消失模數字化成形的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種消失模數字化成形機，該成形機包括多軸運動系統(tǒng)、工作臺(10)、植針式固定平臺(20)、銑削與切割系統(tǒng)(30)；多軸運動系統(tǒng)包括X軸運動系統(tǒng)(40)、Y軸運動系統(tǒng)(50)和Z軸運動系統(tǒng)(60)、C軸運動系統(tǒng)(71)和A軸運動系統(tǒng)(72)；工作臺(10)位于多軸運動系統(tǒng)下方；植針式固定平臺(20)通過磁性卡具固定于工作臺(10)上，并通過圓形針陣列(22)固定毛坯；銑削與切割系統(tǒng)(30)安裝至C軸運動系統(tǒng)(71)上，通過多軸運動系統(tǒng)的平移和旋轉，實現消失模切削和快速切割雙重功能；本發(fā)明的有益效果:提高了成型精度，降低了制造周期和成本，實現了高質量消失模模樣的切削和快速切割加工。
【專利說明】消失模數字化成形機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及消失模數字化成形設備，屬于鑄造和數控加工的交叉【技術領域】。

【背景技術】
[0002]在汽車、機械、航空航天、國防軍工等國家重大裝備和重大工程的研制及實施過程中，零部件更新換代的速度不斷加快，短周期、小批量的新產品開發(fā)成為必然趨勢。另一方面為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，要求鑄造過程降低能源消耗、減少污染、提高金屬件質量。隨著許多新材料、新工藝的廣泛應用，對金屬件的結構形式和型腔要求也日益復雜，消失模鑄造技術應運而生。消失模鑄造技術中模樣制作是消失模鑄造成敗的關鍵，國內大型金屬件采用消失模模樣的方法，一般是經過預發(fā)泡及熟化處理，再在模具中發(fā)泡成形，較復雜的泡沫模樣還要將其分片處理，將分片泡沫模樣組合成整體泡沫模樣。從預發(fā)泡、熟化處理、發(fā)泡成形、手工粘結模型到埋砂消失模鑄造，制造周期長，成本高。近年來國內的大型消失模模樣有兩種成型方法:電熱絲切割機和普通數控機床加工。前者設備簡陋，僅能加工形狀簡單、無精度要求的結構，只適合作坊式加工無法適應大批量生產。而后者數控銑削加工泡沫時加工余量大，并且不具備切割功能，存在加工慢、精度低等問題，并且對毛坯的固定采用傳統(tǒng)的夾具，存在加工變形問題。
[0003]本發(fā)明提出一種消失模數字化成形機，該成形機具有多軸運動系統(tǒng)，在不使用模具的條件下，可實現形狀復雜三維件的消失模模樣造型，通過植針式固定平臺解決了現有技術的消失模成形機中毛坯固定存在變形問題，另外，除了切削功能外，本發(fā)明提供的消失模成形機還增加了切割功能。該成形機具有加工速度快，成本低，精度高，可節(jié)約原副材料等特點，可實現單件、小批量及大型復雜金屬件的消失?？焖僦圃?。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提出一種消失模數字化成形機，以解決現有技術的消失模加工成形中毛坯固定存在變形問題和復雜消失模快速制造問題，另外，本發(fā)明提供的消失模成形機還增加了切割功能，其特征在于:消失模數字化成形機，包括:多軸運動系統(tǒng)，至少包括X軸運動系統(tǒng)、Y軸運動系統(tǒng)和Z軸運動系統(tǒng)；工作臺，位于Z軸運動系統(tǒng)下方；植針式固定平臺位于工作臺的上方，通過磁性卡具與工作臺固定，用以固定加工過程中的泡沫毛坯；銑削與切割系統(tǒng)，位于Z軸運動系統(tǒng)下方，包括安裝座、銑削裝置和切割裝置，可實現O度和90度自由轉換，可實現銑刀切削和電熱刀切割功能的轉換。
