本实用新型涉及一种金属铸造装置，具体涉及一种采用电驱动实现合模的制芯机。
背景技术：
制芯机是铸造行业中芯砂成型的重要设备之一，其工作原理是：制芯机驱动芯盒的各个部件合模，通过压缩空气将已经混好的芯砂射入芯盒内；随后，催化气体导入芯盒，使芯砂在短时间内硬化，达到工艺和生产要求，随后开模，芯砂从芯盒中被顶出取走。
目前，制芯机通常采用上下开合模结构，主要驱动机构由上压头机构、上部移动小车、下部移动小车、上芯盒提升机构、射头机构、吹气罩及上顶板机构等组成。现有上述机构的移动及升降以及芯盒在射砂吹气时的合模锁紧都是通过液压缸的输出力来实现的，所以现有制芯机都会配置一套复杂的液压站系统。
对于制芯机合模驱动的改进，目前都集中在液压系统的设置方面。例如，中国发明专利CN103567394A公开了一种制芯机，包括机架、工作台、工作台举升机构、下顶芯机构、下芯盒移动机构、上芯盒提升机构、射砂单元、移动吹气罩机构，所述下顶芯机构位于工作台前方，下顶芯机构与机架固定连接；所述工作台举升机构为四导杆结构，工作台两侧分别设置举升液压缸；所述下芯盒移动机构包括设置在工作台上的驱动液压缸、芯合小车和导轨。该方案通过在左右两侧设置驱动液压缸、四导向杆结构，液压缸及导向杆、导向套均布置在工作台外侧，方便了日常更换维护。
但是，由于现有制芯机的驱动主要是液压缸或液压马达来实现的，因此均存在液压系统的一些共同缺点；
(1) 由于液压系统受环境因素影响大，造成液压驱动的上部移动小车及下部移动小车动作稳定性差，需要不断的调整流量及压力参数；
(2) 制芯机上的上芯盒提升机构由于结构原因，一般有前后或左右两个液压缸同时驱动上芯盒提升框，但是现有液压控制技术很难实现两个液压缸的同步动作，所以还需要配合设计一套机械同步机构来协调两个缸的同步动作，但即使增加同步机构也保证不了实际上芯盒提升动作的同步性及定位误差<5mm，所以有时为了保证上芯盒升降能停到位不得不把液压缸的速度放慢，这又影响到了整机的动作节拍效率；
(3) 芯盒的合模保压是通过一个下压的液压缸来实现的，由于合模需要的顶紧力都要在200kN以上，则下压合模液压缸也需要很大，最终匹配的液压站系统功率很大，另外，在射砂及吹气期间，此液压缸均需要高压保压，使得整个过程能耗很大；
(4) 液压系统在运行时会产生很大的振动噪音，不利于操作人员的健康；
(5) 液压驱动的制芯机会有很多的液压管路，这些管路一旦有泄漏一方面不易察觉，另一方面泄露了液压油无法清理；
(6) 现有制芯机上压头与上芯盒的升降动作导向都是各自设计有一套4导杆机构，结构占用空间大，制造成本高。
为克服采用液压系统所导致的问题，一种想法是采用电驱动合模。但是，在制芯机中，合模时的锁定力通常要求在100KN～1000KN之间，而采用例如伺服电机配合丝杆的结构，单个丝杆的额定动载最大也就在200kN左右，并且造价非常昂贵，外型体积也很大，因此，本领域技术人员通常认为，在制芯机中采用电驱动合模是不可行的。
技术实现要素：
本实用新型的发明目的是提供一种电驱合模制芯机，通过结构改进，在不采用液压系统的前提下实现制芯机的各项功能及动作，并保证上下芯盒的合模锁模力，以及上芯盒升降的同步性和定位精确度。
为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电驱合模制芯机，包括机架、下部移动小车、上部移动小车、上芯盒提升机构、射砂单元、吹气单元，所述射砂单元中设有射头机构，所述吹气单元中设有吹气及上顶芯机构，所述上部移动小车驱动所述射砂单元和吹气单元，所述上芯盒提升机构主要由设置在机架内的四导杆立柱、分别通过四组齿轮传动机构与四导杆立柱上的齿条配合的上芯盒提升框、上芯盒伺服电机和同步机构构成；设有上压头机构，所述上压头机构位于上芯盒提升机构的上方并具有升降驱动机构，所述升降驱动机构包括至少一套由伺服电机和丝杆组成的电缸、至少一对机械连杆机构，所述电缸的输出经所述机械连杆机构作用于所述上压头机构上。
