專利名稱：消失模線切割數(shù)控加工成形機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化機械加工設(shè)備，具體涉及一種基于線切割加工的 消失模數(shù)控成形機，能夠在計算機控制下完成消失模模樣制作過程中的 下料、加工成形等功能。
背景技術(shù)：
消失模鑄造技術(shù)包括基于模具發(fā)泡成形的消失模鑄造技術(shù)LFC、基于 泡沫板材加工成形的消失模鑄造技術(shù)FMC，是一項近無余量、精確成形的 工藝，具有容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供充分自由度等優(yōu)點， 被鑄造界的權(quán)威人士稱為"代表21世紀的鑄造新技術(shù)"，"使鑄造技術(shù)在 與其他成形方法和替代材料的競爭中立于不敗之地的一張王牌"。
消失模鑄造主要工藝過程如下制作模樣，模片及澆注系統(tǒng)黏合， 噴(或浸)涂料，填砂、緊實，澆注，取出鑄件?？梢钥闯觯ｈT 造每生產(chǎn)一個鑄件就要消耗一個泡沫模樣，模樣是消失模鑄造成敗的關(guān) 鍵，高質(zhì)量的模樣是得到高質(zhì)量的消失模鑄件的重要保證。因此模樣制 作是其工藝過程中一道至關(guān)重要的工序。
傳統(tǒng)的模樣成形方法主要是通過發(fā)泡模具和機械或人力手工切割制 作的方式來完成，模具成形投入大，制作周期長，因此主要適合于中小 型鑄件的大批量生產(chǎn)。但是當今市場瞬息萬變，客戶對產(chǎn)品個性化的需 求越來越需要經(jīng)濟的、適合于中小批量的模樣制造技術(shù)。而人力手工切 削加工費時費力，而且加工精度難以保證。機械加工則對于聚苯乙烯等 孔狀泡沫塑料難以勝任。
目前已有泡沫塑料模型成形方法及設(shè)備中，中國發(fā)明專利CN1481980A公開了一種聚苯乙烯泡沬塑料模型的快速成型方法及其數(shù)控加 工設(shè)備。但是該發(fā)明本質(zhì)上屬于點加工，加工效率低，不適合大件大切 削量的模型的加工成型。此外該發(fā)明只針對聚苯乙烯泡沫塑料，而且僅 僅具有模型加工功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種消失模數(shù)控線切割加工成形機，克服現(xiàn)有消失模數(shù) 控加工設(shè)備的成形速度低、功能單一的問題，以完成消失模模樣制作過 程中的下料、分塊加工等工序。
本發(fā)明的一種消失模數(shù)控線切割加工成形機，由機械部分和控制部 分組成，機械部分包括機架、托盤、X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、X軸 左圓柱導軌、X軸右圓柱導軌、Y軸圓柱導軌、Z軸圓柱導軌、主軸電機、 主軸；所述機架為矩形立體框架，托盤位于機架內(nèi)，X軸左、右圓柱導軌 平行，分別位于機架上端的X方向的兩邊，X軸左、右圓柱導軌上分別穿 有滑塊，兩滑塊上固定有Y方向橫梁；固定于機架上端左邊后側(cè)的X軸電 機連接傳動齒輪，機架上端左邊前側(cè)通過軸承支座裝有配合齒輪，傳動 齒輪和配合齒輪上張緊齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于X軸左圓柱導軌上的 滑塊；所述Y方向橫梁上裝有Y軸圓柱導軌，Y方向橫梁的兩端分別裝有Y 軸電機和配合齒輪，Y軸電機連接傳動齒輪，傳動齒輪和配合齒輪上張緊 齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于Y軸圓柱導軌上的滑塊，該滑塊上固定有Z 方向豎梁；所述Z方向豎梁上裝有Z軸圓柱導軌，Z方向豎梁的兩端分別 裝有Z軸電機和配合齒輪，Z軸電機連接傳動齒輪，傳動齒輪和配合齒輪 上張緊齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于Z軸圓柱導軌上的滑塊，該滑塊上固 定有主軸電機，主軸電機與主軸連接，其特征在于
