專利名稱：一種帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機的制作方法
技術領域：
本發明屬于消失模加工設備技術領域，具體涉及一種泡沫塑料切割機的改進。
背景技術：
消失模鑄造技術作為一種先進的鑄件成型方法，近年來在世界上得到了迅速的發展。在西方發達國家由于機械化，自動化消失模鑄造生產線的陸續建成投產，以及所生產的顯著經濟和社會效益，使這項技術呈現出強大的生命力。前幾年我國消失模鑄造技術應用雖然進展緩慢，但是在近五年來得到了快速發展。特別是由于消失模鑄造設備投資少、工藝路線短、工序簡化、占地面積小、鑄件尺寸精度和外觀精度高，許多原有的中小鑄造企業也越來越多地采用該項技術。泡沫塑料模樣是消失模涂料鑄造成敗的關鍵因素，三維的模樣通常采用切割的多層二維模樣切片粘結而成，無法一次成型，制作過程比較繁瑣，精度較低。普通四軸線切割泡沫塑料切割機被廣泛應用于二維泡沫塑料模型的制造中，其結構簡單，工作可靠，費用低廉。該類切割機多采用4個步進電機控制兩組倒T型切割架，由于其結構限制，只能加工投影形狀為四邊形的產品，難以加工復雜的三維模樣。為此，對普通四軸線切割泡沫塑料切割機進行改進，實現三維螺旋曲面零件、旋轉多面體和椎體零件的模樣加工。
發明內容
本發明目的是解決現有普通四軸數控泡沫切割機不能夠加工三維可發性泡沫塑料模樣問題，提供一種帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機，以較低的成本實現三維泡沫模型的加工。技術方案普通四軸數控泡沫切割機包括底座，底座兩端各安裝有一組水平絲杠付，在水平絲杠付上各安裝有水平滑塊，水平滑塊上各安裝一組垂直絲杠付，垂直絲杠付上安裝垂直滑塊，切割線安裝在垂直滑塊的線槽板上。在加工過程中，工件固定，該切割機的切割線只能加工出工件的部分表面。由于水平滑塊和垂直滑塊的運動可以同步或不同步，該表面可以是平面或曲面，幾何上描述成一組切割線形成的一組包絡面。本發明對普通四軸數控泡沫切割機進行改進，在底座上添加兩根立柱，立柱中間裝入一個步進電機驅動的可旋轉的第五軸。具體結構包括分別安裝在底座兩側的主動端立柱和從動端立柱，主動端立柱和從動端立柱之間通過軸承安裝有一個旋轉軸，主動端立柱外側的旋轉軸主動端上安裝有步進電機驅動器、步進電機和步進電機減速器模塊，在主動端立柱內側的旋轉軸主動端上固定安裝有摩擦盤。在加工過程中，工件某一端面與摩擦盤固定，共同圍繞旋轉軸旋轉。對旋轉軸的旋轉角度進行離散，在旋轉軸的任意離散位置處， 相當于實現一次四軸切割，切割線切割工件形成工件體的某一部分表面。當旋轉完一周后， 加工出三維實體表面，幾何上描述成沿某一圓周切線方向的多組切割線形成的多組包絡
本發明的優點和積極效果本發明帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機具有加工速度快，成型精度高，表面質量好，制造成本低等優勢。通過在普通四軸的數控泡沫切割機上添加一個步進電機驅動的第五軸，使泡沫切割機加工三維螺旋曲面零件、旋轉多面體和椎體零件成為了可能，極大增強了泡沫塑料切割機的應用范圍，使泡沫塑料模樣向立體化、專業化方向發展。本發明能夠適用于機械制造、鑄造、汽車、船舶、工業設計、模具制造加工、廣告、建筑裝潢裝飾、泡沫切割廠、泡沫制造廠、泡沫成型廠、學校機構、廣告制作公司、包裝廠、展會、模型廠、POP工藝品加工及宣傳展示等多領域多行業。
圖1是帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機結構示意圖。圖2是圖1中旋轉軸結構示意圖。圖3是帶有螺旋面的旋轉體消失模加工示意圖。圖中，1是步進電機驅動器、步進電機和步進電機減速器模塊，2是垂直光軸，3是垂直絲桿，4是摩擦盤，5是主動端立柱，6是垂直滑塊，7是線槽板，8是旋轉軸，9是從動端立柱，10是底座，11是水平絲桿，12是水平光軸，13是水平滑塊，14是工件。