上述技术方案中，使用时，上芯盒固定于上芯盒提升框内，通过四组齿轮沿四导杆立柱的同步运动实现上芯盒的同步升降；下芯盒固定在下部移动小车上，由下部移动小车送入合模工位；合模时，在上芯盒下降到位后，上压头机构在升降驱动机构的驱动下下压，给上芯盒提供合模力和锁紧力。其中，上压头的升降驱动机构中设置至少一对机械连杆机构，合模时，利用机械连杆机构的自锁紧结构，提供对上芯盒的锁紧力，由此，升降驱动机构本身可以采用伺服电机驱动，通过机械连杆机构自锁紧加力，保证提供足够的锁紧力。
优选的技术方案，所述机械连杆机构由三转轴连接件和连接杆构成，所述三转轴连接件具有连接在所述四导杆立柱或机架上的第一转轴，连接在电缸输出端上的第二转轴，连接在连接杆上的第三转轴，连接杆的另一端具有连接在所述上压头机构上的第四转轴，其中，所述第三转轴位于第一转轴和第二转轴连线的侧下方，在初始位置时，所述第三转轴与所述第一转轴位于所述第二转轴和所述第四转轴连线的两侧，在下压到合模位置时，所述第三转轴与所述第二转轴和所述第四转轴构成一直线或者与第一转轴位于第二转轴和第四转轴连线的同一侧，构成自锁定结构。
优选的技术方案，所述上压头机构的升降驱动机构中，设有两个电缸，所述两个电缸同步动作分别驱动对应侧的机械连杆机构。
上述技术方案中，所述上压头机构的四角分别经齿轮与四导杆立柱上的齿条配合构成导向结构，实现同步运动。
或者，所述上压头机构的四角分别设有独立的导杆与导套，构成导向结构，保证压头升降的同步及定位。
优选的技术方案，所述升降驱动机构由对称布置的两套电缸和对称布置的两对机械连杆机构构成，所述两对机构连杆机构分别位于电缸的前后两侧或者左右两侧。
所述上芯盒提升机构中，四组齿轮传动机构通过转动轴连接，由一个伺服减速机同步驱动。或者，所述上芯盒提升机构中，四组齿轮传动机构分为两组连接，在机架两侧各安装一个伺服减速机，两个伺服减速机通过同步伺服控制器控制运动实现对上芯盒提升框的同步驱动。
上述技术方案中，所述四导杆立柱上的齿条为直接加工在立柱一侧的齿条。或者，所述四导杆立柱上的齿条为固定连接在立柱一侧的标准齿条。
上述技术方案中，所述下部移动小车通过伺服减速机驱动齿轮齿条实现前后运动。
所述上部移动小车通过伺服减速机驱动齿轮齿条实现左右运动。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型通过在电驱结构中结合机械连杆结构，取消了传统制芯机特别是规格在20L以上机型必须配置的液压系统，只采用电驱及气动控制实现制芯机的动作及功能，避免了上述液压系统的一系列问题弊端，并且由于电驱的可控性也提升了制芯机的运动平稳性、同步性及高效性；
2、通过取消射芯机上压头采用液压缸升降及保压，而采用伺服电机+丝杆传动+连杆组合的形式，升降动作更稳定，机械连杆自锁更可靠，伺服电机驱动更平稳；
3、射芯机上芯盒框的上下运动采用伺服减速机结合齿轮齿条驱动，比原先两个油缸驱动同步性高，中停位置精度更高；
4、上压头与上芯盒框的导向采用同轴四导杆结构导向，简化结构，节省空间；
5、上部移动小车与下部移动小车均采用伺服减速机驱动控制，比液压缸驱动更快速及平稳。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1中机械连杆部分的局部放大示意图。