所述機架右側(cè)固定有托架，所述Z方向豎梁的兩端分別固定上懸臂和下懸臂，上、下懸臂的端點之間連接有下料切割線；
所述主軸端部裝有安裝板，安裝板上固定有左支撐臂和右支撐臂，
左、右支撐臂的端點之間連接有加工切割線；
所述下料切割線和加工切割線為用于加熱的電阻絲或者內(nèi)置電阻絲 的金屬管材。
所述的消失模數(shù)控線切割加工成形機，所述控制部分包括運動控制 模塊和工藝模塊，運動控制模塊控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、主 軸電機的脈沖信號，下料切割線、加工切割線的電源開關(guān)量，完成直線、 圓弧和空間曲線的插補運動；工藝模塊負責三維模型的分割，排樣，下 料切割軌跡和加工切割軌跡的生成和G代碼轉(zhuǎn)換及輸出；
所述加工切割線可以是直線、折線、圓弧或者任意形狀平面曲線中 的一種。
本發(fā)明中的加工切割線兩端點間的距離可以根據(jù)不同待加工零件的 大小、結(jié)構(gòu)特征及精度要求選取。
本發(fā)明中的主軸電機應(yīng)選用具有精確定位功能的電機，如步進電機、 伺服電機或帶有編碼器位置反饋的其他電機，以保證切割線在空中擺出 一定的位置姿態(tài)。
本發(fā)明在主軸電機旋轉(zhuǎn)一定角度后給定加工切割線一種空間位置姿 態(tài)，然后在主軸電機靜止的情況下，加工切割線在三軸運動系統(tǒng)帶動下 完成"線加工"；在主軸電機的高速旋轉(zhuǎn)帶動下，加工切割線可以變成具 有傳統(tǒng)意義上刀具的外形，如圓刀，方刀或尖刀，這樣可以在三軸運動 系統(tǒng)帶動下完成一定精度下的"點加工"。
本發(fā)明通過CNC控制下料切割線進行切割下料，加工切割線進行模 樣的線切割去除加工成形，特別適合中小批量消失模模樣的加工制作。還可以用于產(chǎn)品泡沫墊的中小批量加工制作。
工作時，首先利用計算機專用軟件將待制作復(fù)雜模樣三維CAD模型 分割成設(shè)備可成形的簡單模塊，然后針對每一簡單模塊，進行排樣、下 料加工軌跡和成形加工軌跡的生成以及G代碼轉(zhuǎn)換及輸出，再采用本發(fā) 明，分別安裝不同形狀"線刀具"，如直線狀切割線刀具、圓弧狀切割線 刀具和折線狀切割線刀具，在主軸旋轉(zhuǎn)或靜止狀況下，完成下料、模塊 粗加工、精加工等工序。最后人工進行涂料和模塊的粘結(jié)組合。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，經(jīng)濟實用，集下料、分塊加工等功能 于一體，快速、經(jīng)濟、自動/半自動的完成中小批量消失模模樣的制作， 還可以用于中小批量加工制作產(chǎn)品的泡沫墊。


圖l是本發(fā)明的機械部分總體結(jié)構(gòu)示意圖2 (a)、圖2 (b)是下料切割線和加工切割線的截面示意圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (c)、圖3 (d)是加工切割線的外形示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明由機械部分和控制部分組成，機械部分包括機架 1、托盤2、 X軸電機9、 Y軸電機8、 Z軸電機7、 X軸左圓柱導軌16、 X軸右 圓柱導軌17、 Y軸圓柱導軌18、 Z軸圓柱導軌15、主軸電機21、主軸26; 所述機架l為矩形立體框架，托盤2位于機架1內(nèi)，X軸左圓柱導軌16和X軸 右圓柱導軌17平行，分別位于機架1上端的X方向的兩邊，X軸左圓柱導軌 16和X軸右圓柱導軌17上分別穿有滑塊，兩滑塊上固定有Y方向橫梁；固 定于機架1上端左邊后側(cè)的X軸電機9連接傳動齒輪11，機架l上端左邊前
