[0001] 本发明一般而言涉及加工机械，更特定而言涉及能够进行增材加工的加工机械。

[0002] 关于以往的加工机械，在例如日本特开2004-314168号公报中公开有泵设备类的激光堆焊装置，其目的在于不在母材产生裂纹、迅速且准确地进行堆焊(专利文献1)。专利文献1所公开的激光堆焊装置具有：粉末供给机，其将氩气作为载气来供给金属材料(粉末)；涡流式粉末供给喷嘴，其使被供给来的金属材料与氩气均匀地混合，同时将氩气和氮气的混合气体用作保护气体；以及多轴机器人，其使涡流式粉末供给喷嘴移动。

[0003] 另外，在日本特开2012-206137号公报中公开了一种修补装置，其目的在于不借助人手就能容易地进行堆焊(专利文献2)。专利文献2所公开的修补装置具有：材料供给部；激光装置，其照射激光点光；以及焊接机器人，其具有多关节的臂，使激光点光沿着三维方向移动。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2004-314168号公报

[0007] 专利文献2：日本特开2012-206137号公报

[0028] 参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下，在参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同的附图标记。

[0029] (实施方式1)

[0030] 图1是表示本发明的实施方式1的增材加工用的加工机械的立体图。图2是表示图1中的加工机械和图1中的加工机械所连结的减材加工用的机床的立体图。

[0031] 参照图1和图2，机床70进行工件的减材加工(SM(Subtractive manufacturing)加工)。本实施方式中的加工机械10通过与机床70连结来进行工件的增材加工(AM(Additive manufacturing)加工)。

[0032] 首先，对加工机械10的整体构造进行说明。加工机械10具有增材加工用头31和头驱动机构部(未图示)。增材加工用头31通过向工件喷出材料粉末并且照射激光，来进行增材加工(指向性能量堆积法(Directed Energy Deposition))。头驱动机构部由各种进给机构、引导机构、伺服马达等构成。

[0033] 增材加工用头31设置为能够利用头驱动机构部而在沿着铅垂方向延伸的X轴方向、与X轴正交且沿着水平方向延伸的Y轴方向、与X轴和Y轴正交且沿着水平方向延伸的Z轴方向上移动。增材加工用头31还设置为能够利用头驱动机构部而以与Y轴平行的中心轴线为中心回转(B轴回转)。由此能够使增材加工用头31的加工位置三维地移动，并且变更向工件照射激光的朝向。

[0034] 更具体地说明增材加工用头31的构造，增材加工用头31具有主体部32和激光出射部33。

[0035] 主体部32以能够绕B轴回转的状态固定于后述的头支承用筒25的顶端。向主体部32导入从后述的材料粉末供给装置61供给来的材料粉末，向主体部32导入利用后述的激光振荡装置62而振荡了的激光。在主体部32内置有准直透镜、反射镜等，导入到主体部32的激光被朝向激光出射部33引导。

[0036] 在激光出射部33形成有开口部35，经由该开口部35出射激光，并喷出材料粉末。开口部35在沿着增材加工用头31的半径方向与增材加工用头31的回转轴线(B轴)隔开距离的位置开口。在激光出射部33内置有光学零件34。光学零件34是用于使激光向工件上聚光的零件(聚光透镜、镜等)，确定工件中的激光的照射区域。开口部35具有能够供从光学零件34朝向工件的激光通过的开口形状。

[0037] 激光出射部33也可以能够拆装地设于主体部32。在该情况下，通过准备内置彼此不同的种类的光学零件34的多个激光出射部33，能够将适于所执行的增材加工的激光出射部33安装固定于主体部32。根据光学零件34的种类的不同，工件中的激光的照射区域的形状(例如圆区域或矩形区域)、大小(例如φ2mm或φ4mm)不同。

[0038] 图3是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。参照图3，利用头驱动机构部(未图示)，在使开口部35的开口面面对工件40的表面的状态下，使增材加工用头31相对于工件40扫描。此时，激光311、材料粉末312、保护和载体用的气体313从增材加工用头31的开口部35朝向工件40喷出。由此，在工件40的表面形成熔点314，其结果，材料粉末312熔接。

