрабатывающей головки для обработки обрабатываемой детали. Обрабатывающая головка содержит одно или несколько направляющих устройств, приспособленных для направления источника энергии на обрабатываемую деталь, и стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки, приспособленный для подключения к нему одной или нескольких рабочих сред, которые при применении подаются к обрабатывающей головке для облегчения обработки обрабатываемой детали. Стыковочный коллектор-распределитель обрабатывающей головки обеспечивает возможность подачи одной или нескольких рабочих сред к обрабатывающей головке, когда обрабатывающая головка соединена с зажимным устройством. Обрабатывающий станок содержит также по меньшей мере одно устройство, приспособленное для перемещения стыковочного коллектора-распределителя питателя в положение соединения иили отсоединения от стыковочного коллектора-распределителя обрабатывающей головки так, что при соединении двух коллекторов-распределителей рабочая среда или каждая рабочая среда подается к обрабатывающей головке. 6 н. и 34 з.п. ф-лы, 18 ил.

Наверх