[发明专利]柔性装夹制冷一体化的多工位冷冻砂型卧式加工中心

说明书

本发明涉及柔性装夹制冷一体化的多工位冷冻砂型卧式加工中心，包括：机床底座，“摆头”式电主轴，多工位转台，柔性装夹制冷装置和低温输运装置。所述“摆头”式电主轴摆动角度0～90°可调。所述多工位转台采用旋转机构实现回转台的分度转位及间歇步进，可以实现0～180°的转动。所述柔性装夹制冷装置由装夹模块和制冷模块两部分组成。该加工中心可解决冷冻砂型铣削过程砂坯装夹不易、加工效率低、区域控温难和切屑不易排出等问题，对实现实现冷冻砂型的高精高效加工具有重要意义。

技术领域

本发明涉及冷冻砂型铣削加工领域，特别涉及柔性装夹制冷一体化的多工位冷冻砂型卧式加工中心。

背景技术

铸造是装备制造业不可或缺的工艺环节，是众多主机产品和高端装备创新发展的重要支撑和基础保障。为更好推动铸造行业高质量发展，持续提升对装备制造业的支撑和保障作用，工信部、国家发改委、生态环境部联合发布关于推动铸造和锻压行业高质量发展的指导意见。目标到2025年，铸造行业颗粒物污染排放量较2020年减少30％以上，年铸造废砂再生循环利用达到800万吨以上，吨锻件能源消耗较2020年减少5％。

数字化冷冻砂型绿色铸造成形技术以水为粘结剂，在低温条件下实现型砂粘结和砂型数字化切削/打印成形，可制造出高质量铸件，型砂直接回收率大于90％。其原理是在砂型三维CAD模型驱动下，利用打印喷头/铣刀直接成形冷冻砂型(芯)的增/减材制造，经表面处理及组装后浇注获得高质量复杂铸件。

目前冷冻砂型加工技术仍然借鉴传统数控切削加工金属的方法，大尺寸复杂冷冻砂型面临加工时间长、区域控温难等问题。在加工冷冻砂型型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。因此，亟需创新开发新方法、新工艺和新装备，实现冷冻砂型的高精高效加工，缩短砂型(芯)成形制造时间，实现绿色节能高效制造。

发明内容

为解决上述现有技术中冷冻砂型铣削设备存在砂坯装夹不易、加工效率低、区域控温难和切屑不易排出等问题，本发明公开了柔性装夹制冷一体化的多工位冷冻砂型卧式加工中心；以提高大型复杂冷冻砂型的成形效率、柔性化制造能力和砂型(芯)性能。

为实现上述目的，柔性装夹制冷一体化的多工位冷冻砂型卧式加工中心，包括：机床底座，“摆头”式电主轴，柔性装夹制冷装置，多工位转台和低温输运装置。所述机床底座上设有立柱、X横梁、Y横梁、导轨和驱动电机组成，具有加工区域和输运区域。所述立柱位于加工区域并且设置在所述机床底座上，所述X横梁设置在所述立柱上，所述Y横梁设置在所述X横梁上；所述“摆头”式电主轴设置在所述Y横梁上，并能够相对所述立柱沿X方向运动；所述多工位转台位于加工区域，所述柔性装夹制冷装置通过法兰盘与所述多工位转台连接；所述低温输运装置位于输运区域，包括自动化低温传送带和多自由度机械臂抓取装置，用于将冷冻砂坯放置于柔性装夹制冷装置中。

进一步的，所述“摆头”式电主轴通过伺服电机和中空旋转平台实现摆动角度0～90°可调，主轴转矩一般能够达到30N·m以上，功率20～35kW。所述“摆头”式电主轴采用HSKA63形式，最高转速18000r/min。

进一步的，所述“摆头”式电主轴设置有所述万向接头吹风喷嘴和所述负压吸尘罩；所述万向接头吹风喷嘴采用耐低温材料，可选择聚乙烯、聚四氟乙烯或PLA材料。所述负压吸尘罩压力3000～9000Pa确保大部分切削排除铣削加工区域。所述加工刀具优选所述中空刀具，刀具通孔与主轴相连通吹出低温气体。

进一步的，所述多工位转台包括驱动部分，支撑部分，传动部分；所述多工位转台包括转盘、回转主轴和旋转机构；旋转机构包括由具有径向槽的转位轮和具有圆销的限位轮构成；旋转机构通过轴承和螺纹联接至回转主轴上；所述多工位转台采用旋转机构实现回转台的分度转位及间歇步进，实现0～180°的转动。