(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂型のデジタル化加工方法であって、
ａ）鋳型の３次元ＣＡＤモデルによって、加工バイトの選択とバイトの経路計画を行うステップと、
ｂ）加工部品のサイズと寸法精度の要求に応じて、経路の最適化により、加工経路における小距離であるショートラインを削除するステップと、
ｃ）計画された経路によって、加工パラメータを結合し、加工設備が受け入れ可能な加工コードを生成するステップと、
ｄ）鋳造プロセスの要求に応じて、適切な鋳物砂と接着剤を選択し、数値制御加工に用いる砂素材を製造するステップと、
ｅ）砂素材を中空網目状の加工プラットフォームの網目上に置いて、デジタル化フライス研削加工を行うステップと、
ｆ）加工により生じた鋳物砂廃棄物がノズルから噴出したガスにより排出され、かつ加工プラットフォームにおけるメッシュを通って加工プラットフォームの下の収集装置に進入するステップと、
ｇ）加工済みの砂型に対して後処理を行うステップと、
を含み、
前記バイトをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に運動させるための全ての軸の運動部材は、前記加工プラットフォーム上に置かれた前記砂素材よりも上方に配置されることを特徴とする砂型のデジタル化加工方法。
【請求項２】
前記加工パラメータは、スピンドルの回転速度と、切削速度と、切り込み量とを含み、スピンドルの回転速度が２０００〜２００００回転／分で、切削速度が２００ｍｍ／ｓ以内で、切り込み量が１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載の砂型のデジタル化加工方法。
【請求項３】
前記砂素材は、枠付き砂素材、または枠抜き砂素材であることを特徴とする請求項１に記載の砂型のデジタル化加工方法。
【請求項４】
前記の砂素材を中空網目状の加工プラットフォームの網目上に置いて、デジタル化フライス研削加工を行うステップは、砂素材の重量及び切削力の大きさに応じて、砂素材を加工プラットフォームに置いて直接に加工を行うステップであるか、またはクランプ器具により固定してから加工を行うステップであることを特徴とする請求項１に記載の砂型のデジタル化加工方法。
【請求項５】
請求項１に記載の砂型のデジタル化加工方法を実施する設備であって、
少なくとも砂素材が置かれる部位が透かし彫り網目状の加工プラットフォームと、加工プラットフォームの下方に置かれて該加工プラットフォームと一体となって封止される鋳物砂廃棄物の収集装置と、フライス盤ベッドの上方に固定されるＸ軸と、Ｘ軸にＸ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｘ軸のスライダーに固定されるＹ軸と、Ｙ軸にＹ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｙ軸のスライダーに固定されるＺ軸と、Ｚ軸にＺ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｚ軸のスライダーに固定される電気スピンドルと、電気スピンドルにクランプされるバイトと、Ｚ軸に固定され、かつ加工により生じた鋳物砂廃棄物を噴出したガスにより排出させるノズルと、ノズルに連結されるエアパイプと、エアパイプに連結されガスの継断を制御する電磁弁と、エアパイプを介して電磁弁に連結されるガス源とを含み、
前記全ての軸の運動部材は、前記Ｘ軸のスライダー、前記Ｙ軸のスライダー、及び前記Ｚ軸のスライダーであることを特徴とする砂型のデジタル化加工方法の設備。
【請求項６】
前記加工プラットフォームにはクランプ器具を取り付けるための位置決め穴が加工され、加工プラットフォームの下方には鋳物砂廃棄物の収集装置を有し、鋳物砂廃棄物の収集装置には車輪が取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の砂型のデジタル化加工方法の設備。
【請求項７】
前記の加工バイトは、セラミックのスライスカッター、ダイヤモンドのスライスカッター、ダイヤモンド付け刃のスライスカッター、表面ダイヤモンドコーティングのスライスカッターであることを特徴とする請求項５に記載の砂型のデジタル化加工方法の設備。
【請求項８】
