CN104708085B - 一种铣削喷液打印一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既能气动排屑加工、又能喷液打印的装置，该装置内部设有密封腔、转换刀柄、螺母、空心立铣刀和喷嘴；密封腔和转换刀柄之间采用机械密封进行连接，密封动环固定在转换刀柄上，密封静环固定在密封腔上；转换刀柄与空心立铣刀使用锥面和凹凸结构进行密封和配合连接，然后利用螺母压紧，喷嘴和空心立铣刀采用同样的方式与转换刀柄进行连接和配合。本发明相对于其他同类产品，保证完成铣削功能的同时，不仅解决了干式切削加工的排屑问题，而且可以作为三维打印时的打印喷头使用。

Description

一种铣削喷液打印一体化装置

技术领域

本发明涉一种切削加工装置和一种喷液装置，尤其是用于干式切削加工的刀具和基于增材制造技术的铣削喷液打印一体化装置。

背景技术

切削加工和增材制造是机械制造的两种重要方法，其设备是机械制造的两种重要工具。

切削加工，速度快、精度高，但对于复杂的、中空的、薄壁的等工件（如砂型铸型），无法加工，需要将工件分型加工，然后进行组装，组装时易发生错型、变形等问题。

在切削加工设备中，机械加工的立铣刀是实现数控机床铣削的重要部件。现有的大部分立铣刀应用于干式切削时，由于没有冷却液的作用，尤其在加工型腔时，排屑困难，积累的切屑不仅会加剧刀具磨、降低刀具寿命，还会阻碍刀具的运动、增大切削力，降低加工工件精度，甚至损害机床主轴头或已加工的工件。因此，在干式切削加工过程中，需要及时清理切屑；有时甚至需要停机进行切屑清理，延长了工件加工时间。

增材制造，加工速度慢、精度差，但是能够加工任意形状复杂结构的工件，无需分型。

发明内容

为了克服现有切削加工和增材制造两种制造方法的不足,并同时融合两种制造方法的优点，本发明旨在提供一种铣削喷液打印一体化装置。

本发明所采用的技术方案是，一种铣削打印喷涂一体化装置，该装置内主要设有密封腔、转换刀柄、空心立铣刀和喷嘴；密封腔固定在主轴头所在的梁上，转换刀柄与主轴连接，密封腔与转换刀柄之间有多弹簧的机械密封装置，机械密封的动环固定在密封腔上，机械密封的动环固定转换刀柄上；切削加工时，空心立铣刀与转换刀柄连接；喷涂打印时，喷嘴与转换刀柄连接。

所述的密封腔装置有孔，能够连通高压气体、喷涂材料或沉积材料等。进行铣削时，密封腔连通高压气体。进行打印喷涂用时，喷嘴与转换刀柄进行连接，将密封腔连通所需的喷涂材料和沉积材料等。

所述的转换刀柄中间部位直径较两端较大，中间部位有交叉的通孔，在端部有锥孔和凸起结构，交叉的通孔和锥孔是连通的，有锥孔的轴端有外螺纹。

所述的空心立铣刀是中空结构的，与转换刀柄相连的一端有锥面结构和凹槽结构，能够转换刀柄进行配合连接；其切削刃附近有小孔。

所述的喷嘴，与转换刀柄相连的一端有锥面结构和凹槽结构，能够转换刀柄进行配合连接。

所述的转换刀柄和空心立铣刀，通过螺母将两者紧固在一起；所述的转换刀柄和喷嘴，也是通过螺母将两者紧固在一起。

采用本发明的铣削喷液打印一体化装置，与独立的切削加工系统和独立的增材制造系统相比，铣削加工和喷液打印时共用XY轴等运动系统，节约了设备所占的空间，实现了设备的轻量化；加工复杂的、中空的等工件时，不需要分型加工，减少了工件的分型和组装工序；利用该装置进行干式切削加工时，该装置具有良好的自动排屑功能，减少刀具磨损、增大刀具寿命，提高加工精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的基本原理和结构剖视图；

