專利名稱：消失模數(shù)字化加工方法及其設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消失模數(shù)字化加工方法及其設備，屬于鑄造和數(shù)控加工的交叉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造是金屬件成形的一種最主要方式。隨著市場全球化以及競爭的不斷加劇，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，單件、小批量鑄件的需求日益增長。消失模鑄造，作為一種鑄造精度介于砂型鑄造和精密鑄造之間的精密近凈成形方法，由于其靈活的設計自由度、無需砂芯的組合和定位，顯著減少鑄件加工余量，甚至能取代裝配和焊接，特別適合鑄件新產(chǎn)品開發(fā)和單件小批量生產(chǎn)。作為消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)，消失模的精密成形和快速制造，直接影響到鑄件新產(chǎn)品的整體制造周期、開發(fā)成本和質(zhì)量性能。目前單件和小批量的大、中型消失模模樣的制造，主要采用機械加工、手工加工成型的方法，根據(jù)鑄件復雜程度和形狀，可以是整體的，也可以是分片組合成型。利用切割樣板與平面切割機、立式切割機或自動切割機等機械設備對消失模坯進行切割，切割出消失模部件，然后通過粘結(jié)制造出消失模模樣，加工的精度和質(zhì)量低，而且比較浪費原料，使得消失模模樣的加工成本提高很多，周期較長，無法滿足新產(chǎn)品開發(fā)，尤其是機床床身、汽車覆蓋件模具等單件小批量生產(chǎn)制造。針對傳統(tǒng)單件和小批量消失模鑄造工藝及設備的不足，本發(fā)明提出了一種消失模數(shù)字化加工方法及其設備，采用該方法及其設備可以直接加工制造出各種形狀的消失模， 提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量和加工精度，縮短消失模模樣的生產(chǎn)時間，實現(xiàn)鑄件研發(fā)階段的快捷生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種消失模數(shù)字化加工方法及其設備，為實現(xiàn)單件、小批量消失?？焖倬荑T造提供了更加先進、更加靈活的手段，尤其適用于大、中型鑄件的消失模鑄造。本發(fā)明是一種消失模數(shù)字化加工方法，該方法包括如下步驟
a)根據(jù)鑄造工藝要求，選擇合適的消失模珠粒材料，制造用于數(shù)控加工用的消失模坯；
b)根據(jù)鑄件CAD模型，進行整體收縮率的設置，得到消失模CAD模型；
c)將消失模CAD模型剖分，預留消失模模樣粘合縫隙或加工出用于定位的孔或柱；
d)根據(jù)規(guī)劃的路徑結(jié)合加工參數(shù)生成加工設備可接受的加工代碼；
e)將消失模坯在工作平臺上裝夾定位后進行數(shù)字化切削加工；
f)加工產(chǎn)生的廢屑被切削刀具及吸嘴中的負壓氣流帶走并經(jīng)排屑管進入廢屑收集裝置中；
g)對加工完的消失模模樣進行后處理。本發(fā)明還提供了一種實施上述方法的消失模數(shù)字化加工設備，包括底座；與底座連接的床身；安裝在底座上的工作平臺；多軸運動系統(tǒng)，多軸運動系統(tǒng)包括第一 X軸運動系統(tǒng)和第二 X軸運動系統(tǒng)、Y軸運動系統(tǒng)和Z軸運動系統(tǒng)；帶動多軸運動系統(tǒng)運動的驅(qū)動系統(tǒng)；與多軸運動系統(tǒng)相連接的專用消失模切削系統(tǒng)，專用消失模切削系統(tǒng)包括設置在Z軸運動系統(tǒng)下端的加工主軸和設置在加工主軸下端的切削刀具；設置在底座下方的廢屑吸附收集系統(tǒng)；以及控制多軸運動系統(tǒng)運行軌跡的專用控制系統(tǒng)；專用消失模切削系統(tǒng)的的加工主軸為中空結(jié)構(gòu)的主軸。