具體實施例方式實施例1 如圖1和圖2所示，普通四軸數控泡沫切割機包括底座10，底座兩端各安裝有一組水平絲杠付11，在水平絲杠付11上各安裝有一組垂直絲杠付3，切割線安裝在垂直絲杠付3上。本發明提供的帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機，即在普通四軸數控泡沫切割機的底座上添加一個步進電機驅動的可旋轉的第五軸8。具體結構包括分別安裝在底座兩側的主動端立柱5和從動端立柱9，主動端立柱5和從動端立柱9之間通過軸承安裝有一個旋轉軸8，主動端立柱外側的旋轉軸主動端上安裝有步進電機驅動器、步進電機和步進電機減速器模塊，在主動端立柱內側的旋轉軸主動端上固定安裝有摩擦盤4。步進電機將速度和方向兩組信號轉換為機械運動驅動工件旋轉；步進電機減速器由同步輪減速機構增加旋轉扭矩同時還可以增加旋轉軸的精度；主動端摩擦盤4通過摩擦力帶動工件旋轉運動；旋轉軸用于保持工件兩端面同心，通過軸承座固定，方便拆卸。拆掉旋轉軸后，五軸泡沫切割機就變成普通四軸泡沫切割機。旋轉軸可以通過G代碼或者手工控制驅動。一般旋轉體的加工過程中，兩個水平滑塊控制水平運動，兩個垂直滑塊控制垂直運動，是切割線的四個軸。四個滑塊控制切割線沿著旋轉軸方向運動，運動軌跡是工件向軸向截面投影的輪廓線，同時旋轉軸沿圓周旋轉。這樣就能加工出多種工件。圖3顯示加工帶有螺旋面的旋轉體。具體加工過程包括兩種方式1)切割線安裝在與垂直滑塊相連的線槽板上，切割線能夠在垂直方向和某一水平方向上線性運動，切割旋轉軸上工件。切割旋轉體或椎體時，將工件的旋轉圓周角度平均分成若干份n，每份的角度為α，工件旋轉至某一個旋轉位置上停止，切割線運動，直到該位置處的工件切削完畢，與普通四軸切割相同；接著，工件繼續旋轉一個角度α，切割線重復上一運動；當工件旋轉一圈，切割線切削完成360度范圍內的工件切削，實現旋轉體η面體 (包括椎體)的切削。η越大，表面越光滑，當η逐漸減小，可切割出多面椎體，如η = 4，切割四面錐體。2)切割帶有螺旋面的旋轉體時，將工件的旋轉圓周平均分成若干份η，每份的角度為α，工件均勻旋轉至某一個旋轉位置上后，以一定速度ν運轉，當旋轉α后，切割線切割產生一個螺旋面。接著，工件繼續以一定速度ν旋轉一個角度α，切割線重復上一運動； 當工件旋轉一圈，切割線切削完成360度范圍內的工件切削，實現具有η個螺旋面的旋轉體的切削。具體切割實例1、消失模鑄造-帶螺旋面的旋轉體根據產品設計的CAD模型，由計算機控制兩組平移X、Y軸的步進電機帶動加工刀具一電熱絲，切割旋轉Z軸的步進電機帶動的泡沫塑料材料；切割帶有螺旋面的旋轉體時，將工件的旋轉圓周平均分成12份，每份的角度為30度，工件均勻旋轉至某一個旋轉位置上后，以定速運轉，切割線沿一平面曲線運動；當工件旋轉30度，切割線沿曲線切割產生一個螺旋面。接著，工件繼續旋轉一個角度30度，切割線重復上一運動；當工件旋轉一圈， 切割線切削完成360度范圍內的工件切削，實現具有12個螺旋面的旋轉體的切削，如圖3 所示。
權利要求
1. 一種帶旋轉軸的數控泡沫塑料切割機，包括底座，底座兩端各安裝有一組水平絲杠付，在水平絲杠付上各安裝有水平滑塊，水平滑塊上各安裝一組垂直絲杠付，垂直絲杠付上安裝垂直滑塊，切割線安裝在垂直滑塊的線槽板上；如果工件固定，切割線的運動只受到兩個水平滑塊和兩個垂直滑塊的控制，能夠實現四軸切割運動；在底座上添加兩根立柱，立柱中間裝入一個步進電機驅動的可旋轉的第五軸，能夠實現五軸聯動的切割運動；該軸具體結構包括分別安裝在底座兩側的主動端立柱和從動端立柱，主動端立柱和從動端立柱之間通過軸承安裝有一個旋轉軸，主動端立柱外側的旋轉軸主動端上安裝有步進電機驅動器、 步進電機和步進電機減速器模塊，在主動端立柱內側的旋轉軸主動端上固定安裝有摩擦盤。
全文摘要
數控泡沫塑料切割機以精確高效的特點在近十年來得到了廣泛應用。但是至今為止還只限于4個步進電機控制兩組倒T型切割架，由于其結構限制，目前還只能加工投影形狀為四邊形的產品，例如廣告字切割，模型飛機機翼切割等，限制了泡沫塑料切割機的應用范圍。該方案通過在普通四軸的數控泡沫切割機上添加一個步進電機驅動的第五軸，使泡沫切割機加工三維螺旋曲面零件、旋轉多面體和椎體零件成為了可能，極大增強了泡沫塑料切割機的應用范圍。
文檔編號B26D1/547GK102490200SQ20111041295
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者韓佳穎 申請人:天津理工大學