7側(cè)通過軸承支座10裝有配合齒輪12，傳動齒輪11和配合齒輪12上張緊齒 形皮帶13，齒形皮帶13連接穿于X軸左圓柱導軌16上的滑塊14;所述Y方 向橫梁上裝有Y軸圓柱導軌18， Y方向橫梁的兩端分別裝有Y軸電機8和配 合齒輪12， Y軸電機8連接傳動齒輪11，傳動齒輪11和配合齒輪12上張緊 齒形皮帶13，齒形皮帶13連接穿于Y軸圓柱導軌18上的滑塊14，該滑塊14 上固定有Z方向豎梁；所述Z方向豎梁上裝有Z軸圓柱導軌15， Z方向豎梁 的兩端分別裝有Z軸電機7和配合齒輪12， Z軸電機7連接傳動齒輪11，傳 動齒輪11和配合齒輪12上張緊齒形皮帶13，齒形皮帶13連接穿于Z軸圓柱 導軌15上的滑塊14，該滑塊14上固定有主軸電機21，主軸電機21與主軸 26連接；
機架1右側(cè)固定有托架3，所述Z方向豎梁的兩端分別固定上懸臂19和 下懸臂20，上、下懸臂的端點之間連接有下料切割線6;
主軸26端部裝有安裝板25，安裝板25上固定有左支撐臂23和右支撐 臂24，左、右支撐臂的端點之間連接有加工切割線22;
Z方向豎梁的下端可以固定主軸支座27，主軸26穿過主軸支座27， 防止抖動。
XYZ三軸運動系統(tǒng)采用圓柱導軌導向，皮帶輪傳動，極大的降低設(shè)備 成本，以保證經(jīng)濟性。工作時，由X軸電機9、 Y軸電機8、 Z軸電機7 分別帶動傳動齒輪ll轉(zhuǎn)動，在配合齒輪12配合下，帶動齒形皮帶13運 動，然后分別帶動滑塊14在X軸左圓柱導軌16、 X軸右圓柱導軌17、 Y 軸圓柱導軌18、 Z軸圓柱導軌15上做直線往復(fù)運動。整個過程先后經(jīng)歷 齒輪圓周運動一皮帶直線運動一滑塊直線往復(fù)運動幾個轉(zhuǎn)化過程。三軸 單向運動合成后構(gòu)成加工切割線22的空間直線插補運動。主軸運動系統(tǒng) 同樣采用具有精確定位功能的步進電機或伺服電機作為主軸電機21，帶 動主軸26及加工切割線22旋轉(zhuǎn)，保證加工切割線在空中的位姿。
圖2 (a)、圖2 (b)是下料切割線和加工切割線的截面示意圖；本發(fā)明中的下料切割線和加工切割線是一種具有一定剛性的加熱電阻絲，或 是內(nèi)置加熱電阻絲的金屬管材。加熱電阻絲的特征是在保證能夠提供給
成形加工足夠熱量條件下，盡量保證截面積最??；圖2 (a)所示金屬管 材的特征截面是圓形，圖2 (b)所示金屬管材的特征截面是棱形，在保 證容納下電阻絲的條件下，盡量保證截面積最小，圓形管材截面半徑一 般在0.3 10mm，棱形管材截面邊長一般在O. 3 10mm。切割線的截面積 越小，成形加工所需的切削力就越小，越有利于成形加工的進行。
圖3 (a)所示加工切割線是直線形狀；圖3 (b)所示加工切割線是 直線形狀；圖3 (c)所示加工切割線是圓弧形狀；圖3 (d)所示加工切 割線是任意形狀的平面曲線。
控制部分包括運動控制模塊和工藝模塊，采用微處理器實現(xiàn)，運動 控制模塊控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、主軸電機的脈沖信號，下料 切割線、加工切割線的電源開關(guān)量，完成直線、圓弧和空間曲線的插補 運動；工藝模塊負責三維模型的分割，排樣，下料切割軌跡和加工切割 軌跡的生成和G代碼轉(zhuǎn)換及輸出。
對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件要進行分塊處理，與簡單結(jié)構(gòu)零件對應(yīng)，復(fù)雜 結(jié)構(gòu)零件是指加工中需要翻轉(zhuǎn)的零件；由于翻轉(zhuǎn)后很難精確定位，故采 取分塊加工然后粘結(jié)的措施。實際零件尺寸超過板料允許成形的最大零 件尺寸往往也是需要分塊加工的重要原因。
