消失模數(shù)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(shù)字化成形機(jī)，該成形機(jī)包括多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)(10)、植針式固定平臺(tái)(20)、銑削與切割系統(tǒng)(30)；多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(40)、Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(50)和Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(60)、C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(71)和A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(72)；工作臺(tái)(10)位于多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下方；植針式固定平臺(tái)(20)通過磁性卡具固定于工作臺(tái)(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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(71)上，通過多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的平移和旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量消失模模樣的切削和快速切割加工。
【專利說明】消失模數(shù)字化成形機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及消失模數(shù)字化成形設(shè)備，屬于鑄造和數(shù)控加工的交叉【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在汽車、機(jī)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(shí)施過程中，零部件更新?lián)Q代的速度不斷加快，短周期、小批量的新產(chǎn)品開發(fā)成為必然趨勢。另一方面為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，要求鑄造過程降低能源消耗、減少污染、提高金屬件質(zhì)量。隨著許多新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，對(duì)金屬件的結(jié)構(gòu)形式和型腔要求也日益復(fù)雜，消失模鑄造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。消失模鑄造技術(shù)中模樣制作是消失模鑄造成敗的關(guān)鍵，國內(nèi)大型金屬件采用消失模模樣的方法，一般是經(jīng)過預(yù)發(fā)泡及熟化處理，再在模具中發(fā)泡成形，較復(fù)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(yù)發(fā)泡、熟化處理、發(fā)泡成形、手工粘結(jié)模型到埋砂消失模鑄造，制造周期長，成本高。近年來國內(nèi)的大型消失模模樣有兩種成型方法:電熱絲切割機(jī)和普通數(shù)控機(jī)床加工。前者設(shè)備簡陋，僅能加工形狀簡單、無精度要求的結(jié)構(gòu)，只適合作坊式加工無法適應(yīng)大批量生產(chǎn)。而后者數(shù)控銑削加工泡沫時(shí)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(duì)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(shù)字化成形機(jī)，該成形機(jī)具有多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，在不使用模具的條件下，可實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜三維件的消失模模樣造型，通過植針式固定平臺(tái)解決了現(xiàn)有技術(shù)的消失模成形機(jī)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(jī)還增加了切割功能。該成形機(jī)具有加工速度快，成本低，精度高，可節(jié)約原副材料等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)單件、小批量及大型復(fù)雜金屬件的消失模快速制造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種消失模數(shù)字化成形機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的消失模加工成形中毛坯固定存在變形問題和復(fù)雜消失?？焖僦圃靻栴}，另外，本發(fā)明提供的消失模成形機(jī)還增加了切割功能，其特征在于:消失模數(shù)字化成形機(jī)，包括:多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，至少包括X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；工作臺(tái)，位于Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下方；植針式固定平臺(tái)位于工作臺(tái)的上方，通過磁性卡具與工作臺(tái)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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下方，包括安裝座、銑削裝置和切割裝置，可實(shí)現(xiàn)O度和90度自由轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)銑刀切削和電熱刀切割功能的轉(zhuǎn)換。
[0005]進(jìn)一步地，X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X軸支撐架，沿第一方向延伸；X軸導(dǎo)軌，設(shè)置在X軸支撐架上；χ軸滑塊，設(shè)置在X軸導(dǎo)軌上；x軸驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)齒輪齒條做為傳動(dòng)單元，達(dá)到驅(qū)動(dòng)X軸滑塊沿X軸導(dǎo)軌移動(dòng)的效果；γ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，包括:γ軸導(dǎo)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(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)Y軸滑塊沿Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)；γ軸滑塊，設(shè)置在Y軸導(dǎo)軌上；ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，包括:Ζ軸導(dǎo)軌，設(shè)置在Z軸導(dǎo)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(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)Z軸滑塊沿Z軸導(dǎo)軌移動(dòng)。
[0006]進(jìn)一步地，X軸支撐架包括兩個(gè)平行設(shè)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(yù)訂距離；x軸導(dǎo)軌包括分別設(shè)置在第一支撐架和第二支撐架上的第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌，X軸滑塊包括分別位于第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)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(dǎo)軌的第一端和第二端的下方。