進一步地，切削刀具為空心結(jié)構(gòu)，且刀刃上開有吸屑口。進一步地，多軸運動系統(tǒng)設置在工作平臺的上方。進一步地，廢屑吸附收集系統(tǒng)包括設置在工作平臺下方的負壓產(chǎn)生裝置，安裝在設備工作平臺下方的廢屑收集裝置以及連接負壓產(chǎn)生裝置、廢屑收集裝置和加工主軸的排屑管。進一步地，專用控制系統(tǒng)包括多軸聯(lián)動運動系統(tǒng)的控制，還包括針對廢屑吸附收集系統(tǒng)的實時控制。進一步地，廢屑收集裝置可以自由移動。采用本發(fā)明的消失模數(shù)字化加工方法及其設備，具有以下優(yōu)點切成產(chǎn)生的廢屑采用吸屑工作方式，利用空心結(jié)構(gòu)的切削刀具中的負壓氣流將刀頭切削產(chǎn)生的廢屑即時排除，不會影響切削加工；該消失模數(shù)字化加工方法及其設備可以直接切削加工得到消失模模樣，縮短鑄件新產(chǎn)品的研發(fā)周期，加工的模型精度和質(zhì)量高，節(jié)約原材料，尤其適于大中型鑄件開發(fā)。


構(gòu)成本申請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(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明的消失模數(shù)字化加工方法及其設備的加工工藝流程圖。圖2為本發(fā)明的消失模數(shù)字化加工設備的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中10.專用控制系統(tǒng)，20.工作平臺，30.消失模坯，41.負壓產(chǎn)生裝置，42.廢屑收集裝置，43.排屑管，50.底座，61.切削刀具，62.加工主軸，70.床身，81.第一 X軸運動系統(tǒng)，82.第二 X軸運動系統(tǒng)，83. Y軸運動系統(tǒng)，84. Z軸運動系統(tǒng)，90.驅(qū)動系統(tǒng)。
具體實施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。根據(jù)鑄造工藝要求，選擇合適的消失模珠粒材料，制造用于數(shù)控加工用的消失模坯；根據(jù)鑄件CAD模型，進行整體收縮率的設置，得到消失模CAD模型；將消失模CAD模型剖分，預留消失模坯粘合縫隙或加工出用于定位的孔或柱；根據(jù)規(guī)劃的路徑結(jié)合加工參數(shù)生成加工設備可接受的加工代碼；將合適的消失模坯在工作平臺上定位后進行數(shù)字化切削加工；對加工完成的消失模模樣進行后處理。根據(jù)本發(fā)明的消失模數(shù)字化加工設備，包括底座50 ；與底座50連接的床身70 ；安裝在底座50上的工作平臺20 ；多軸運動系統(tǒng)80，多軸運動系統(tǒng)80包括第一 X軸運動系統(tǒng) 81和第二 X軸運動系統(tǒng)82、Y軸運動系統(tǒng)83和Z軸運動系統(tǒng)84 ；帶動多軸運動系統(tǒng)80運動的驅(qū)動系統(tǒng)90;與多軸運動系統(tǒng)80相連接的專用消失模切削系統(tǒng)60，專用消失模切削系統(tǒng)60包括設置在Z軸運動系統(tǒng)84下端的加工主軸62和設置在加工主軸62下端的切削刀具61 ；設置在底座50下方的廢屑吸附收集系統(tǒng)40 ；以及控制多軸運動系統(tǒng)80運行軌跡的專用控制系統(tǒng)10 ；專用消失模切削系統(tǒng)60的加工主軸62為中空結(jié)構(gòu)的主軸。如圖2所示，本實施例中的消失模數(shù)字化加工設備為三軸運動系統(tǒng)，即多軸運動系統(tǒng)80包括第一 X軸運動系統(tǒng)81和第二 X軸運動系統(tǒng)82、Y軸運動系統(tǒng)83和Z軸運動系統(tǒng)84。驅(qū)動系統(tǒng)90包括多個伺服電機，分別與第一 X軸運動系統(tǒng)81和第二 X軸運動系統(tǒng) 82、Y軸運動系統(tǒng)83和Z軸運動系統(tǒng)84相連接。