權(quán)利要求
1. 一種消失模數(shù)控線切割加工成形機，由機械部分和控制部分組成，機械部分包括機架(1)、托盤(2)、X軸電機(9)、Y軸電機(8)、Z軸電機(7)、X軸左圓柱導軌(16)、X軸右圓柱導軌(17)、Y軸圓柱導軌(18)、Z軸圓柱導軌(15)、主軸電機(21)、主軸(26)；所述機架(1)為矩形立體框架，托盤(2)位于機架(1)內(nèi)，X軸左、右圓柱導軌平行，分別位于機架(1)上端的X方向的兩邊，X軸左、右圓柱導軌上分別穿有滑塊，兩滑塊上固定有Y方向橫梁；固定于機架(1)上端左邊后側(cè)的X軸電機(9)連接傳動齒輪，機架(1)上端左邊前側(cè)通過軸承支座裝有配合齒輪，傳動齒輪和配合齒輪上張緊齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于X軸左圓柱導軌(16)上的滑塊；所述Y方向橫梁上裝有Y軸圓柱導軌(18)，Y方向橫梁的兩端分別裝有Y軸電機(8)和配合齒輪，Y軸電機(8)連接傳動齒輪，傳動齒輪和配合齒輪上張緊齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于Y軸圓柱導軌(18)上的滑塊，該滑塊上固定有Z方向豎梁；所述Z方向豎梁上裝有Z軸圓柱導軌(15)，Z方向豎梁的兩端分別裝有Z軸電機(7)和配合齒輪，Z軸電機(7)連接傳動齒輪，傳動齒輪和配合齒輪上張緊齒形皮帶，齒形皮帶連接穿于Z軸圓柱導軌(15)上的滑塊，該滑塊上固定有主軸電機(21)，主軸電機(21)與主軸(26)連接，其特征在于所述機架(1)右側(cè)固定有托架(3)，所述Z方向豎梁的兩端分別固定上懸臂(19)和下懸臂(20)，上、下懸臂的端點之間連接有下料切割線(6)；所述主軸(26)端部裝有安裝板(25)，安裝板(25)上固定有左支撐臂(23)和右支撐臂(24)，左、右支撐臂的端點之間連接有加工切割線(22)；所述下料切割線(6)和加工切割線(22)為用于加熱的電阻絲或者內(nèi)置電阻絲的金屬管材。
2.如權(quán)利要求1所述的消失模數(shù)控線切割加工成形機，其特征在于: 所述控制部分包括運動控制模塊和工藝模塊，運動控制模塊控制X 軸電機、Y軸電機、Z軸電機、主軸電機的脈沖信號，下料切割線、加工 切割線的電源開關(guān)量，完成直線、圓弧和空間曲線的插補運動；工藝模 塊負責三維模型的分割，排樣，下料切割軌跡和加工切割軌跡的生成和G 代碼轉(zhuǎn)換及輸出；所述加工切割線是直線、折線、圓弧或者任意形狀平面曲線中的一種。
全文摘要
消失模數(shù)控線切割加工成形機，屬于自動化機械加工設(shè)備，克服現(xiàn)有消失模數(shù)控加工設(shè)備的成形速度低、功能單一的問題。本發(fā)明由機械部分和控制部分組成，機械部分包括機架、托盤、X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、X軸左圓柱導軌、X軸右圓柱導軌、Y軸圓柱導軌、Z軸圓柱導軌、主軸電機、主軸；機架右側(cè)固定有托架，Z方向豎梁兩端固定上、下懸臂，上、下懸臂的端點之間連接下料切割線；主軸端部裝有安裝板，安裝板上固定有左、右支撐臂，左、右支撐臂的端點之間連接加工切割線。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，經(jīng)濟實用，集下料、分塊加工等功能于一體，快速、經(jīng)濟、自動/半自動的完成中小批量消失模模樣的制作，還可以用于中小批量加工制作泡沫墊。
文檔編號B26F3/12GK101474803SQ20091006054
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者葉春生, 樊自田, 莫健華, 黃小毛, 黃重九 申請人:華中科技大學