WO2012155350A1

WO2012155350A1 - 无模铸造型芯成形机

Info

Publication number: WO2012155350A1
Application number: PCT/CN2011/074282
Authority: WO
Inventors: 单忠德; 刘丰; 王祥磊; 侯明鹏; 李希文; 陈少凯; 李柳
Original assignee: 机械科学研究总院先进制造技术研究中心
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-22
Also published as: CN102266911A

Description

无模铸造型芯成形机技术领域本发明涉及特种加工机床和铸型制造的交叉技术领域，更具体地，涉及一种无模铸造型芯成形机。背景技术传统铸件制造工艺存在制造周期长、生产成本高、资源消耗大等问题，无模铸型数控加工成形技术解决了这些问题。无模铸型数控加工成形技术是 CAD 技术、铸造技术、数控技术、切削技术等技术的系统集成，是一种全新的快速铸型制造技术。釆用该技术的无模铸造成形机可以完全不用模具，通过对砂坯进行加工制造出各种形状的铸件砂型，为解决铸件的单件、小批量的生产试制提供了新的载体。使用该设备还可以缩短生产周期、提高生产率，尤其适用于大件、小批量、形状复杂的铸型加工。现有的无模铸型成形机由含有多轴（三轴及以上）运动系统、通用或专用砂型切削刀具系统及排砂系统的主体部分和与砂型切削工艺相配套的专用控制软件组成，该设备的 X轴运动系统置于加工工作平台下方，设备切削产生的小部分砂屑无法被挡板遮挡并容易进入运动系统内部，从而导致故障停机，降氐机床使用寿命。另外，该成形机 -尘污染严重，工人的工作环境恶劣。发明内容本发明目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种能够防止砂屑进入运动系统内部的无模铸造型芯成形机。发明提供了一种无模铸造型芯成形机，包括多轴运动系统，多轴运动系统包括 X轴运动系统、 Y轴运动系统和 Z轴运动系统；切削系统，切削系统与多轴运动系统相连接；驱动系统，带动多轴运动系统运动；底座部，多轴运动系统设置在底座部的上方。进一步地， X轴运动系统包括平行设置的第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统， Y轴运动系统的两端分别与第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统可滑动地连接， Z轴运动系统与 Y轴运动系统可滑动地连接。进一步地， X轴运动系统包括 X轴运动横梁和与 X轴运动横梁滑动连接的 X轴滑块， Y轴运动系统包括 Y轴运动横梁， Y轴运动横梁与 X轴滑块固定连接。进一步地， Y轴运动系统还包括与 Y轴运动横梁滑动连接的 Y轴滑块， Z 轴运动系统包括 Z轴运动竖梁和与 Z轴运动竖梁滑动连接的 Z轴滑块， Y轴滑块与 Z轴滑块固定连接。进一步地，无模铸造型芯成形机还包括设置在底座部上的支座， X轴运动系统设置在支座上。进一步地，底座部包括工作平台和支撑工作平台的底座，工作平台的外侧设置有落砂槽以及与落砂槽相连接的导砂板。进一步地，落 -槽设置于工作平台的两侧或者四周，导 -板倾斜设置。进一步地，落砂槽下方设置有可自由移动的排砂车。进一步地，切削系统包括设置在 Z轴运动系统下端的加工主轴和设置在加工主轴下端的切削刀具。进一步地，无模铸造型芯成形机还包括吹砂喷嘴，吹砂喷嘴设置在 Z轴运动系统的下端，并位于力口工主由的一侧或两侧。进一步地，无模铸造型芯成形机还包括外罩，外罩内部形成封闭的空腔，多轴运动系统、切削系统和驱动系统均设置在空腔中。进一步地，无模铸型成形机还包括控制系统，控制系统包括控制拒和控制面板，控制拒和控制面板均设置在外罩的外侧面上。釆用本发明的无模铸造型芯成形机，包括多轴运动系统和底座部，多轴运动系统设置在底座部的上方。切削产生的 -屑中的绝大部分会下落到底座部下方，因而不会飞散到多轴运动系统内部，也就不会引起故障，从而提高了无模铸造型芯成形机的精度和使用寿命。附图说明构成本申请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。在附图中：图 1是根据本发明的无模铸造型芯成形机的外部结构示意图；图 2是根据本发明的无模铸造型芯成形机的内部结构示意图；图 3是图 2中 I处的局部放大图；图 4是根据本发明的无模铸造型芯成形机的 X轴运动系统的结构示意图；图 5是根据本发明的无模铸造型芯成形机的 Y轴运动系统的结构示意图；图 6是根据本发明的无模铸造型芯成形机的 Z轴运动系统的结构示意图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。