消失模数字化成形的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种消失模数字化成形机，该成形机包括多轴运动系统、工作台(10)、植针式固定平台(20)、铣削与切割系统(30)；多轴运动系统包括X轴运动系统(40)、Y轴运动系统(50)和Z轴运动系统(60)、C轴运动系统(71)和A轴运动系统(72)；工作台(10)位于多轴运动系统下方；植针式固定平台(20)通过磁性卡具固定于工作台(10)上，并通过圆形针阵列(22)固定毛坯；铣削与切割系统(30)安装至C轴运动系统(71)上，通过多轴运动系统的平移和旋转，实现消失模切削和快速切割双重功能；本发明的有益效果:提高了成型精度，降低了制造周期和成本，实现了高质量消失模模样的切削和快速切割加工。
【专利说明】消失模数字化成形机
【技术领域】
[0001]本发明涉及消失模数字化成形设备，属于铸造和数控加工的交叉【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在汽车、机械、航空航天、国防军工等国家重大装备和重大工程的研制及实施过程中，零部件更新换代的速度不断加快，短周期、小批量的新产品开发成为必然趋势。另一方面为建设资源节约型、环境友好型社会，要求铸造过程降低能源消耗、减少污染、提高金属件质量。随着许多新材料、新工艺的广泛应用，对金属件的结构形式和型腔要求也日益复杂，消失模铸造技术应运而生。消失模铸造技术中模样制作是消失模铸造成败的关键，国内大型金属件采用消失模模样的方法，一般是经过预发泡及熟化处理，再在模具中发泡成形，较复杂的泡沫模样还要将其分片处理，将分片泡沫模样组合成整体泡沫模样。从预发泡、熟化处理、发泡成形、手工粘结模型到埋砂消失模铸造，制造周期长，成本高。近年来国内的大型消失模模样有两种成型方法:电热丝切割机和普通数控机床加工。前者设备简陋，仅能加工形状简单、无精度要求的结构，只适合作坊式加工无法适应大批量生产。而后者数控铣削加工泡沫时加工余量大，并且不具备切割功能，存在加工慢、精度低等问题，并且对毛坯的固定采用传统的夹具，存在加工变形问题。
[0003]本发明提出一种消失模数字化成形机，该成形机具有多轴运动系统，在不使用模具的条件下，可实现形状复杂三维件的消失模模样造型，通过植针式固定平台解决了现有技术的消失模成形机中毛坯固定存在变形问题，另外，除了切削功能外，本发明提供的消失模成形机还增加了切割功能。该成形机具有加工速度快，成本低，精度高，可节约原副材料等特点，可实现单件、小批量及大型复杂金属件的消失模快速制造。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种消失模数字化成形机，以解决现有技术的消失模加工成形中毛坯固定存在变形问题和复杂消失模快速制造问题，另外，本发明提供的消失模成形机还增加了切割功能，其特征在于:消失模数字化成形机，包括:多轴运动系统，至少包括X轴运动系统、Y轴运动系统和Z轴运动系统；工作台，位于Z轴运动系统下方；植针式固定平台位于工作台的上方，通过磁性卡具与工作台固定，用以固定加工过程中的泡沫毛坯；铣削与切割系统，位于Z轴运动系统下方，包括安装座、铣削装置和切割装置，可实现O度和90度自由转换，可实现铣刀切削和电热刀切割功能的转换。
[0005]进一步地，X轴运动系统包括X轴支撑架，沿第一方向延伸；X轴导轨，设置在X轴支撑架上；χ轴滑块，设置在X轴导轨上；x轴驱动装置，驱动齿轮齿条做为传动单元，达到驱动X轴滑块沿X轴导轨移动的效果；γ轴运动系统，包括:γ轴导轨，与X轴滑块相连，沿与第一方向垂直的第二方向延伸，Y轴驱动装置，驱动Y轴滑块沿Y轴导轨移动；γ轴滑块，设置在Y轴导轨上；ζ轴运动系统，包括:Ζ轴导轨，设置在Z轴导轨上的Z轴滑块，与Y轴滑块相连，沿与第一方向和第二方向形成的平面垂直的第三方向延伸；ζ轴驱动装置，驱动Z轴滑块沿Z轴导轨移动。
[0006]进一步地，X轴支撑架包括两个平行设置的第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架和第二支撑架之间相隔预订距离；x轴导轨包括分别设置在第一支撑架和第二支撑架上的第一导轨和第二导轨，X轴滑块包括分别位于第一导轨和第二导轨的第一滑块和第二滑块；第一滑块和第二滑块分别位于Y轴导轨的第一端和第二端的下方。