[0007]進(jìn)一步地，多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)還包括C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，安裝在Z軸導(dǎo)軌下部，包括:C軸旋轉(zhuǎn)件和驅(qū)動(dòng)C軸旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)的C軸驅(qū)動(dòng)裝置；A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，安裝在C軸旋轉(zhuǎn)件上，包括:A軸轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)A軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的A軸驅(qū)動(dòng)裝置；消失模數(shù)字化成型機(jī)還包括銑削與切割系統(tǒng)，安裝在C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上。
[0008]進(jìn)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(zhuǎn)軸通過旋轉(zhuǎn)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(dòng)可以實(shí)現(xiàn)銑刀和電熱刀工位轉(zhuǎn)換。
[0009]進(jìn)一步地，通過C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)C軸的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)切割裝置在二維平面內(nèi)任意方向切割。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的消失模數(shù)字化成形機(jī)，還包括植針式固定平臺(tái)，位于Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下方，包括基底，基底上設(shè)置若干圓形針陣列，通過磁性卡具固定在工作臺(tái)上。
[0011]與現(xiàn)有的普通數(shù)控切割機(jī)和手控電熱切割機(jī)相比，本發(fā)明提出的消失模數(shù)字化成形機(jī)的有益效果在于:①植針式固定平臺(tái)設(shè)置多個(gè)圓形針陣列，針是由優(yōu)質(zhì)高碳鋼整體淬火淬透，硬度和剪切強(qiáng)度非常高，對(duì)泡沫毛坯的穿透性強(qiáng)，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(shù)字化成形機(jī)的銑削和切割系統(tǒng)，通過A軸的擺動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)銑削裝置與切割裝置的功能轉(zhuǎn)換，通過C軸的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)切割裝置在二維平面內(nèi)任意方向切割，可以實(shí)現(xiàn)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(fù)雜消失模高質(zhì)量制造技術(shù)的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0013]圖1示意性示出了本發(fā)明的消失模數(shù)字化成形機(jī)的多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)、植針式固定平臺(tái)、銑削與切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖2示意性示出了本發(fā)明的消失模數(shù)字化成形機(jī)中X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0015]圖3示意性示出了本發(fā)明的消失模數(shù)字化成形機(jī)中Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖4示意性示出了本發(fā)明的消失模數(shù)字化成形機(jī)中Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[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(jié)構(gòu)。
[0018]圖6示意性示出了本發(fā)明的消失模數(shù)字化成形機(jī)的植針式固定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方案
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0020]參見圖1至圖4，示意性示出了根據(jù)本發(fā)明提供的一種消失模數(shù)字化成形機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例，如圖所示，該消失模數(shù)字化成形機(jī)包括多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)10、植針式固定平臺(tái)20、銑削與切割系統(tǒng)30。
[0021]多軸運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作而控制銑刀和切割刀的銑削與切割運(yùn)動(dòng)，從而將放置在植針式固定平臺(tái)20上的消失模制造成模樣。由圖中可以看出，在本優(yōu)選實(shí)施例中，該多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)40、Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)50、Ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)60、C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)71、A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)72。
[0022]優(yōu)選地，X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)40包括X軸支撐架，沿第一方向延伸；X軸導(dǎo)軌，設(shè)置在X軸支撐架上；x軸滑塊，設(shè)置在X軸導(dǎo)軌上；γ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)50，包括:Υ軸導(dǎo)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(shè)置在Y軸導(dǎo)軌51上；Υ軸驅(qū)動(dòng)裝置53，驅(qū)動(dòng)Y軸滑塊沿Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)；Ζ軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)60，包括:Ζ軸導(dǎo)軌61，設(shè)置在Z軸導(dǎo)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(qū)動(dòng)裝置63，驅(qū)動(dòng)Z軸滑塊沿Z軸導(dǎo)軌移動(dòng)。
