科创中国

行业领域

新材料技术

需求背景

随着科技的不断发展，国内外的工业自动化也在突飞猛进的发展，而增材制造由于其广泛的应用被视为工业***的重要手段之一。增减材复合制造技术是基于增材制造和减材制造工艺而提岀的一种新型快速直接成形技术，该技术兼顾了增材制造技术和减材制造技术的优点，能够直接获得结构复杂、组织致密、形状精度和表面质量高的机械零件，从而满足工业高精尖领域对精密零件的性能要求。发达国家纷纷将增减材复合制造作为未来产业发展的重点方向，为了发展增减材复合制造技术，各国纷纷开展相关性的研究，包括增减材设备的研发，增减材复合制造的几何模拟仿真、工艺路线规划、工艺参数优化，增减材过程中零件表面质量研究等。

需解决的主要技术难题

五轴切削加工装备方面：自九十年代中期国外五轴联动机床开始研制，并慢慢走向了规模化，包括德国DMG、西门子，瑞士米克朗、意大利飞迪亚、日本发那科，均有系列型五轴加工中心产品，但自东芝事件之后，五轴加工中心已成为国外对我国的封锁产品，所以其重要性不言而喻。

熔覆增材装备方面：熔覆增材技术是在上个世纪60年代提出，随后在1974年底由美国AVCO公司***. Gnanamuthn提出专利申请，并于1976年授权的一项阐述高能激光熔覆的专利 。20世纪70 年代中后期，海外激光熔覆的发展速度并不迅速。激光表面处理发表的论文篇数远少于切割和焊接，切割方面的论文数量大约是表面处理方面论文的3倍，焊接方面的论文数量居中。进入80年代之后，激光熔覆技术才得到了迅猛的发展，结合各种新型技术的发展，激光熔覆技术又焕发出了新的活力。

期望实现的主要技术目标

（1）增减材复合五轴加工中心集成及优化技术

增减材复合五轴加工中心包括五轴光机本体、五轴转台、切削主轴、熔覆头、直线模组、电气控制柜、液压站、油冷机、钣金、风琴罩、水箱、操作站等硬件组成的五轴运动系统、主轴切屑系统、熔覆头增材系统、直线模组运动系统、数控系统、润滑系统、冷却系统等，合理规划各硬件空间结构、装配关系、合理布局走线、符合相关标准、符合人员操作习惯等涉及的空间几何学、相关标准执行等是本项目的第一个难点。

（2）熔覆增材U轴设计

五轴高速切削加工机床以及激光熔覆喷嘴作为复合加工系统，该系统采用送粉的原材料推送方式，实现增减材复合加工机床的集成与控制。由于激光熔覆过程中，材料喷头移动较为缓慢以及整个喷嘴系统的重量较轻，故不需要额外准备动力系统，直接用机床现有运动平台。但是，熔覆增材U轴采用何种结构设计，才能降低集成难度，同时保证加工精度。

（3）基于国产数控系统的熔覆功能控制系统开发技术

在机床原有的CNC控制系统的基础上，在系统的现有工作区域中引入新的增材加工设备。这需要NC系统不仅能够生成刀具以及打印材料喷嘴的轨迹，而且能够快速的在二者之间自由切换。增减材复合五轴加工中心整机装配后，装配过程工艺、性能调试、系统功能应用验证、参数优化、熔覆头刀尖矢量编程、工艺参数优化、设备加工可靠性等熔覆增材对应国产五轴数控系统功能匹配及优化是本项目一个难点。

（4）安全可靠性分析及质量提升技术

目前，由于增减材复合五轴加工中心在使用中存在较多的人机交互情景，操作者在使用过程的安全性是增减材复合五轴加工中心不可忽视的指标，对中心的电击防护、电气设备保护及走线设计是影响设备安全可靠性的重要因素。同时结合中心长期处于强弱电系统复杂电磁场环境中、兼备通讯信号传输等特点，主要解决的难题：一是需要解增减材复合五轴加工中心在复杂电磁环境下的电磁兼容可靠性问题，提升其抗干扰、高可靠度的稳定工作能力，提升其长久服役的工作能力以及涉及其结构、工艺等方面安全性能指标；二是找出影响增减材复合五轴加工中心可靠性的主要因素，完成可靠性评价。由于影响增减材复合五轴加工中心可靠性的因素众多，需要将获得的测数数据进行归纳，并对增减材复合五轴加工中心进行性能失效机理分析，针对性的研究质量提升方法。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-29

周维新

重庆西南大学

教授

综合评价

技术需求清晰

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