[0039] 具体而言，在工件40的表面形成堆焊层316。在堆焊层316上堆起堆焊原材料315。若堆焊原材料315被冷却，则成为在工件40的表面形成有能够进行加工的层的状态。

[0040] 此外，也可以使用电子束来替代激光311。作为材料粉末，能够利用铝合金和镁合金等金属粉末、陶瓷粉末。

[0041] 参照图1和图2，加工机械10还具有连结部21、头支承用筒25和前面罩23。

[0042] 连结部21设置为能够连结于机床70。在从Y轴方向观察的情况下，连结部21具有与在机床70形成的开口部73的开口面相对应的形状(在本实施方式中，矩形形状)。之后详细地说明连结部21的与机床70相连的连结构造。

[0043] 连结部21整体上具有大致长方体形状。连结部21具有：前面部21m，其面对Y轴方向；以及侧面部21n，其沿着与前面部21m相交的方向延伸。前面部21m具有呈带状的缘部而在其内侧开口。前面罩23以堵塞前面部21m的开口部的方式设置。

[0044] 头支承用筒25从前面罩23沿着Y轴方向呈筒状(圆筒状)突出，在该突出的顶端设有增材加工用头31。增材加工用头31借助头支承用筒25而与头驱动机构部(未图示)连接。前面罩23是面板式的伸缩罩，容许增材加工用头31(头支承用筒25)的在X轴方向和Z轴方向上的移动。

[0045] 加工机械10具有推车部51。推车部51具有多个车轮52，设置为能够移动。增材加工用头31和连结部21搭载于推车部51。

[0046] 加工机械10还具有材料粉末供给装置61、激光振荡装置62以及管构件63。材料粉末供给装置61具有：材料粉末罐，其用于贮存增材加工所使用的材料粉末；以及混合部，其用于将材料粉末和载气混合，材料粉末供给装置61朝向增材加工用头31供给材料粉末。激光振荡装置62使增材加工所使用的激光振荡。在管构件63收纳有：光纤，其用于将来自激光振荡装置62的激光朝向增材加工用头31引导；以及配管，其用于将由材料粉末供给装置61供给来的材料粉末朝向增材加工用头31引导。

[0047] 材料粉末供给装置61和激光振荡装置62搭载于推车部51。由此，加工机械10作为材料粉末供给装置61和激光振荡装置62一体而成的增材加工用单元，设置为能够移动。

[0048] 加工机械10还具有非活性气体供给部(未图示)和环境计量装置(未图示)。非活性气体供给部设置为在增材加工时朝向工件喷出的非活性气体(图3中的保护和载体用的气体313)的供给源。优选的是，非活性气体供给部搭载于推车部51。

[0049] 环境计量装置用于对机床70的加工区域内的环境进行计量。作为那样的环境计量装置的一个例子，列举出氧浓度传感器、湿度传感器或温度传感器。优选的是，这些传感器安装于增材加工用头31。

[0050] 在材料粉末使用钛(Ti)、铝(Al)的情况下，存在以下隐患：若在氧气氛中进行增材加工，则由于材料的氧化而气泡残留在工件中，或者，特别是在使用微粉末作为材料粉末的情况下，由于急剧的氧化而妨碍增材加工的执行。为了消除这样的担心，氧浓度传感器对机床70的加工区域内的氧浓度进行计量。另外，由铝构成的材料粉末与水分反应而发热。为了防止这样的材料粉末的发热，湿度传感器对机床70的加工区域内的湿度进行计量。为了测定由于激光的照射而形成的加热部的温度，设置温度传感器。作为温度传感器，使用例如辐射温度计。

[0051] 此外，由加工机械10执行的增材加工并不限于上述的指向性能量堆积法，例如也可以是将熔融后的热塑性树脂层叠于工件而形成三维形状的材料挤压法、利用热使粉末床的表面附近选择性地熔融·固化而层叠的粉末床熔融结合法。