前記のＸ軸、Ｙ軸は、スクリュードライブ、またはタイミングベルトドライブであることを特徴とする請求項５に記載の砂型のデジタル化加工方法の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大・中型の砂型のデジタル加工方法及びその設備に関し、鋳造と数値制御加工のクロス技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造は複雑な部品を製造することができ、金属成形の最も主要な加工方法である。市場のグローバル化及び競争の激化に伴って、製品の画期的な改良も絶え間なく進み、単品や少量産の鋳物に対する需要が絶えず増えていて、特に大型鋳物の砂型の製造プロセス生産は、製造サイクルが短く、製造コストが低いことが要求される。しかし、多数のメーカーは依然として伝統的な木型鋳造プロセスを用いており、製造サイクルが長く、製造コストが高いのみならず、資源の消耗も大きい。この問題を解決するために、大・中型の砂型のデジタル化加工方法及びその設備が提案されている。
【０００３】
従来の鋳型の生産方式は三種類あり、即ち、伝統的な砂型製造、快速成形の砂型製造及び一般的な数値制御工作機械による砂型加工である。伝統的な砂型製造は鋳物によって木型を加工することが必要となり、また鋳枠を鋳造して、鋳造砂型を得る。快速成形の砂型製造はディスクリート―スタック成形原理に基づき、その基本的なプロセスは以下の通りである。まず砂型のデジタルモデルをＺ方向にラミネーションして一連のラメラを形成する。次にラメラのプロファイル情報によって、鋳物砂階層ごとに接着剤を噴出するか、レーザー焼結するかを選択的に行う。そして幾重に重ねることにより、３次元の砂型を形成する。一般的な数値制御工作機械による砂型加工は、数値制御工作機械を採用し、ＮＣプログラミングによって、砂球の数値制御切削を行い、最終的に砂型を得る。
【０００４】
伝統的な木型砂型の製造は大量産の鋳物の生産に適しているが、木型の加工サイクルが長く、コストが高いため、精度よく、表面良質の鋳型を製造し難く、単品、少量産の加工要求を満足することができない。
【０００５】
快速成形技術により砂型を製造する場合には、以下の欠点が存在する。まず階層ごとに加工することで、加工効率が低いため、大型鋳型の加工に適しない。次に接着剤またはレーザー焼結は砂粒を接着して、内面の緻密な鋳型を形成するため、通気性が悪くなり、鋳物に不具合が発生しやすい。そしてラミネーション加工により、ある複雑な面を加工する時に、ステージ効果が生じる可能性がある。
【０００６】
一般的な数値制御工作機械を採用することにより砂型の切削を行う場合には、以下の欠点が存在する。まず砂型の切削加工は大量の鋳物砂廃棄物が生じるため、直ちに片付ける必要があるものの、一般的な工作機械に砂清掃用設備は備えていない。次に大型鋳物に対しては、大型数値制御加工の工作機械を採用することが必要となり、設備のコストが増加してしまう。そして切削加工において飛び砂が生じるため、一般的な工作機械における、加工対象とする砂素材の下方または近くに置いた一部のガイドレール、スクリューなどの精密な運動部材は厳格な保護が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の鋳型製造技術の不足に対して、本発明は大・中型の砂型のデジタル化加工方法及びその設備を提供し、それがより先進的、より融通が利く手段を採用する。これによって、木型が完全に不要となり、様々な形状の鋳物砂型を製造することができるので、加工の範囲を高め、生産サイクルを縮め、一般的な数値制御工作機械における切削鋳型による砂の排出問題を解決することができる。特に単品、少量産、大・中型の鋳物の砂型製造に適する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は砂型のデジタル化加工方法であって、ａ)鋳型の３次元ＣＡＤモデルによって、加工バイトの選択とバイトの経路計画を行うステップと、ｂ)加工部品のサイズと寸法精度の要求に応じて、経路の最適化により、加工経路における小距離であるショートラインを削除するステップと、ｃ)計画された経路によって、加工パラメータを結合し、加工設備が受け入れ可能な加工コードを生成するステップと、ｄ)鋳造プロセスの要求に応じて、適切な鋳物砂と接着剤を選択し、数値制御加工に用いる砂素材を製造するステップと、ｅ)砂素材を中空網目状の加工プラットフォームの網目上に置いて、デジタル化フライス研削加工を行うステップと、ｆ)加工により生じた鋳物砂廃棄物がノズルから噴出したガスにより排出され、かつ加工プラットフォームにおけるメッシュを通って加工プラットフォームの下の収集装置に進入するステップと、ｇ)加工済みの砂型に対して後処理を行うステップと、を含み、前記バイトをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に運動させるための全ての軸の運動部材は、前記加工プラットフォーム上に置かれた前記砂素材よりも上方に配置される。
【０００９】