其中：1、机架底座；2、下部移动小车； 3、下芯盒；4、机架立柱；5、四导杆立柱；6、上芯盒提升框；7、上芯盒；8、上部移动小车；9、吹气及上顶芯机构；10、射头机构；11、机架顶部；12、机械连杆机构；13、上压头机构；14、气包；15、电缸；16、砂斗；17、防护围屏；18、三转轴连接件；19、连接杆；20、第一转轴；21、第二转轴；22、第三转轴；23、第四转轴。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：如图1至图2所示，一种电驱合模制芯机，整机采用坚固的四立柱框架结构，包括机架底座1、设置在机架1上的机架立柱4，设置在机架立柱4上的机架顶部11，中间为射砂、吹气工位，侧面为加砂工位，前侧为取芯工位，周围为防护围屏17。
下芯盒3固定在下部移动小车2上，并通过下部移动小车2实现前后运动，本实施例中，下部移动小车通过伺服减速机驱动齿轮齿条实现前后运动。上芯盒7固定在上芯盒提升框6上，并通过上芯盒提升框6实现上下运动。
射头机构10和吹气及上顶芯机构9并排设置在上部移动小车8上，并通过上部移动小车8实现左右运动，使中间工位在不同时间分别构成射砂工位和吹气工位，同时，通过上部移动小车8，射头机构10可以移动到侧面的加砂工位，对接砂斗16实现加砂。本实施例中，上部移动小车8通过伺服减速机驱动齿轮齿条实现左右运动。
本实施例中，上芯盒提升机构主要由设置在机架内的四导杆立柱5、分别通过四组齿轮传动机构与四导杆立柱5上的齿条配合的上芯盒提升框6、上芯盒伺服电机和同步机构构成，四组齿轮传动机构通过转动轴连接，由一个伺服减速机同步驱动。四导杆立柱上的齿条为直接加工在立柱一侧的齿条。
设有上压头机构13，所述上压头机构13位于上芯盒提升机构的上方并具有升降驱动机构，所述升降驱动机构包括至少一套由伺服电机和丝杆组成的电缸15、至少一对机械连杆机构12，所述电缸15的输出经所述机械连杆机构12作用于所述上压头机构13上。所述上压头机构的四角分别经齿轮与四导杆立柱上的齿条配合构成导向结构，实现同步运动。
其中，参见附图3，所述机械连杆机构12由三转轴连接件18和连接杆19构成，所述三转轴连接件18具有连接在所述四导杆立柱或机架上的第一转轴20，连接在电缸输出端上的第二转轴21，连接在连接杆19上的第三转轴22，连接杆19的另一端具有连接在所述上压头机构13上的第四转轴23，其中，所述第三转轴位于第一转轴和第二转轴连线的侧下方，在初始位置时，所述第三转轴与所述第一转轴位于所述第二转轴和所述第四转轴连线的两侧，在下压到合模位置时，所述第三转轴与所述第二转轴和所述第四转轴构成一直线或者与第一转轴位于第二转轴和第四转轴连线的同一侧，构成自锁定结构。
本实施例中，所述升降驱动机构由对称布置的两套电缸和对称布置的两对机械连杆机构构成，所述两对机构连杆机构分别位于电缸的前后两侧。
本实施例中，上芯盒提升机构和上压头机构使用同一组四导杆立柱5，节省了设备空间，便于维护操作。
本实施例实现了用电驱+伺服控制技术替代了液压缸+液压阀的控制技术，可以实现制芯机的非液压驱动设计，规避由于液压系统受外接环境变化影响大而带来的一系列问题，如：
* 可保证上芯盒在升降运动中任意位置的平行度误差<±0.2mm/m；
* 所有驱动件无需固定机械限位也能满足停止位置误差<±0.1mm；
* 不存在液压管的布管及由于管路泄漏带来的清理麻烦；
* 不会产生较大的液压泵起压噪音；
本实施例采用机械结构的连杆自锁替代原大型液压缸保压动作，使得上下芯盒的合模更可靠，输出的能量更节省。
实施例二：一种电驱合模制芯机，整机结构与实施例一类似。其中，所述上芯盒提升机构中，四组齿轮传动机构分为两组连接，在机架两侧各安装一个伺服减速机，两个伺服减速机通过同步伺服控制器控制运动实现对上芯盒提升框的同步驱动。
所述四导杆立柱上的齿条为固定连接在立柱一侧的标准齿条。