[0052] 接下来，对加工机械10所连结的机床70的整体构造进行说明。机床70是通过使工件旋转并使刀具与该工件接触来进行加工的车床。

[0053] 机床70具有机座(未图示)、主轴台80、尾座89以及刀架84。

[0054] 机座是用于支承上述列举的其他零件的基础部分，设置于工厂等的安装面。机座由铸铁等金属形成。

[0055] 在机座安装有主轴台80和尾座89。主轴台80和尾座89在Z轴方向上彼此相对地设置。主轴台80具有用于使工件旋转的主轴81。主轴81设置为能够以与Z轴平行的中心轴线为中心旋转。在主轴81设有用于将工件保持成能够拆装的卡盘机构。在主轴台80安装固定有纵长的工件的情况下，尾座89具有支承该工件的端部的功能。

[0056] 刀架84由未图示的床鞍等支承于机座上。刀架84设置为能够利用设于床鞍等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等而沿着Xa轴方向、Ya轴方向和Z轴方向移动。此外，Xa轴与Z轴正交，沿着相对于水平方向呈45度的方向延伸。Ya轴与Xa轴和Z轴正交，沿着相对于水平方向呈45度的方向延伸。

[0057] 刀架84用于安装固定用于车削加工的多个固定刀具。刀架84是所谓的转塔形，多个固定刀具呈放射状安装，进行回转分度。

[0058] 更具体而言，刀架84具有回转部85。回转部85设置为能够以与Z轴平行的中心轴线为中心回转。在以其中心轴线为中心沿着其周向隔开间隔的位置安装有用于保持固定刀具的刀具保持件。通过回转部85回转，保持于刀具保持件的固定刀具沿着周向移动，车削加工所使用的固定刀具被分度。

[0059] 机床70还具有防护罩71。防护罩71划分形成工件的加工区域，并且设置为构成机床70的外观的罩体。

[0060] 防护罩71具有门部72和被连结部76。门部72是划分形成工件的加工区域的罩体的一部分，设置为能够开闭。在本实施方式中，门部72设置为能够沿着Z轴方向移动的滑动式的门。通过门部72设为闭状态，加工区域被封闭，通过门部72设为开状态，形成从外部通向加工区域内的开口部73。在本实施方式中，开口部73面对Y轴方向地开口。开口部73具有矩形形状的开口面。

[0061] 被连结部76具有对开口部73的开口面进行仿形的框形状。被连结部76是加工机械10的连结部21所连结的部位。被连结部76具有前面部76m和侧面部76n。前面部76m和侧面部
76n在开口部73的开口面的周围呈用于收纳加工机械10的连结部21的凹形状。

[0062] 机床70还具有操作面板88。操作面板88包括在对机床70进行操作之际所使用的各种按钮、开关、用于显示机床70中的加工状态等的显示部等。在本实施方式中，操作面板88兼用作加工机械10的操作面板。即，在增材加工时，与操作面板88处的操作相对应的控制信号经由后述的电连接器部77p和电连接器部77q向加工机械10侧传递，增材加工用头31动作。

[0063] 图4是表示加工机械的与图2中的机床相连的连结部的连结构造的剖视图。在图4中，表示在水平面剖切的情况下获得的连结构造的横截面。

[0064] 参照图1、图2以及图4，在进行工件的增材加工的情况下，加工机械10的连结部21与机床70(被连结部76)连结。增材加工用头31经由开口部73被定位于机床70的加工区域200。

[0065] 连结部21与被连结部76的前面部76m和侧面部76n所形成的凹部嵌合。连结部21的前面部21m和被连结部76的前面部76m进行面接触，连结部21的侧面部21n和被连结部76的侧面部76n进行面接触。利用这样的结构，在进行加工机械10相对于机床70的定位的同时，机床70的开口部73被连结部21封闭。

[0066] 也可以是，连结部21和被连结部76具有沿着增材加工用头31的进入方向而前端变细的锥形构造，以使连结部21和被连结部76的嵌合变得容易。另外，使加工机械10相对于机床70定位的定位机构并不限于连结部21和被连结部76的嵌合构造，也可以使用例如使用了定位销的定位机构。

