专利名称：消失模数字化加工方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种消失模数字化加工方法及其设备，属于铸造和数控加工的交叉技术领域。
背景技术：
铸造是金属件成形的一种最主要方式。随着市场全球化以及竞争的不断加剧，产品更新换代的速度不断加快，单件、小批量铸件的需求日益增长。消失模铸造，作为一种铸造精度介于砂型铸造和精密铸造之间的精密近净成形方法，由于其灵活的设计自由度、无需砂芯的组合和定位，显著减少铸件加工余量，甚至能取代装配和焊接，特别适合铸件新产品开发和单件小批量生产。作为消失模铸造的关键技术，消失模的精密成形和快速制造，直接影响到铸件新产品的整体制造周期、开发成本和质量性能。目前单件和小批量的大、中型消失模模样的制造，主要采用机械加工、手工加工成型的方法，根据铸件复杂程度和形状，可以是整体的，也可以是分片组合成型。利用切割样板与平面切割机、立式切割机或自动切割机等机械设备对消失模坯进行切割，切割出消失模部件，然后通过粘结制造出消失模模样，加工的精度和质量低，而且比较浪费原料，使得消失模模样的加工成本提高很多，周期较长，无法满足新产品开发，尤其是机床床身、汽车覆盖件模具等单件小批量生产制造。针对传统单件和小批量消失模铸造工艺及设备的不足，本发明提出了一种消失模数字化加工方法及其设备，采用该方法及其设备可以直接加工制造出各种形状的消失模， 提高产品的表面质量和加工精度，缩短消失模模样的生产时间，实现铸件研发阶段的快捷生产。
发明内容
本发明提出了一种消失模数字化加工方法及其设备，为实现单件、小批量消失模快速精密铸造提供了更加先进、更加灵活的手段，尤其适用于大、中型铸件的消失模铸造。本发明是一种消失模数字化加工方法，该方法包括如下步骤
a)根据铸造工艺要求，选择合适的消失模珠粒材料，制造用于数控加工用的消失模坯；
b)根据铸件CAD模型，进行整体收缩率的设置，得到消失模CAD模型；
c)将消失模CAD模型剖分，预留消失模模样粘合缝隙或加工出用于定位的孔或柱；
d)根据规划的路径结合加工参数生成加工设备可接受的加工代码；
e)将消失模坯在工作平台上装夹定位后进行数字化切削加工；
f)加工产生的废屑被切削刀具及吸嘴中的负压气流带走并经排屑管进入废屑收集装置中；
g)对加工完的消失模模样进行后处理。本发明还提供了一种实施上述方法的消失模数字化加工设备，包括底座；与底座连接的床身；安装在底座上的工作平台；多轴运动系统，多轴运动系统包括第一 X轴运动系统和第二 X轴运动系统、Y轴运动系统和Z轴运动系统；带动多轴运动系统运动的驱动系统；与多轴运动系统相连接的专用消失模切削系统，专用消失模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；设置在底座下方的废屑吸附收集系统；以及控制多轴运动系统运行轨迹的专用控制系统；专用消失模切削系统的的加工主轴为中空结构的主轴。进一步地，切削刀具为空心结构，且刀刃上开有吸屑口。进一步地，多轴运动系统设置在工作平台的上方。进一步地，废屑吸附收集系统包括设置在工作平台下方的负压产生装置，安装在设备工作平台下方的废屑收集装置以及连接负压产生装置、废屑收集装置和加工主轴的排屑管。进一步地，专用控制系统包括多轴联动运动系统的控制，还包括针对废屑吸附收集系统的实时控制。进一步地，废屑收集装置可以自由移动。采用本发明的消失模数字化加工方法及其设备，具有以下优点切成产生的废屑采用吸屑工作方式，利用空心结构的切削刀具中的负压气流将刀头切削产生的废屑即时排除，不会影响切削加工；该消失模数字化加工方法及其设备可以直接切削加工得到消失模模样，缩短铸件新产品的研发周期，加工的模型精度和质量高，节约原材料，尤其适于大中型铸件开发。