其中，第一 X軸運動系統(tǒng)81和第二 X軸運動系統(tǒng)82采用兩個伺服電機通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)同步驅(qū)動，或者采用一個伺服電機通過同步帶的帶動實現(xiàn)對同步驅(qū)動。驅(qū)動系統(tǒng)90帶動多軸運動系統(tǒng)80運動，并最終帶動與多軸運動系統(tǒng)80相連接的切削系統(tǒng)60運動并對消失模坯30進行切削加工，以得到各種形狀的鑄件消失模模樣。專用控制系統(tǒng)10運行消失模坯切削工藝相配套的專用控制軟件，并對多軸運動系統(tǒng)80和廢屑吸附收集系統(tǒng)40進行數(shù)字化控制，完成對消失模坯的精密加工，從而可以制造出高精度、表面質(zhì)量好的鑄型。加工主軸62固定安裝在Z軸運動系統(tǒng)84下端，切削刀具61固定安裝在加工主軸 62的下端，加工主軸62在Z軸運動系統(tǒng)84的帶動下實現(xiàn)快速定位。本實施例中，加工主軸 62為電主軸，可以帶動固定在其下端的切削刀具61高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對工件或消失模坯30的切削加工。廢屑吸附收集系統(tǒng)包括設置在工作平臺下方的負壓產(chǎn)生裝置41，安裝在設備工作平臺20下方的廢屑收集裝置42以及連接負壓產(chǎn)生裝置41、廢屑收集裝置42和加工主軸 62的排屑管43。在切削過程中，會產(chǎn)生大量廢屑，廢屑中的絕大部分會被切削刀具61中的負壓氣流即時排除至工作平臺20下方的廢屑收集裝置42中，防止廢屑粘在切削刀具61上影響設備的加工；廢屑收集裝置42可以自由移動，加工結(jié)束后，可以拉出廢屑收集裝置42， 將其內(nèi)部的廢屑倒出運走。將多軸運動系統(tǒng)80設置在工作平臺20的上方，可以防止切削廢屑進入到多軸運動系統(tǒng)80的內(nèi)部。這樣，可以有效防止切削產(chǎn)生的廢屑落入多軸運動系統(tǒng)80中而破壞多軸運動系統(tǒng)80的運動精度，從而提高了消失模數(shù)字化加工設備的精度和使用壽命。該消失模數(shù)字化加工設備的切削加工過程詳細描述如下將合適的消失模坯30 裝夾在工作平臺20上并進行定位，然后專用控制系統(tǒng)10按照與本消失模數(shù)字化加工設備匹配的專用控制軟件生成的控制指令控制驅(qū)動系統(tǒng)90驅(qū)動多軸運動系統(tǒng)80運動，并帶動旋轉(zhuǎn)的切削刀具61沿一定的掃描路徑對消失模坯30進行切削加工得到消失模模樣。與此同時，負壓產(chǎn)生裝置41產(chǎn)生負壓氣流，加工產(chǎn)生的廢屑被切削刀頭61中的負壓氣流帶走并經(jīng)排屑管43進入工作平臺20下方的廢屑收集裝置42中，廢屑收集裝置42中可以自由移動，將廢屑清除出去。以上對本發(fā)明及其實施方式的描述是示意性的，沒有限制性。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，進行其他實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種消失模數(shù)字化加工方法及其設備，其特征在于，該方法包括如下步驟a)根據(jù)鑄造工藝要求，選擇合適的消失模珠粒材料，制造用于數(shù)控加工用的消失模坯 (30)；b)根據(jù)鑄件CAD模型，進行整體收縮率的設置，得到消失模CAD模型；c)將消失模CAD模型剖分，預留消失模模樣粘合縫隙或加工出用于定位的孔或柱；d)根據(jù)規(guī)劃的路徑結(jié)合加工參數(shù)生成加工設備可接受的加工代碼；e)將消失模坯(30)在工作平臺(20)上裝夾定位后進行數(shù)字化切削加工；f)加工產(chǎn)生的廢屑被切削刀具(61)中的負壓氣流帶走并經(jīng)排屑管(43)進入廢屑收集裝置(42)中；g)對加工完的消失模模樣進行后處理。