[0067] 为了提高增材加工时的加工区域200的密闭性，也可以是，在前面部21m与前面部76m的接触面、以及侧面部21n与侧面部76n的接触面中的至少任一者设有密封构件。

[0068] 在加工机械10和机床70设有用于在增材加工时对连结部21连结到机床70的状态进行锁定的锁定机构。

[0069] 对锁定机构的更具体的构造进行说明，在连结部21形成有销插入孔26。销插入孔26设置为在侧面部21n开口的有底的孔。机床70还具有锁定销78和锁定销驱动机构部(未图示)。锁定销78设于被连结部76。锁定销驱动机构部使锁定销78在锁定销78内置于被连结部
76的状态以及锁定销78从侧面部76n突出的状态之间进行动作。

[0070] 在连结部21与机床70的被连结部76连结之前，锁定销78设为内置到被连结部76的状态。若连结部21与机床70的被连结部76连结，则锁定销78动作成从侧面部76n突出的状态。此时，通过锁定销78插入到销插入孔26，连结部21连结到机床70的状态被锁定。

[0071] 此外，机床70的用于与加工机械10连结的部位并不限于设于开口部73的周围的上述被连结部76，也可以是与开口部73分开的位置(例如，防护罩71的位于比设为闭状态的门部72靠下方的位置的部分)。另外，机床70的用于与加工机械10连结的部位并不限于防护罩71，也可以是例如机床70的机座。机座具备高刚性，因此，能够在增材加工期间更可靠地维持加工机械10相对于机床70的位置精度。在这些情况下，为了确保增材加工时的加工区域
200的密闭性，在加工机械10设有用于对开口部73进行封闭的封闭构件。

[0072] 在加工机械10设有电连接器部77p，该电连接器部77p用于在增材加工时从机床70侧传递增材加工用头31的控制信号。在机床70设有用于与电连接器部77p连接的电连接器部77q。

[0073] 电连接器部77p设于连结部21。电连接器部77p设于连结部21的前面部21m。电连接器部77q设于被连结部76。电连接器部77q设于被连结部76的前面部76m。随着连结部21与机床70的被连结部76连结，电连接器部77p与电连接器部77q连接。

[0074] 此外，在本实施方式中，作为加工机械10和机床70之间的电接口，对使用了自动连接的电连接器部77p和电连接器部77q的构造进行了说明，但并不限于此，也可以使用由手动进行的电缆连接构造。

[0075] 在进行工件的增材加工的情况下，首先，在作为加工对象的工件安装固定到主轴台80的状态的机床70中，将门部72设为开状态，形成开口部73。使加工机械10沿着Y轴方向靠近机床70。使增材加工用头31经由开口部73进入加工区域200。使加工机械10的连结部21与机床70的被连结部76嵌合。使锁定销78动作而插入到销插入孔26。

[0076] 如此在本实施方式中的加工机械10中，通过将连结部21与机床70连结，将增材加工用头31定位于机床70的加工区域200，从而在机床70的加工区域200中进行工件的增材加工。由此，相比于从一开始与机床70独立地配备用于增材加工的加工机械的情况，能够使设备费用为低成本。

[0077] 此外，在本实施方式中，对加工机械10所连结的机床70是车床的情况进行了说明，但本发明并不限于此。例如，既可以将加工机械10与具有铣削功能的加工中心连结，也可以将加工机械10与具有车削功能和铣削功能的复合加工机连结，还可以将加工机械10与能够进行增材加工和减材加工这两者的AM/SM混合加工机械连结。

[0078] 另外，也可以是，将加工机械10与能够进行和由加工机械10执行的增材加工不同的种类的增材加工的增材加工机械连结，而不是与能够进行减材加工的机床连结。在该情况下，例如将能够进行基于指向性能量堆积法的增材加工的加工机械10与能够进行基于粉末床熔融结合法的增材加工的增材加工机械连结。