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为本发明的消失模数字化加工方法及其设备的加工工艺流程图。图2为本发明的消失模数字化加工设备的主体结构示意图。图中10.专用控制系统，20.工作平台，30.消失模坯，41.负压产生装置，42.废屑收集装置，43.排屑管，50.底座，61.切削刀具，62.加工主轴，70.床身，81.第一 X轴运动系统，82.第二 X轴运动系统，83. Y轴运动系统，84. Z轴运动系统，90.驱动系统。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据铸造工艺要求，选择合适的消失模珠粒材料，制造用于数控加工用的消失模坯；根据铸件CAD模型，进行整体收缩率的设置，得到消失模CAD模型；将消失模CAD模型剖分，预留消失模坯粘合缝隙或加工出用于定位的孔或柱；根据规划的路径结合加工参数生成加工设备可接受的加工代码；将合适的消失模坯在工作平台上定位后进行数字化切削加工；对加工完成的消失模模样进行后处理。根据本发明的消失模数字化加工设备，包括底座50 ；与底座50连接的床身70 ；安装在底座50上的工作平台20 ；多轴运动系统80，多轴运动系统80包括第一 X轴运动系统 81和第二 X轴运动系统82、Y轴运动系统83和Z轴运动系统84 ；带动多轴运动系统80运动的驱动系统90;与多轴运动系统80相连接的专用消失模切削系统60，专用消失模切削系统60包括设置在Z轴运动系统84下端的加工主轴62和设置在加工主轴62下端的切削刀具61 ；设置在底座50下方的废屑吸附收集系统40 ；以及控制多轴运动系统80运行轨迹的专用控制系统10 ；专用消失模切削系统60的加工主轴62为中空结构的主轴。如图2所示，本实施例中的消失模数字化加工设备为三轴运动系统，即多轴运动系统80包括第一 X轴运动系统81和第二 X轴运动系统82、Y轴运动系统83和Z轴运动系统84。驱动系统90包括多个伺服电机，分别与第一 X轴运动系统81和第二 X轴运动系统 82、Y轴运动系统83和Z轴运动系统84相连接。其中，第一 X轴运动系统81和第二 X轴运动系统82采用两个伺服电机通过控制系统实现同步驱动，或者采用一个伺服电机通过同步带的带动实现对同步驱动。驱动系统90带动多轴运动系统80运动，并最终带动与多轴运动系统80相连接的切削系统60运动并对消失模坯30进行切削加工，以得到各种形状的铸件消失模模样。专用控制系统10运行消失模坯切削工艺相配套的专用控制软件，并对多轴运动系统80和废屑吸附收集系统40进行数字化控制，完成对消失模坯的精密加工，从而可以制造出高精度、表面质量好的铸型。加工主轴62固定安装在Z轴运动系统84下端，切削刀具61固定安装在加工主轴 62的下端，加工主轴62在Z轴运动系统84的带动下实现快速定位。本实施例中，加工主轴 62为电主轴，可以带动固定在其下端的切削刀具61高速旋转，实现对工件或消失模坯30的切削加工。废屑吸附收集系统包括设置在工作平台下方的负压产生装置41，安装在设备工作平台20下方的废屑收集装置42以及连接负压产生装置41、废屑收集装置42和加工主轴 62的排屑管43。在切削过程中，会产生大量废屑，废屑中的绝大部分会被切削刀具61中的负压气流即时排除至工作平台20下方的废屑收集装置42中，防止废屑粘在切削刀具61上影响设备的加工；废屑收集装置42可以自由移动，加工结束后，可以拉出废屑收集装置42， 将其内部的废屑倒出运走。将多轴运动系统80设置在工作平台20的上方，可以防止切削废屑进入到多轴运动系统80的内部。这样，可以有效防止切削产生的废屑落入多轴运动系统80中而破坏多轴运动系统80的运动精度，从而提高了消失模数字化加工设备的精度和使用寿命。该消失模数字化加工设备的切削加工过程详细描述如下将合适的消失模坯30 装夹在工作平台20上并进行定位，然后专用控制系统10按照与本消失模数字化加工设备匹配的专用控制软件生成的控制指令控制驱动系统90驱动多轴运动系统80运动，并带动旋转的切削刀具61沿一定的扫描路径对消失模坯30进行切削加工得到消失模模样。