好ましくは、前記加工パラメータは、スピンドルの回転速度と、切削速度と、切り込み量とを含み、スピンドルの回転速度が２０００〜２００００回転／分で、切削速度が２００ｍｍ／ｓ以内で、切り込み量が１０ｍｍ以内である。
【００１０】
好ましくは、前記砂素材は、枠付き砂素材、または枠抜き砂素材である。
【００１１】
好ましくは、前記の砂素材を中空網目状の加工プラットフォームの網目上に置いて、デジタル化フライス研削加工を行うステップは、砂素材の重量及び切削力の大きさに応じて、砂素材を加工プラットフォームに置いて直接に加工を行うステップであるか、またはクランプ器具により固定してから加工を行うステップである。
【００１２】
本発明は上記方法を実施する設備をさらに提供し、少なくとも砂素材が置かれる部位が透かし彫り網目状の加工プラットフォームと、加工プラットフォームの下方に置かれて該加工プラットフォームと一体となって封止される鋳物砂廃棄物の収集装置と、フライス盤ベッドの上方に固定されるＸ軸と、Ｘ軸にＸ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｘ軸のスライダーに固定されるＹ軸と、Ｙ軸にＹ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｙ軸のスライダーに固定されるＺ軸と、Ｚ軸にＺ方向に沿ってスライド可能なスライダーと、Ｚ軸のスライダーに固定される電気スピンドルと、電気スピンドルにクランプされるバイトと、Ｚ軸に固定され、かつ加工により生じた鋳物砂廃棄物を噴出したガスにより排出させるノズルと、ノズルに連結されるエアパイプと、エアパイプに連結されガスの継断を制御する電磁弁と、エアパイプを介して電磁弁に連結されるガス源とを含み、前記全ての軸の運動部材は、前記Ｘ軸のスライダー、前記Ｙ軸のスライダー、及び前記Ｚ軸のスライダーである。
【００１３】
好ましくは、前記加工プラットフォームにはクランプ器具を取り付けるための位置決め穴が加工され、加工プラットフォームの下方には鋳物砂廃棄物の収集装置を有し、鋳物砂廃棄物の収集装置には車輪が取り付けられる。
【００１６】
好ましくは、前記の加工バイトは、セラミックのスライスカッター、ダイヤモンドのスライスカッター、ダイヤモンド付け刃のスライスカッター、表面ダイヤモンドコーティングのスライスカッターである。
【００１７】
好ましくは、前記のＸ軸、Ｙ軸はスクリュードライブ、またはタイミングベルトドライブである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に記載の砂型のデジタル化加工方法及びその設備は、従来の鋳型の伝統的な製造方法、快速成形の製造方法及び一般的な数値制御工作機械のフライス研削方法に比べて、以下のメリットを有する。
【００１９】
即ち、１．高効率、快速であり、伝統的な製造方法に比べて、本方法は木型製造のプロセスを省け、そして快速成形の製造方法に比べて、高速切削を実現することができる。２．加工された鋳型の鋳造性能が良好である。快速成形の製造方法と比べて、加工において選択的接着またはレーザー焼結による局部的に過緻密となる問題が存在しない。３．鋳物砂廃棄物の排出を十分に解決できる。一般的な数値制御工作機械のフライス研削方法に比べて、本発明の加工方法はエア駆動により、砂の排出を補助し、透かし彫り加工プラットフォームの下方における収集装置によって、鋳物砂廃棄物を収集し、運動部材の防護が十分に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】大・中型の砂型のデジタル化加工方法及びその設備の模式図である。
【図２】大・中型の砂型のデジタル化加工方法及びその設備の模式図である。
【図３】大・中型の砂型のデジタル化加工方法及びその設備の加工フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１、２、３を参照しながら本発明について詳しく説明する。ただし、本発明に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の大・中型の砂型のデジタル化加工方法の具体的なステップは以下の（１）〜（６）のようになる。
【００２３】
（１）鋳型の３次元ＣＡＤモデルによって、加工バイトの選択とバイトの経路計画を行う。前記バイトの経路計画とは、大型砂型の加工が荒加工と仕上げ加工の二つのステップに分けられることを指しており、荒加工は直径が８ｍｍ以上のエンドミルを選んで、レイヤ優先の切削加工を行い、仕上げ代が０．５〜２ｍｍで、レイヤ厚さが１〜４ｍｍである。そして仕上げ加工は直径が８ｍｍ以下のボールエンドカッターを選んで、深さ優先のプロファイルと曲面の加工を行い、レイヤ厚さが０．５ｍｍ以下である。