[0079] 具备用于增材加工的各种装置的加工机械10是高价的。因此通过将1台加工机械10选择性地与多台机床连结，能以低成本的设备投资进行多种工件加工。

[0080] 加工机械10也可以具有用于变更连结部21的高度的高度调整机构部。高度调整机构部例如能够由设于推车部51的液压千斤顶构造、用于使连结部21沿着高度方向滑动的进给机构、引导机构、伺服马达等来实现。利用这样的结构，能够根据连结加工机械10的机床来变更连结部21的高度。

[0081] 对以上说明的、本发明的实施方式1中的加工机械10的构造进行汇总说明，本实施方式中的加工机械10是能够进行增材加工的加工机械。加工机械10具备：连结部21，其设置为能够与能够进行减材加工的机床70连结；以及增材加工用头31，其在连结部21连结到机床70的情况下被定位于机床70的加工区域200内，用于喷出材料。

[0082] 根据如此构成的、本发明的实施方式1中的加工机械10，能够实现能以低成本配备的增材加工用的加工机械。

[0083] (实施方式2)

[0084] 在本实施方式中，对使用实施方式1中的加工机械10来连续地进行工件的增材加工和减材加工的加工方法的一个例子进行说明。

[0085] 图5是表示随着增材加工和减材加工而变化的工件的形态的图。参照图5，首先，准备母材42。母材42具有圆盘形状。接着，利用增材加工在母材42的端面上形成堆焊部43。堆焊部43具有圆柱形状。接着，利用减材加工，在堆焊部43的外周面形成螺纹部44。最后，通过使母材42和堆焊部43之间分离，获得形成有螺纹部44的最终产品47。

[0086] 图6～图11是示意性地表示图5中的工件的加工方法的工序的图。此外，图中所示的机床70具有主轴台82来替代图2中的尾座89。主轴台80和主轴台82在Z轴方向上彼此相对地设置。主轴台82具有用于使工件旋转的主轴83。主轴83设置为能够以与Z轴平行的中心轴线为中心旋转。在主轴83设有用于将工件保持为能够拆装的卡盘机构。

[0087] 参照图6，在机床70的加工区域200中，在主轴台80安装固定有母材42。将机床70的门部72设为开状态，形成开口部73。

[0088] 参照图7，使加工机械10与机床70靠近。使增材加工用头31经由开口部73进入加工区域200。将加工机械10的连结部21与机床70连结。

[0089] 参照图8，接着，对操作面板88(参照图2)进行操作，进行增材加工用头31的增材加工。具体而言，使增材加工用头31靠近被安装固定到主轴台80的母材42。在向母材42照射激光并且供给了材料粉末的状态下，使增材加工用头31在母材42的端面上扫描，从而形成堆焊部43。由此获得中间加工物46。

[0090] 增材加工完成后，解除加工机械10与机床70的连结，使加工机械10从机床70退避。机床70的门部72设为闭状态。

[0091] 参照图9，接着，对操作面板88(参照图2)进行操作，由安装固定到刀架84的刀具进行减材加工。具体而言，利用安装固定到刀架84的刀具，在堆焊部43形成螺纹部44。

[0092] 参照图10，一边使主轴81和主轴83的旋转同步，一边使主轴台80和主轴台82靠近。利用主轴83对中间加工物46的堆焊部43的端部进行夹紧。在中间加工物46的两端被主轴台
80和主轴台82保持着的状态下，进行用于使母材42和堆焊部43之间分离的减材加工(切断加工)。由此，母材42残留于主轴台80，最终产品47残留于主轴台82。

[0093] 参照图11，将机床70的门部72设为开状态，从主轴台82回收最终产品47。接下来，返回图6所示的工序，从而能够连续地制造形成有螺纹部44的最终产品47。

[0094] 根据如此构成的、本发明的实施方式2中的加工机械10和加工方法，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。

[0095] 根据本发明的1个技术方案的加工机械是能够进行增材加工的加工机械。加工机械具备：连结部，其设置为能够与能够进行减材加工的机床连结；以及增材加工用头，其在连结部连结到机床的情况下被定位于机床的加工区域内，用于喷出材料。