[0007]进一步地，多轴运动系统还包括C轴运动系统，安装在Z轴导轨下部，包括:C轴旋转件和驱动C轴旋转件转动的C轴驱动装置；A轴运动系统，安装在C轴旋转件上，包括:A轴转轴和驱动A轴转轴转动的A轴驱动装置；消失模数字化成型机还包括铣削与切割系统，安装在C轴运动系统上。
[0008]进一步地，铣削与切割系统，包括安装座、铣削装置和切割装置系统，安装座与A轴转轴通过旋转法兰连接，为避免干涉，铣削装置与切割装置方向成90度，通过A轴的摆动可以实现铣刀和电热刀工位转换。
[0009]进一步地，通过C轴运动系统C轴的旋转可以实现切割装置在二维平面内任意方向切割。
[0010]进一步地，本发明提供的消失模数字化成形机，还包括植针式固定平台，位于Z轴运动系统下方，包括基底，基底上设置若干圆形针阵列，通过磁性卡具固定在工作台上。
[0011]与现有的普通数控切割机和手控电热切割机相比，本发明提出的消失模数字化成形机的有益效果在于:①植针式固定平台设置多个圆形针阵列，针是由优质高碳钢整体淬火淬透，硬度和剪切强度非常高，对泡沫毛坯的穿透性强，可以固定加工过程中的泡沫毛坯，使得毛坯在加工过程不变形消失模数字化成形机的铣削和切割系统，通过A轴的摆动，可以实现铣削装置与切割装置的功能转换，通过C轴的旋转，可以实现切割装置在二维平面内任意方向切割，可以实现泡沫切削和快速切割功能，降低了制造周期，还可以极大的降低小批量、大型复杂消失模高质量制造技术的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0013]图1示意性示出了本发明的消失模数字化成形机的多轴运动系统、工作台、植针式固定平台、铣削与切割系统的结构。
[0014]图2示意性示出了本发明的消失模数字化成形机中X轴运动系统的结构。
[0015]图3示意性示出了本发明的消失模数字化成形机中Y轴运动系统的结构。
[0016]图4示意性示出了本发明的消失模数字化成形机中Z轴运动系统的结构。
[0017]图5本发明铣削与切割系统中铣削装置与切割装置的结构。
[0018]图6示意性示出了本发明的消失模数字化成形机的植针式固定平台的结构。
具体实施方案
[0019]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0020]参见图1至图4，示意性示出了根据本发明提供的一种消失模数字化成形机的优选实施例，如图所示，该消失模数字化成形机包括多轴运动系统、工作台10、植针式固定平台20、铣削与切割系统30。
[0021]多轴运动系统用于安装加工刀具，该加工刀具由铣削与切割系统30提供。通过控制多轴运动系统的动作而控制铣刀和切割刀的铣削与切割运动，从而将放置在植针式固定平台20上的消失模制造成模样。由图中可以看出，在本优选实施例中，该多轴运动系统包括X轴运动系统40、Y轴运动系统50、Ζ轴运动系统60、C轴运动系统71、A轴运动系统72。
[0022]优选地，X轴运动系统40包括X轴支撑架，沿第一方向延伸；X轴导轨，设置在X轴支撑架上；x轴滑块，设置在X轴导轨上；γ轴运动系统50，包括:Υ轴导轨51，与X轴滑块相连，沿与第一方向垂直的第二方向延伸；Υ轴滑块52，设置在Y轴导轨51上；Υ轴驱动装置53，驱动Y轴滑块沿Y轴导轨移动；Ζ轴运动系统60，包括:Ζ轴导轨61，设置在Z轴导轨61上的Z轴滑块62，与Y轴滑块52相连，沿与第一方向和第二方向形成的平面垂直的第三方向延伸；Ζ轴驱动装置63，驱动Z轴滑块沿Z轴导轨移动。
[0023]优选地，X轴支撑架包括两个平行设置的第一 X轴支撑架41和第二 X轴支撑架42，第一 X轴支撑架41和第二 X轴支撑架42之间相隔预订距离；Χ轴导轨包括分别设置在第一X轴支撑架41和第二 X轴支撑架42上的第一 X轴导轨43和第二 X轴导轨44，X轴滑块包括分别位于第一 X轴导轨43和第二 X轴导轨44的第一 X轴滑块45和第二 X轴滑块46 ；Χ轴驱动装置47通过传动杆传动以驱动第一 X轴滑块45和第二 X轴滑块46的齿轮齿条，使第一 X轴滑块45和第二 X轴滑块46沿第一 X轴导轨43和第二 X轴导轨44同步运动；第一 X轴滑块45和第二 X轴滑块46分别位于Y轴导轨51的第一端和第二端的下方。
[0024]优选地，在X轴导轨(包括第一 X轴导轨43和第二 X轴导轨44)、Υ轴导轨51和Z轴导轨61上均设有防护罩，避免泡沫废屑落入各导轨中，影响加工精度。