[0005]進一步地，X軸運動系統(tǒng)包括X軸支撐架，沿第一方向延伸；X軸導軌，設置在X軸支撐架上；χ軸滑塊，設置在X軸導軌上；x軸驅動裝置，驅動齒輪齒條做為傳動單元，達到驅動X軸滑塊沿X軸導軌移動的效果；γ軸運動系統(tǒng)，包括:γ軸導軌，與X軸滑塊相連，沿與第一方向垂直的第二方向延伸，Y軸驅動裝置，驅動Y軸滑塊沿Y軸導軌移動；γ軸滑塊，設置在Y軸導軌上；ζ軸運動系統(tǒng)，包括:Ζ軸導軌，設置在Z軸導軌上的Z軸滑塊，與Y軸滑塊相連，沿與第一方向和第二方向形成的平面垂直的第三方向延伸；ζ軸驅動裝置，驅動Z軸滑塊沿Z軸導軌移動。
[0006]進一步地，X軸支撐架包括兩個平行設置的第一支撐架和第二支撐架，第一支撐架和第二支撐架之間相隔預訂距離；x軸導軌包括分別設置在第一支撐架和第二支撐架上的第一導軌和第二導軌，X軸滑塊包括分別位于第一導軌和第二導軌的第一滑塊和第二滑塊；第一滑塊和第二滑塊分別位于Y軸導軌的第一端和第二端的下方。
[0007]進一步地，多軸運動系統(tǒng)還包括C軸運動系統(tǒng)，安裝在Z軸導軌下部，包括:C軸旋轉件和驅動C軸旋轉件轉動的C軸驅動裝置；A軸運動系統(tǒng)，安裝在C軸旋轉件上，包括:A軸轉軸和驅動A軸轉軸轉動的A軸驅動裝置；消失模數字化成型機還包括銑削與切割系統(tǒng)，安裝在C軸運動系統(tǒng)上。
[0008]進一步地，銑削與切割系統(tǒng)，包括安裝座、銑削裝置和切割裝置系統(tǒng)，安裝座與A軸轉軸通過旋轉法蘭連接，為避免干涉，銑削裝置與切割裝置方向成90度，通過A軸的擺動可以實現銑刀和電熱刀工位轉換。
[0009]進一步地，通過C軸運動系統(tǒng)C軸的旋轉可以實現切割裝置在二維平面內任意方向切割。
[0010]進一步地，本發(fā)明提供的消失模數字化成形機，還包括植針式固定平臺，位于Z軸運動系統(tǒng)下方，包括基底，基底上設置若干圓形針陣列，通過磁性卡具固定在工作臺上。
[0011]與現有的普通數控切割機和手控電熱切割機相比，本發(fā)明提出的消失模數字化成形機的有益效果在于:①植針式固定平臺設置多個圓形針陣列，針是由優(yōu)質高碳鋼整體淬火淬透，硬度和剪切強度非常高，對泡沫毛坯的穿透性強，可以固定加工過程中的泡沫毛坯，使得毛坯在加工過程不變形消失模數字化成形機的銑削和切割系統(tǒng)，通過A軸的擺動，可以實現銑削裝置與切割裝置的功能轉換，通過C軸的旋轉，可以實現切割裝置在二維平面內任意方向切割，可以實現泡沫切削和快速切割功能，降低了制造周期，還可以極大的降低小批量、大型復雜消失模高質量制造技術的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。
[0013]圖1示意性示出了本發(fā)明的消失模數字化成形機的多軸運動系統(tǒng)、工作臺、植針式固定平臺、銑削與切割系統(tǒng)的結構。
[0014]圖2示意性示出了本發(fā)明的消失模數字化成形機中X軸運動系統(tǒng)的結構。
[0015]圖3示意性示出了本發(fā)明的消失模數字化成形機中Y軸運動系統(tǒng)的結構。
[0016]圖4示意性示出了本發(fā)明的消失模數字化成形機中Z軸運動系統(tǒng)的結構。
[0017]圖5本發(fā)明銑削與切割系統(tǒng)中銑削裝置與切割裝置的結構。
[0018]圖6示意性示出了本發(fā)明的消失模數字化成形機的植針式固定平臺的結構。
具體實施方案
[0019]以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0020]參見圖1至圖4，示意性示出了根據本發(fā)明提供的一種消失模數字化成形機的優(yōu)選實施例，如圖所示，該消失模數字化成形機包括多軸運動系統(tǒng)、工作臺10、植針式固定平臺20、銑削與切割系統(tǒng)30。