[0096] 根据如此构成的加工机械，通过将连结部与机床连结，将增材加工用头定位于机床的加工区域内，从而在机床的加工区域内进行工件的增材加工。因此能够实现能以低成本配备的增材加工用的加工机械。

[0097] 另外，优选的是，增材加工用头经由机床的由于门部设为开状态而形成的开口部进入加工区域内。

[0098] 根据如此构成的加工机械，不用大幅度变更机床侧的设计就能够将增材加工用头定位于机床的加工区域内。

[0099] 另外，优选的是，加工机械还具备电连接器部，该电连接器部随着连结部与机床连结而与机床连接，用于从机床侧传递增材加工用头的控制信号。

[0100] 根据如此构成的加工机械，能够使电连接器部与机床连接之际的操作性提高。

[0101] 另外，优选的是，加工机械还具备用于使增材加工用头三维地移动的头驱动机构部。

[0102] 根据如此构成的加工机械，能够使增材加工用头相对于机床的加工区域内的工件自由地移动。

[0103] 另外，优选的是，加工机械还具备用于变更连结部的高度的高度调整机构部。

[0104] 根据如此构成的加工机械，能够根据所连结的机床来变更连结部的高度。

[0105] 另外，优选的是，增材加工用头通过向工件喷出材料粉末并且照射激光，来进行增材加工。加工机械具备：推车部，其用于搭载连结部和增材加工用头；材料粉末供给装置，其搭载于推车部，用于朝向增材加工用头供给材料粉末；以及激光振荡装置，其搭载于推车部，用于使要向工件照射的激光振荡。

[0106] 根据如此构成的加工机械，能够利用推车部使材料粉末供给装置和激光振荡装置一体而成的增材加工用单元移动。

[0107] 另外，优选的是，增材加工用头在向工件喷出材料粉末并且照射激光时朝向工件喷出非活性气体。加工机械具备：非活性气体供给部，其成为朝向工件喷出的非活性气体的供给源；以及环境计量装置，其用于对机床的加工区域内的环境进行计量。

[0108] 根据如此构成的加工机械，还能够将加工机械用作非活性气体供给部和环境计量装置一体而成的增材加工用单元。

[0109] 根据本发明的另一技术方案的加工机械是能够进行第1增材加工的加工机械。加工机械具备：连结部，其设置为能够与能够进行与第1增材加工不同的种类的第2增材加工的增材加工机械连结；增材加工用头，其在连结部连结到增材加工机械的情况下被定位于增材加工机械的加工区域内，通过向工件喷出材料粉末并且照射激光，来进行第1增材加工；材料粉末供给装置，其用于朝向增材加工用头供给材料粉末；以及激光振荡装置，其用于使要向工件照射的激光振荡。

[0110] 根据如此构成的加工机械，通过将连结部与增材加工机械连结，将增材加工用头定位于增材加工机械的加工区域内，在增材加工机械的加工区域内对工件进行与由增材加工机械进行的第2增材加工不同的种类的第1增材加工。因此能够实现能以低成本配备的增材加工用的加工机械。

[0111] 应该认为此次公开的实施方式在全部的点是例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明表示，而是由权利要求书表示，意图在于包括在与权利要求书同等的意味和范围内的全部的变更。

[0112] 产业上的可利用性

[0113] 本发明适用于能够进行增材加工的加工机械。

[0114] 附图标记说明

[0115] 10、加工机械；21、连结部；21m、76m、前面部；21n、76n、侧面部；23、前面罩；25、头支承用筒；26、销插入孔；31、增材加工用头；32、主体部；33、激光出射部；34、光学零件；35、73、开口部；40、工件；42、母材；43、堆焊部；44、螺纹部；46、中间加工物；47、最终产品；51、推车部；52、车轮；61、材料粉末供给装置；62、激光振荡装置；63、管构件；70、机床；71、防护罩；72、门部；76、被连结部；77p、77q、电连接器部；78、锁定销；80、82、主轴台；81、83、主轴；84、刀架；85、回转部；88、操作面板；89、尾座；200、加工区域；311、激光；312、材料粉末；313、气体；314、熔点；315、堆焊原材料；316、堆焊层。