才艮据本发明的无模铸造型芯成形机，包括多轴运动系统 30, 多轴运动系统 30包括 X轴运动系统 31、 Y轴运动系统 32和 Z轴运动系统 33; 切削系统 80, 切削系统 80与多轴运动系统 30相连接；驱动系统 70, 带动多轴运动系统 30 运动；底座部 50; 多轴运动系统 30设置在底座部 50的上方。如图 1和图 2所示，本实施例中的无模铸造型芯成形机为三轴运动系统，即多轴运动系统 30分别包括 X轴运动系统 31、 Y轴运动系统 32和 Z轴运动系统 33。驱动系统 70带动多轴运动系统 30运动，并最终带动与多轴运动系统 30相连接的切削系统 80运动并对 -坯进行切削加工，以得到各种形状的铸件砂型。在切削过程中，会产生大量砂屑，砂屑中的绝大部分会下落到底座部下方。将多轴运动系统 30设置在底座部 50的上方，可以防止切削砂屑进入到多轴运动系统 30 的内部。这样，一方面可以有效防止切削产生的 -屑向下落入多轴运动系统 30中而破坏多轴运动系统 30的运动 ^奇度，另一方面可以防止多轴运动系统 30 内部进入砂屑而引起故障，从而提高了无模铸造型芯成形机的精度和使用寿命。为了进一步防止砂屑进入多轴运动系统 30 , 在 X轴运动系统 31、 Y轴运动系统 32和 Z轴运动系统 33上都安装柔性防尘罩，完全将多轴运动系统 30 的主体包裹在内，可以有效防止废砂和灰尘的进入，进一步提高无模铸造型芯成形机的精度和使用寿命。如图 1所示，无模铸造型芯成形机还包括外罩 10, 外罩 10内部形成封闭的空腔，多轴运动系统 30、切削系统 80和驱动系统 70均设置在空腔中。设置外罩 10, 将多轴运动系统 30、切削系统 80、驱动系统 70以及底座部 50等部件包围在外罩 10 内部的封闭的空腔内。外罩 10上设置门体 11 , 用于放置或取出砂坯。在对砂坯进行切削加工时，门体 11 闭合，外罩内部形成全封闭的空间。外罩 10釆用封闭形式，使得加工过程在完全封闭的环境下进行，切削加工过程中产生的砂屑全部被阻隔在无模铸型成形机的内部，因而不会造成车间 -屑粉尘的污染，改善了工人的工作环境。优选地，门体 11为自动门。如图 1所示，优选地，无模铸造型芯成形机还包括控制系统 20 , 控制系统 20包括控制拒 21和控制面板 22, 控制拒 21和控制面板 22均设置在外罩 10 的外 4则面上。控制系统运行砂型切削工艺相配套的专用控制软件，并对多轴运动系统进行数字化控制，完成对砂型的精密加工，从而可以制造出高精度、表面质量好的铸型。控制系统 20包括控制拒 21和控制面板 22, 将控制拒 21和控制面板 22设置在外罩 10的外侧，与加工空间完全隔绝，从而可以防止砂屑粉尘进入其内部而导致的电器故障。如图 2所示， X轴运动系统 31 包括平行设置的第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统， Y轴运动系统 32的两端分别与第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统可滑动地连接， Z轴运动系统 33与 Y轴运动系统 32可滑动地连接。优选地，无模铸型成形机还包括设置在底座部 50上的支座 34, X轴运动系统 31设置在支座 34上。相对设置的第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统组成双 X轴运动系统，并分别釆用螺栓固定安装在两个相对设置的支座 34上。支座 34通过钢板组合焊接而成或者铸造而成，并固定设置在底座部 50 上端。在本实施例中，切削系统 80设置在 Z轴运动系统 33上， Y轴运动系统 32可相对第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统故相对 X轴方向的滑动， Z轴运动系统可相对 Y轴运动系统沿 Y轴方向做相对滑动。这样的设置，使得设置在 Z运动系统 33上的切削系统 80 可以运动到切削范围内的指定位置，从而可以对此指定位置进行切削。在本实施例中，驱动系统 70包括多个伺月艮电机，分别与 X轴运动系统 31、 Y轴运动系统 32和 Z轴运动系统 33相连接并分别带动这几个运动系统运动。其中，双 X轴运动系统釆用两个伺月艮电机通过控制系统实现对双 X轴运动系统的同步驱动，或者釆用一个伺月艮电机通过同步带的带动实现对双 X轴运动系统的同步驱动。如图 4至图 6所示， X轴运动系统 31包括 X轴运动横梁 311和与 X轴运动横梁 311滑动连接的 X 由滑块 312, Y 由运动系统 32包括 Y 由运动横梁 321 , Y轴运动横梁 321与 X轴滑块 312固定连接。 Y轴运动系统 32还包括与 Y轴运动横梁 321滑动连接的 Y轴滑块 322, Z轴运动系统 33 包括 Z轴运动竖梁 331和与 Z轴运动竖梁 331滑动连接的 Z轴滑块 332, Y轴滑块 322与 Z轴滑块 332固定连接。