[0021]多軸運動系統(tǒng)用于安裝加工刀具，該加工刀具由銑削與切割系統(tǒng)30提供。通過控制多軸運動系統(tǒng)的動作而控制銑刀和切割刀的銑削與切割運動，從而將放置在植針式固定平臺20上的消失模制造成模樣。由圖中可以看出，在本優(yōu)選實施例中，該多軸運動系統(tǒng)包括X軸運動系統(tǒng)40、Y軸運動系統(tǒng)50、Ζ軸運動系統(tǒng)60、C軸運動系統(tǒng)71、A軸運動系統(tǒng)72。
[0022]優(yōu)選地，X軸運動系統(tǒng)40包括X軸支撐架，沿第一方向延伸；X軸導軌，設置在X軸支撐架上；x軸滑塊，設置在X軸導軌上；γ軸運動系統(tǒng)50，包括:Υ軸導軌51，與X軸滑塊相連，沿與第一方向垂直的第二方向延伸；Υ軸滑塊52，設置在Y軸導軌51上；Υ軸驅動裝置53，驅動Y軸滑塊沿Y軸導軌移動；Ζ軸運動系統(tǒng)60，包括:Ζ軸導軌61，設置在Z軸導軌61上的Z軸滑塊62，與Y軸滑塊52相連，沿與第一方向和第二方向形成的平面垂直的第三方向延伸；Ζ軸驅動裝置63，驅動Z軸滑塊沿Z軸導軌移動。
[0023]優(yōu)選地，X軸支撐架包括兩個平行設置的第一 X軸支撐架41和第二 X軸支撐架42，第一 X軸支撐架41和第二 X軸支撐架42之間相隔預訂距離；Χ軸導軌包括分別設置在第一X軸支撐架41和第二 X軸支撐架42上的第一 X軸導軌43和第二 X軸導軌44，X軸滑塊包括分別位于第一 X軸導軌43和第二 X軸導軌44的第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46 ；Χ軸驅動裝置47通過傳動桿傳動以驅動第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46的齒輪齒條，使第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46沿第一 X軸導軌43和第二 X軸導軌44同步運動；第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46分別位于Y軸導軌51的第一端和第二端的下方。
[0024]優(yōu)選地，在X軸導軌(包括第一 X軸導軌43和第二 X軸導軌44)、Υ軸導軌51和Z軸導軌61上均設有防護罩，避免泡沫廢屑落入各導軌中，影響加工精度。
[0025]結合參見圖4，本實施例中，C軸運動系統(tǒng)71，包括:C軸旋轉件711和驅動C軸旋轉件711轉動的C軸驅動裝置，可以做360度旋轉，旋轉軸線與Z軸平行。A軸運動系統(tǒng)72，安裝至C軸旋轉件711上，可實現繞與Y軸平行的方向擺動，擺動角度范圍為90度。
[0026]參看圖5，本實施例中，銑削與切割系統(tǒng)30包括安裝座31、銑削裝置32和切割裝置33，安裝座31通過旋轉法蘭721固定于C軸旋轉件711，在A軸伺服電機和A軸減速機的驅動下，消失模數字化成形機可實現銑刀與電熱刀工位轉換，銑削裝置32包括電主軸，固定于安裝座31內部，轉子321通過軸承安裝于電主軸上，卡頭322固定于轉子321上，銑刀323固定于卡頭322上；切割裝置33與銑削裝置32的位置成90度夾角，包括電熱刀片331、刀座332、電熱刀安裝座333和控制單元，電熱刀片331的兩個刀腿分別插入兩個刀座332，通過螺母固定，控制單元內置電子調節(jié)電路和高頻變壓器，通過螺栓固定在電熱刀安裝座333上，電熱刀安裝座333固定在安裝座31上；實際操作中可以根據不同的需要更換不同形狀的電熱刀片331，通過C軸伺服電機和減速機的驅動下，可實現切割裝置33在二維平面內的任意方向切割，因此，銑削與切割系統(tǒng)30可以實現對消失模切削和快速切割功倉泛。