2.一種實施如權(quán)利要求1所述方法的消失模數(shù)字化加工設備，包括底座(50)；與所述底座(50)連接的床身(70)；安裝在所述底座(50)上的工作平臺(20)；多軸運動系統(tǒng)(80)， 所述多軸運動系統(tǒng)(80)包括第一 X軸運動系統(tǒng)(81)和第二 X軸運動系統(tǒng)(82)、Y軸運動系統(tǒng)(83)和Z軸運動系統(tǒng)(84);帶動所述多軸運動系統(tǒng)(80)運動的驅(qū)動系統(tǒng)(90);與所述的多軸運動系統(tǒng)(80)相連接的專用消失模切削系統(tǒng)(60)，所述的專用消失模切削系統(tǒng)(60) 包括設置在所述Z軸運動系統(tǒng)(84)下端的加工主軸(62)和設置在所述加工主軸(62)下端的切削刀具(61);設置在所述底座(50)下方的廢屑吸附收集系統(tǒng)(40);以及控制所述多軸運動系統(tǒng)(80)運行軌跡的專用控制系統(tǒng)(10);其特征在于，所述的專用消失模切削系統(tǒng) (60)的加工主軸(62)為中空結(jié)構(gòu)的主軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消失模數(shù)字化加工設備，其特征在于，所述的切削刀具(61) 為空心結(jié)構(gòu)，且刀刃上開有吸屑口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消失模數(shù)字化加工設備，其特征在于，所述的多軸運動系統(tǒng) (80 )設置在所述的工作平臺(20 )的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消失模數(shù)字化加工設備，其特征在于，所述的廢屑吸附收集系統(tǒng)(40)包括設置在平臺下方的負壓產(chǎn)生裝置(41)，安裝在設備工作平臺下方的廢屑收集裝置(42)以及連接負壓泵(41)、廢屑收集裝置(42)和加工主軸(62)的排屑管(43)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消失模數(shù)字化加工設備專用控制系統(tǒng)(10)，包括多軸聯(lián)動運動系統(tǒng)的控制，其特征在于，還包括針對廢屑吸附收集系統(tǒng)(40)的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消失模數(shù)字化加工設備，其特征在于，所述的廢屑收集裝置 (42)可以自由移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種消失模數(shù)字化加工方法及其設備。本發(fā)明方法步驟包括消失模CAD模型剖分，CAD模型轉(zhuǎn)化為數(shù)控代碼，消失模坯切削加工，廢屑排除，消失模模樣后處理。本發(fā)明的設備包括底座(50)，床身(70)，多軸運動系統(tǒng)(80)，驅(qū)動系統(tǒng)(90)，切削系統(tǒng)(60)，廢屑吸附收集系統(tǒng)(40)和專用控制系統(tǒng)(10)。本發(fā)明的方法和設備通過中空結(jié)構(gòu)的加工主軸(62)和切削刀具(61)實現(xiàn)即時負壓排屑，廢屑不會粘在切削刀具(61)上影響加工。本發(fā)明既提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，節(jié)約了原材料，又縮短了鑄件新產(chǎn)品的研發(fā)周期，尤其適用于單件、小批量大中型鑄件的消失模鑄造。
文檔編號B23C3/00GK102284730SQ20111023609
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉豐, 單忠德, 徐先宜, 李柳 申請人:機械科學研究總院先進制造技術(shù)研究中心