图2是该发明空心立铣刀的立体图；

图3是打印时该装置的立体图；

图4是转换刀柄的立体图；

图5是空心立铣刀的立体图；

图6是螺母的立体图；

图7为喷嘴的立体图；

图8为铸型的立体图

图9为铸型的全剖视图；

图10为铸型的铣削加工部分；

图11为铸型的增材制造加工部分；

图12为铸型的铣削打印下结合面；

图13为铸型的铣削打印上结合面。

附图中的标记编号说明如下：

1-转换刀柄，2-密封腔，3-螺母，4-空心立铣刀，5-机械密封静环，6-机械密封动环，7-工件，8—喷嘴,9-砂型铸型。

具体实施方式

本发明实施例，如图1、图2和图3所示，一种铣削打印喷涂一体化装置，其主要结构包括转换刀柄1、密封腔2、空心立铣刀4和喷嘴8。

其中，密封腔2固定在主轴头所在的梁上；转换刀柄1与电主轴连接；机械密封静环5固定在密封腔2上；机械密封动环6为多弹簧结构，固定在转换刀柄1上；当转换刀柄1在电主轴的驱动下旋转时，机械密封静环5和机械密封动环6形成机械密封。转换刀柄1如图1中部件1和图3所示，中间部分直径较两端粗并有交叉孔，一端是中空的与中间的交叉孔是相通的；与空心立铣刀连接的一端有锥孔、外螺纹和两个凸起。空心立铣刀1如图1中部件4和图4所示，其中心孔与切削刃附近对称的两个小孔相通，一端有锥柄和凹槽，与锥柄连接的部分有较大的直径。转换刀柄1和空心立铣刀4通过锥面和凸凹结构配合进行连接。螺母3如图1中部件3和图5所示。螺母3通过空心立铣刀4的切削刃端进行安装，与转换刀柄1进行连接，旋紧螺纹的同时，螺母3将空心立铣刀4的锥面与转换刀柄1的锥面压紧。喷嘴8和空心立铣刀4采用同样的连接方式，与转换刀柄1进行连接。

该空心立铣刀结构功能完善，结构紧凑，密封性好。在保证完成铣削功能的同时，解决了干式切削加工的排屑问题。同时，集成了三维打印的喷头。喷嘴8和空心立铣刀4可以根据需要互换，完成打印喷头所需的功能。

以制造砂型铸型9为例。该砂型铸型的三维图及剖视图如图8和图9所示。将该铸型分为铣削加工部分和增材制造部分，图10为切削加工部分，右图为图11为增材制造技术加工部分。图12和图13中剖面线部分为铣削加工部分和增材制造的结合部位。

准备好砂块，切削加工图10中的砂型。先将高压气体连通密封腔2，高压气体通过密封腔2的孔进入空心立铣刀内部，然后通过转换刀柄1内部，最后通过空心立铣刀4切削刃的附近小孔喷出。在铣削加工过程中，空心立铣刀4切削刃附近喷出的气体及时将加工过程中产生的废砂吹开或吹出型腔。直至完成切削加工部分的加。

然后，将砂子铺平已经加工好的砂型部分。然后，按照图11和图12中的剖面线部分，喷涂一层粘结剂，铺一层砂子。粘结剂通过密封腔2的孔进入空心立铣刀内部，然后通过转换刀柄1内部，最后通喷嘴8喷出，喷出的粘结剂将砂粒粘结在一起。按照基于粘结成形的增材制造方法，将图11中的增材制造加工部分加工出来。接着，利用该装置的铣削功能，对工件外表面进行精加工。最后，利用负压吸或者高压吹将工件内部的废砂排除。

从以上的描述中，可以看出，本发明的实施例实现了如下技术效果：

复杂的、中空的等工件加工时，不需要分型加工，减少了工件的分型和组装工序。同时，利用该装置进行干式切削加工时，该装置具有良好的自动排屑功能，减少刀具磨损、增大刀具寿命，提高加工精度。与独立的切削加工系统和打印喷涂系统相比，该发明铣削打印喷涂时共用XYZ轴等运动系统，节约了设备所占的空间，实现了设备的轻量化。封腔与转换刀柄之间采用多弹簧的机械密封装置，在立铣刀向任意方向旋转时，都具有密封性。转换刀柄与空心立铣刀采用锥面和凸凹结构的连接连接方式，既能保证该刀具的密封，同时能够传递扭矩。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铣削喷液打印一体化装置，包括：转换刀柄，与电主轴连接；密封腔，与所述转换刀柄连接；所述密封腔与所述转换刀柄通过机械密封装置进行连接，所述机械密封装置的静环安装在密封腔上，机械密封装置的动环安装在转换刀柄上；铣削加工时，空心立铣刀通过螺母与转换刀柄相连接；喷涂打印时，喷嘴通过螺母与转换刀柄相连接。

2.根据权利要求1所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述转换刀柄中间直径较两端大，其中间位置有交叉的通孔，其第一端有锥孔和外螺纹，所述第一端端面上有凸起结构，所述锥孔和所述交叉的通孔是连通的，所述转换刀柄的第二端为圆柱形或者锥形。

3.根据权利要求2所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述转换刀柄的第二端与电主轴通过弹簧夹头进行连接或者通过锥柄进行连接。

4.根据权利要求1所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述密封腔上有孔，能够连通气体或者液体。

5.根据权利要求1所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述空心立铣刀第一端具有锥柄结构，与锥柄相连部分的直径比其他部位的直径大，且该部分有凹槽，空心立铣刀的第一端到切削刃附近有与空心立铣刀同轴的中心孔，切削刃附近有小孔，中心孔与小孔是连通的。

6.根据权利要求1所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述喷嘴第一端具有锥柄结构，与喷嘴第一端相连部分的圆柱直径比其他部位的直径大，且该部分有凹槽。

7.根据权利要求1所述的铣削喷液打印一体化装置，其特征在于：所述喷嘴的一端结构和空心立铣刀一端的结构是一样的，所述喷嘴与所述空心立铣刀采用同样的连接方式与所述转换刀柄进行连接。