[0027]參看圖6，本實施例中，植針式固定平臺20位于多軸運動系統(tǒng)的下方，用于支撐待加工消失模，通過磁性卡座固定在消失模成形機工作臺10上，基底21上有多個圓形針陣列22，固定加工過程中的泡沫毛坯，使得毛坯在加工過程不變形。
[0028]綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:植針式固定平臺固定方便，避免了泡沫毛坯在固定裝卡過程中變形問題，提高了加工精度；多軸運動系統(tǒng)，為銑削與切割系統(tǒng)提供了 X軸、Y軸、Z軸方向的移動自由度，C軸運動系統(tǒng)允許銑削與切割系統(tǒng)繞Z軸做360旋轉，A軸運動系統(tǒng)通過繞Y軸方向的擺動，使銑削與切割系統(tǒng)實現銑刀和切割刀工位轉換，這樣銑削與切割系統(tǒng)可以加工復雜腔型消失模模樣，還可以實現消失模模樣二維平面內的快速切割，解決了目前普遍存在的復雜消失模型腔曲面較為復雜、不易加工成形等鑄型加工制造過程中的難題，為后續(xù)加工節(jié)省了人力和物力資源。
[0029]上述實施例僅僅是對本發(fā)明優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計思想的前提下，本領域中普通技術人員對本發(fā)明作出的各種等同特征的替換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種消失模數字化成形機，包括:多軸運動系統(tǒng)，所述多軸運動系統(tǒng)包括X軸運動系統(tǒng)(40)、Y軸運動系統(tǒng)(50)和Z軸運動系統(tǒng)(60)、C軸運動系統(tǒng)(71)和A軸運動系統(tǒng)(72);工作臺(10)，位于所述多軸運動系統(tǒng)的下方，其特征在于，該消失模數字化成形機還包括:植針式固定平臺(20)，設置在所述工作臺(10)的上方，該植針式固定平臺(20)包括磁性基底，所述磁性基底(21)上鑲嵌圓柱針陣列(22);銑削與切割系統(tǒng)(30)，設置在所述C軸運動系統(tǒng)(71)上，該銑削與切割系統(tǒng)(30)包括安裝座(31)、銑削裝置(32)與切割裝置(32)。
2.根據權利要求1所述的消失模成形機，其特征在于，所述安裝座(31)通過旋轉法蘭(721)固定于C軸旋轉件(711)上，并在A軸伺服電機和A軸減速機的驅動下，消失模數字化成形機可實現銑刀與電熱刀工位轉換；所述銑削裝置(32)包括電主軸(321)，通過轉子(322)與電主軸(321)相連的卡頭(323)及固定在卡頭(323)上銑刀(324);所述切割裝置(33)與銑削裝置(32)的位置成90度夾角包括切割刀安裝座(333)，內置控制單元，與控制單元相連的刀座(332)以及與刀座(332)相連的刀片(331)，切割刀安裝座(333)固定在安裝座(31)上，通過C軸伺服電機和減速機的驅動下，可實現切割裝置33在二維平面內的任意方向切割。
3.根據權利要求1所述的消失模數字化成形機，其特征在于，所述植針式固定平臺(20)，包括磁性基底(21)和所述磁性基座(21)上鑲嵌的圓柱針陣列(22)，通過磁性卡座固定在消失模成形機工作臺(10)上。
【文檔編號】B23P23/04GK104162786SQ201410206411
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】單忠德, 劉豐, 劉國杰, 劉倩 申請人:機械科學研究總院先進制造技術研究中心