X轴滑块 312与 X轴运动横梁 311滑动连接， X轴运动横梁 311上具有丝杠，与 X轴运动系统 311连接的伺服电机带动丝杠转动，丝杠转动使得 X轴滑块 312沿 X轴运动横梁 311前后移动。 X轴运动系统 31通过 X轴滑块 312 与 Y轴运动系统 32釆用螺紋联接方式连接在一起，从而通过 X轴运动系统上的伺月艮电机可以使得 Y轴运动横梁 321沿 X轴方向运动。同样， Y轴运动系统 32与 Z轴运动系统 33通过穿过 Y轴滑块 322和 Z轴滑块 332的螺栓固定安装在一起，可以通过 Y轴运动系统上的伺服电机使得 Z轴运动竖梁 331沿 Y 轴方向运动。本实施例中， X轴运动横梁 311为轻量化的工字型铸铝梁，在保证横梁强度的同时，减轻了设备重量。 Y轴运动横梁 321釆用工字型加 V型加强肋板结构，在横梁轻量化基础上保证其足够的刚度。如图 3所示，切削系统 80包括设置在 Z轴运动系统 33下端的加工主轴 81 和设置在加工主轴 81下端的切削刀具 82。加工主轴 81釆用螺栓固定安装在 Z轴运动系统 33下端，切削刀具 82 固定安装在加工主轴 81的下端，加工主轴 81在 Z轴运动系统 33的带动下实现快速定位。本实施例中，加工主轴 81 为电主轴，可以带动固定在其下端的切削刀具 82高速旋转，实现对工件或 -坯的切削加工。如图 3所示，无模铸造型芯成形机还包括吹砂喷嘴 90, 吹砂喷嘴 90设置在 Z轴运动系统 33的下端，并位于加工主轴 81的一侧或两侧。吹 -喷觜 90 固定在 Z轴运动系统 33的下端，并与加工主轴 81设置在同一端面上，吹 -喷嘴 90为一个或为多个。本实施例中，设置两个吹 -喷嘴 90, 并将其固定在加工主轴 81 的轴端的两侧。当加工主轴 81在 Z轴运动系统 33 的带动下运动到待加工位置时，吹 -喷觜 90也随 Z轴运动系统 33同步运动到该位置，并在切削刀具 82 对 -坯进行加工时将产生的 -屑吹离加工位置，有利于对 -坯的加工。如图 2所示，底座部 50包括工作平台 51和支撑工作平台 51的底座 52, 工作平台 51的外侧设置有落 -槽 60以及与落 -槽 60相连接的导 -板。优选地，落、槽 60设置于工作平台 51的两侧或者四周，导、板倾斜设置。在本实施例中，底座 52 为工字钢和矩形钢焊接而成，满足机床使用要求的同时实现了轻量化设计，节约成本。工作平台 51用螺栓固定安装在底座 52 上，工作平台 51的两侧设置有落沙槽 60, 落沙槽 60的边缘固定连接有向下延伸的导砂板，导砂板向下倾斜设置，共同形成倒三角形状的导砂通道。对砂坯切削加工产生的砂屑落入落砂槽 60 中，并沿导砂板形成的导砂通道落到工作平台以下。倾斜设置的导砂板使得砂屑能够沿导砂板滑下，防止砂屑的飞散。优选地，落砂槽 60下方设置有可自由移动的排砂车 40。如图 1和图 2所示，排砂车 40为对应设置在落沙槽 60下方的小车，其一端设置有把手，下方设置有轮子。排砂车 40 在导砂通道的下方，砂屑沿导砂通道下落最终落入排砂车内。在加工结束时，可以拉出小车，将其内部的砂屑倒出，方便砂屑的运出，避免了砂屑直接落到加工场所的地面上，优化了加工场所的环境。为了准确的对排砂车进行定位，在外罩 10的侧面上设置定位部，如凸起的限位块，使得排 -车位于落 -槽 60下方。该无模铸造型芯成形机的加工过程描述如下：接通电源，打开自动门，将砂型放置在工作平台 51上，在控制面板 22上调出专用力口工程序，双 X轴运动系统与 Υ、 Ζ轴运动系统构成龙门式三轴运动系统。伺月艮电机 70得电后，驱动 X轴运动系统 31、 Υ轴运动系统 32、 Ζ轴运动系统 33单独或同时高速运动进行定位和切削加工。在 Ζ轴运动系统 33上安装有加工主轴 81和吹石少喷嘴 90, 力口工主轴 81带动切削刀具 82旋转，对工件砂坯进行切削加工。吹砂喷嘴 90 连接外部气泵供气装置，釆用吹气方式排除砂型加工过程中切削掉的砂屑。工作平台 51的两侧设置有落砂槽 60, 砂型切削掉的废砂可沿落砂槽 60进入排砂车 40中，排砂车 40置于落砂槽 60的下方，可以自由移动，将废 -清除出去。控制拒 21安装在 X轴运动系统 31的一侧，与加工空间完全隔绝，防止切削砂屑粉尘进入其中导致电器故障。外罩 10 与自动门组合成全封闭空间，外罩 10 使得加工过程在完全封闭的环境下进行，切削砂屑粉尘全部阻隔在设备内部，不会造成车间砂屑粉尘的污染，改善了工人的工作环境。 XYZ轴运动系统全部位于切削加工工作平台上方，切削砂屑绝大部分不会飞散到设备运动系统内部而引起故障，从而使机床的精度和使用寿命得以提高。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的多轴运动系统设置在底座部的上方，由于切削产生的 -屑中的绝大部分会下落到底座部下方，因而不会飞散到多轴运动系统内部，也就不会引起故障，从而提高了无模铸造型芯成形机的精度和使用寿命。以上所述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 ^"神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书一种无模铸造型芯成形机，包括：