[0025]结合参见图4，本实施例中，C轴运动系统71，包括:C轴旋转件711和驱动C轴旋转件711转动的C轴驱动装置，可以做360度旋转，旋转轴线与Z轴平行。A轴运动系统72，安装至C轴旋转件711上，可实现绕与Y轴平行的方向摆动，摆动角度范围为90度。
[0026]参看图5，本实施例中，铣削与切割系统30包括安装座31、铣削装置32和切割装置33，安装座31通过旋转法兰721固定于C轴旋转件711，在A轴伺服电机和A轴减速机的驱动下，消失模数字化成形机可实现铣刀与电热刀工位转换，铣削装置32包括电主轴，固定于安装座31内部，转子321通过轴承安装于电主轴上，卡头322固定于转子321上，铣刀323固定于卡头322上；切割装置33与铣削装置32的位置成90度夹角，包括电热刀片331、刀座332、电热刀安装座333和控制单元，电热刀片331的两个刀腿分别插入两个刀座332，通过螺母固定，控制单元内置电子调节电路和高频变压器，通过螺栓固定在电热刀安装座333上，电热刀安装座333固定在安装座31上；实际操作中可以根据不同的需要更换不同形状的电热刀片331，通过C轴伺服电机和减速机的驱动下，可实现切割装置33在二维平面内的任意方向切割，因此，铣削与切割系统30可以实现对消失模切削和快速切割功倉泛。
[0027]参看图6，本实施例中，植针式固定平台20位于多轴运动系统的下方，用于支撑待加工消失模，通过磁性卡座固定在消失模成形机工作台10上，基底21上有多个圆形针阵列22，固定加工过程中的泡沫毛坯，使得毛坯在加工过程不变形。
[0028]综上所述，本发明具有如下优点:植针式固定平台固定方便，避免了泡沫毛坯在固定装卡过程中变形问题，提高了加工精度；多轴运动系统，为铣削与切割系统提供了 X轴、Y轴、Z轴方向的移动自由度，C轴运动系统允许铣削与切割系统绕Z轴做360旋转，A轴运动系统通过绕Y轴方向的摆动，使铣削与切割系统实现铣刀和切割刀工位转换，这样铣削与切割系统可以加工复杂腔型消失模模样，还可以实现消失模模样二维平面内的快速切割，解决了目前普遍存在的复杂消失模型腔曲面较为复杂、不易加工成形等铸型加工制造过程中的难题，为后续加工节省了人力和物力资源。
[0029]上述实施例仅仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中普通技术人员对本发明作出的各种等同特征的替换，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种消失模数字化成形机，包括:多轴运动系统，所述多轴运动系统包括X轴运动系统(40)、Y轴运动系统(50)和Z轴运动系统(60)、C轴运动系统(71)和A轴运动系统(72);工作台(10)，位于所述多轴运动系统的下方，其特征在于，该消失模数字化成形机还包括:植针式固定平台(20)，设置在所述工作台(10)的上方，该植针式固定平台(20)包括磁性基底，所述磁性基底(21)上镶嵌圆柱针阵列(22);铣削与切割系统(30)，设置在所述C轴运动系统(71)上，该铣削与切割系统(30)包括安装座(31)、铣削装置(32)与切割装置(32)。
2.根据权利要求1所述的消失模成形机，其特征在于，所述安装座(31)通过旋转法兰(721)固定于C轴旋转件(711)上，并在A轴伺服电机和A轴减速机的驱动下，消失模数字化成形机可实现铣刀与电热刀工位转换；所述铣削装置(32)包括电主轴(321)，通过转子(322)与电主轴(321)相连的卡头(323)及固定在卡头(323)上铣刀(324);所述切割装置(33)与铣削装置(32)的位置成90度夹角包括切割刀安装座(333)，内置控制单元，与控制单元相连的刀座(332)以及与刀座(332)相连的刀片(331)，切割刀安装座(333)固定在安装座(31)上，通过C轴伺服电机和减速机的驱动下，可实现切割装置33在二维平面内的任意方向切割。
3.根据权利要求1所述的消失模数字化成形机，其特征在于，所述植针式固定平台(20)，包括磁性基底(21)和所述磁性基座(21)上镶嵌的圆柱针阵列(22)，通过磁性卡座固定在消失模成形机工作台(10)上。
【文档编号】B23P23/04GK104162786SQ201410206411
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】单忠德, 刘丰, 刘国杰, 刘倩 申请人:机械科学研究总院先进制造技术研究中心