[0023]優(yōu)選地，X軸支撐架包括兩個(gè)平行設(shè)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(yù)訂距離；Χ軸導(dǎo)軌包括分別設(shè)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(dǎo)軌43和第二 X軸導(dǎo)軌44，X軸滑塊包括分別位于第一 X軸導(dǎo)軌43和第二 X軸導(dǎo)軌44的第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46 ；Χ軸驅(qū)動(dòng)裝置47通過傳動(dòng)桿傳動(dòng)以驅(qū)動(dòng)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(dǎo)軌43和第二 X軸導(dǎo)軌44同步運(yùn)動(dòng)；第一 X軸滑塊45和第二 X軸滑塊46分別位于Y軸導(dǎo)軌51的第一端和第二端的下方。
[0024]優(yōu)選地，在X軸導(dǎo)軌(包括第一 X軸導(dǎo)軌43和第二 X軸導(dǎo)軌44)、Υ軸導(dǎo)軌51和Z軸導(dǎo)軌61上均設(shè)有防護(hù)罩，避免泡沫廢屑落入各導(dǎo)軌中，影響加工精度。
[0025]結(jié)合參見圖4，本實(shí)施例中，C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)71，包括:C軸旋轉(zhuǎn)件711和驅(qū)動(dòng)C軸旋轉(zhuǎn)件711轉(zhuǎn)動(dòng)的C軸驅(qū)動(dòng)裝置，可以做360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線與Z軸平行。A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)72，安裝至C軸旋轉(zhuǎn)件711上，可實(shí)現(xiàn)繞與Y軸平行的方向擺動(dòng)，擺動(dòng)角度范圍為90度。
[0026]參看圖5，本實(shí)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(zhuǎn)法蘭721固定于C軸旋轉(zhuǎn)件711，在A軸伺服電機(jī)和A軸減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，消失模數(shù)字化成形機(jī)可實(shí)現(xiàn)銑刀與電熱刀工位轉(zhuǎn)換，銑削裝置32包括電主軸，固定于安裝座31內(nèi)部，轉(zhuǎn)子321通過軸承安裝于電主軸上，卡頭322固定于轉(zhuǎn)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(gè)刀腿分別插入兩個(gè)刀座332，通過螺母固定，控制單元內(nèi)置電子調(diào)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(shí)際操作中可以根據(jù)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(jī)和減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)切割裝置33在二維平面內(nèi)的任意方向切割，因此，銑削與切割系統(tǒng)30可以實(shí)現(xiàn)對(duì)消失模切削和快速切割功倉泛。
[0027]參看圖6，本實(shí)施例中，植針式固定平臺(tái)20位于多軸運(yùn)動(dòng)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(jī)工作臺(tái)10上，基底21上有多個(gè)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(diǎn):植針式固定平臺(tái)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(yùn)動(dòng)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(dòng)自由度，C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)允許銑削與切割系統(tǒng)繞Z軸做360旋轉(zhuǎn)，A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過繞Y軸方向的擺動(dòng)，使銑削與切割系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)銑刀和切割刀工位轉(zhuǎn)換，這樣銑削與切割系統(tǒng)可以加工復(fù)雜腔型消失模模樣，還可以實(shí)現(xiàn)消失模模樣二維平面內(nèi)的快速切割，解決了目前普遍存在的復(fù)雜消失模型腔曲面較為復(fù)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(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明作出的各種等同特征的替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種消失模數(shù)字化成形機(jī)，包括:多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，所述多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(40)、Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(50)和Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(60)、C軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(71)和A軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(72);工作臺(tái)(10)，位于所述多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的下方，其特征在于，該消失模數(shù)字化成形機(jī)還包括:植針式固定平臺(tái)(20)，設(shè)置在所述工作臺(tái)(10)的上方，該植針式固定平臺(tái)(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(shè)置在所述C軸運(yùn)動(dòng)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(jù)權(quán)利要求1所述的消失模成形機(jī)，其特征在于，所述安裝座(31)通過旋轉(zhuǎn)法蘭(721)固定于C軸旋轉(zhuǎn)件(711)上，并在A軸伺服電機(jī)和A軸減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，消失模數(shù)字化成形機(jī)可實(shí)現(xiàn)銑刀與電熱刀工位轉(zhuǎn)換；所述銑削裝置(32)包括電主軸(321)，通過轉(zhuǎn)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(nèi)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(jī)和減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，可實(shí)現(xiàn)切割裝置33在二維平面內(nèi)的任意方向切割。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消失模數(shù)字化成形機(jī)，其特征在于，所述植針式固定平臺(tái)(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(jī)工作臺(tái)(10)上。
【文檔編號(hào)】B23P23/04GK104162786SQ201410206411
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】單忠德, 劉豐, 劉國杰, 劉倩 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心