与此同时，负压产生装置41产生负压气流，加工产生的废屑被切削刀头61中的负压气流带走并经排屑管43进入工作平台20下方的废屑收集装置42中，废屑收集装置42中可以自由移动，将废屑清除出去。以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，进行其他实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种消失模数字化加工方法及其设备，其特征在于，该方法包括如下步骤a)根据铸造工艺要求，选择合适的消失模珠粒材料，制造用于数控加工用的消失模坯 (30)；b)根据铸件CAD模型，进行整体收缩率的设置，得到消失模CAD模型；c)将消失模CAD模型剖分，预留消失模模样粘合缝隙或加工出用于定位的孔或柱；d)根据规划的路径结合加工参数生成加工设备可接受的加工代码；e)将消失模坯(30)在工作平台(20)上装夹定位后进行数字化切削加工；f)加工产生的废屑被切削刀具(61)中的负压气流带走并经排屑管(43)进入废屑收集装置(42)中；g)对加工完的消失模模样进行后处理。
2.一种实施如权利要求1所述方法的消失模数字化加工设备，包括底座(50)；与所述底座(50)连接的床身(70)；安装在所述底座(50)上的工作平台(20)；多轴运动系统(80)， 所述多轴运动系统(80)包括第一 X轴运动系统(81)和第二 X轴运动系统(82)、Y轴运动系统(83)和Z轴运动系统(84);带动所述多轴运动系统(80)运动的驱动系统(90);与所述的多轴运动系统(80)相连接的专用消失模切削系统(60)，所述的专用消失模切削系统(60) 包括设置在所述Z轴运动系统(84)下端的加工主轴(62)和设置在所述加工主轴(62)下端的切削刀具(61);设置在所述底座(50)下方的废屑吸附收集系统(40);以及控制所述多轴运动系统(80)运行轨迹的专用控制系统(10);其特征在于，所述的专用消失模切削系统 (60)的加工主轴(62)为中空结构的主轴。
3.根据权利要求2所述的消失模数字化加工设备，其特征在于，所述的切削刀具(61) 为空心结构，且刀刃上开有吸屑口。
4.根据权利要求2所述的消失模数字化加工设备，其特征在于，所述的多轴运动系统 (80 )设置在所述的工作平台(20 )的上方。
5.根据权利要求2所述的消失模数字化加工设备，其特征在于，所述的废屑吸附收集系统(40)包括设置在平台下方的负压产生装置(41)，安装在设备工作平台下方的废屑收集装置(42)以及连接负压泵(41)、废屑收集装置(42)和加工主轴(62)的排屑管(43)。
6.根据权利要求2所述的消失模数字化加工设备专用控制系统(10)，包括多轴联动运动系统的控制，其特征在于，还包括针对废屑吸附收集系统(40)的控制。
7.根据权利要求4所述的消失模数字化加工设备，其特征在于，所述的废屑收集装置 (42)可以自由移动。
全文摘要
本发明涉及一种消失模数字化加工方法及其设备。本发明方法步骤包括消失模CAD模型剖分，CAD模型转化为数控代码，消失模坯切削加工，废屑排除，消失模模样后处理。本发明的设备包括底座(50)，床身(70)，多轴运动系统(80)，驱动系统(90)，切削系统(60)，废屑吸附收集系统(40)和专用控制系统(10)。本发明的方法和设备通过中空结构的加工主轴(62)和切削刀具(61)实现即时负压排屑，废屑不会粘在切削刀具(61)上影响加工。本发明既提高了产品的精度和质量，节约了原材料，又缩短了铸件新产品的研发周期，尤其适用于单件、小批量大中型铸件的消失模铸造。
文档编号B23C3/00GK102284730SQ20111023609
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者刘丰, 单忠德, 徐先宜, 李柳 申请人:机械科学研究总院先进制造技术研究中心