多轴运动系统（ 30 ), 所述多轴运动系统（ 30 ) 包括 X轴运动系统 (31)、 Y 由运动系统 ( 32 ) 和 Z 由运动系统 ( 33 );

切削系统（ 80 ), 所述切削系统（ 80 )与所述多轴运动系统（ 30 )相连接；

驱动系统（ 70 ), 带动所述多轴运动系统（ 30 )运动；

底座部 (50);

其特征在于，所述多轴运动系统（30)设置在所述底座部（50) 的上方。才艮据权利要求 1所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述 X轴运动系统（31) 包括平行设置的第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统 , 所述 Y轴运动系统（ 32 )的两端分别与所述第一 X轴运动系统和所述第二 X轴运动系统可滑动地连接，所述 Z轴运动系统（ 33 )与所述 Y轴运动系统（32) 可滑动地连接。才艮据权利要求 2所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述 X轴运动系统（31) 包括 X轴运动横梁（311) 和与所述 X轴运动横梁（311) 滑动连接的 X轴滑块（ 312 ), 所述 Y轴运动系统（ 32 ) 包括 Y轴运动横梁（321), 所述 Y轴运动横梁（321) 与所述 X轴滑块（312) 固定连接。才艮据权利要求 2所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述 Y轴运动系统（ 32 ) 还包括与所述 Y轴运动横梁（ 321 ) 滑动连接的 Y轴滑块 ( 322 ), 所述 Z轴运动系统（ 33 ) 包括 Z轴运动竖梁（331)和与所述 Z 轴运动竖梁（ 331 ) 滑动连接的 Z轴滑块（ 332 ), 所述 Y轴滑块（ 322 ) 与所述 Z轴滑块（332 ) 固定连接。根据权利要求 1所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，还包括设置在所述底座部（50) 上的支座 (34), 所述 X轴运动系统（31)设置在所述支座 (34) 上。

6. 居权利要求 1所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述底座部

(50) 包括工作平台（51)和支撑所述工作平台（51) 的底座（52), 所述工作平台（51) 的外侧设置有落石少槽 (60) 以及与所述落石少槽 (60) 相连接的导 -板。

7. 根据权利要求 6所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述落砂槽

(60)设置于所述工作平台（51) 的两侧或者四周，所述导 -板倾斜设置。

8. 根据权利要求 6所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述落砂槽

(60) 下方设置有可自由移动的少车（40)。

9. 根据权利要求 1所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，所述切削系统（80) 包括设置在所述 Ζ轴运动系统（33) 下端的加工主轴（81) 和设置在所述加工主轴（81) 下端的切削刀具（82)。

10. 根据权利要求 9所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，还包括吹砂喷嘴（90), 所述吹砂喷嘴（90)设置在所述 Ζ 轴运动系统（33) 的下端，并位于所述加工主轴（81) 的一侧或两侧。

11. 根据权利要求 1至 10中任一项所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，还包括外罩（ 10), 所述外罩（ 10) 内部形成封闭的空腔，所述多轴运动系统（ 30 )、所述切削系统（ 80 )和所述驱动系统（ 70 )均设置在所述空腔中。

12. 根据权利要求 11所述的无模铸造型芯成形机，其特征在于，还包括控制系统（ 20 ), 所述控制系统（ 20 ) 包括控制拒（ 21 ) 和控制面板（ 22 ), 所述控制拒（21) 和所述控制面板 (22) 均设置在所述外罩（ 10) 的外侧面上。