【００２４】
（２）加工部品のサイズと寸法精度の要求に応じて、経路の最適化により、加工経路における小距離であるショートラインを削除する。そして、計画された経路によって、加工パラメータを結合し、加工設備が受け入れ可能な加工コードを生成する。前記バイト経路の最適化とは、加工部品の寸法及び受け入れ可能な精度に応じて、経路の合併により長さが１〜２ｍｍ以下のショートライン又は二点の間の距離が１〜２ｍｍ以下の優弧を削除することである。前記加工パラメータはスピンドルの回転速度と、切削速度と、切り込み量とを含み、スピンドルの回転速度が２０００〜２００００回転/分で、切削速度が２００ｍｍ／ｓ以内で、切り込み量が１０ｍｍ以内である。
【００２５】
（３）鋳造プロセスの要求に応じて、適切な鋳物砂と接着剤を選択し、数値制御加工に用いる砂素材を製造する。前記砂素材は枠付き砂素材でもよく、枠抜き砂素材でもよい。砂素材の寸法は３５０×４００×１００ｍｍ３以上である。鋳造プロセスの要求に応じて、使用される砂素材は樹脂砂、水ガラス砂でもよく、レジンコーテッドサンドでもよい。水ガラス砂を例とした場合、鋳込み鋳物の類型とサイズによって、異なるメッシュの鋳物砂を選んで、例えば、５０／１００、７０／１４０、４０／７０などである。接着剤はエステル硬化水ガラスであり、硬化剤は有機エステル硬化剤である。
【００２６】
（４）砂素材を中空網目状の加工プラットフォームに置いて、デジタル化フライス研削加工を行う。砂素材の重量及び切削力の大きさに応じて、砂素材を加工プラットフォームに置いて直接に加工してもよく、クランプ器具により固定してから加工してもよい。砂型切削力は一般的に１００Ｎ以内であるので、砂素材の重量が２０ｋｇ以上であれば、クランプする必要がなく、直接に加工プラットフォームに置いて加工することができる。
【００２７】
（５）加工により生じた鋳物砂廃棄物がバイト付近のノズルから噴出した高圧ガスにより排出され、かつ加工プラットフォームにおけるメッシュを通って加工プラットフォームの下の収集装置に進入する。
【００２８】
（６）加工済みの砂型に対して後処理を行う。
【００２９】
本発明の大・中型の砂型のデジタル化加工方法を実施する設備は、透かし彫り網目状の加工プラットフォーム１と、加工プラットフォーム１の下方に置かれて加工プラットフォーム１と一体となって封止される鋳物砂廃棄物の収集装置２と、フライス盤ベッドの上方に固定されるＸ軸３と、Ｘ軸３にＸ方向に沿ってスライド可能なスライダー４と、Ｘ軸３のスライダー４に固定されるＹ軸５と、Ｙ軸５にＹ方向に沿ってスライド可能なスライダー６と、Ｙ軸５のスライダー６に固定されるＺ軸７と、Ｚ軸７にＺ方向に沿ってスライド可能なスライダー８と、スライダー８に固定される電気スピンドル９と、電気スピンドル９にクランプされるバイト１０と、Ｚ軸７に固定され、かつバイトヘッド付近に設けられるノズル１１と、ノズル１１に連結されるエアパイプ１２と、エアパイプ１２に連結しガスの継断を制御する電磁弁１３と、エアパイプ１２を介して電磁弁１３に連結されるガス源１４とを含む。当該加工プラットフォーム１にはクランプ器具を取り付けるための位置決め穴を加工することができる。加工プラットフォーム１の下方には鋳物砂廃棄物の収集装置２を有し、鋳物砂廃棄物の収集装置２には小さい車輪が取り付け可能である。この車輪は廃棄物の排出に便利である。加工プラットフォーム１の下方で、口開く漏斗を介して鋳物砂廃棄物を下方の収集装置２に進入させる。この漏斗の斜面が加工プラットフォーム１に対して３０°を超えると、鋳物砂廃棄物が斜面から順調に滑り落ちる。
【００３０】
前記のＺ方向の運動は、具体的には、Ｚ軸７をＹ軸５のスライダー６に固定して、電気スピンドル９をＺ軸７のスライダー８上にＺ方向に沿って運動させてもよく、またはＺ軸７のスライダー８をＹ軸５のスライダー６と固定して、Ｚ軸７を電気スピンドル９と一体に固定させ、Ｚ方向に沿って運動させてもよい。
【００３１】
前記の加工バイト１０は、具体的には、セラミックのスライスカッター、ダイヤモンドのスライスカッター、ダイヤモンド付け刃のスライスカッター、表面ダイヤモンドコーティングのスライスカッター、表面コーティング硬質合金のスライスカッターである。バイト１０はＥＲ系のスプリングチャックを介し加工電気スピンドル９に連結する。
【００３２】
前記Ｘ軸３、Ｙ軸５は、具体的には、スクリュードライブでもよく、タイミングベルトドライブでもよい。Ｘ軸３はスクリュードライブを採用し、工作機械の両側に駆動軸を採用すれば、制御により同期運動が実現される。
【符号の説明】
【００３３】
１      加工プラットフォーム
２      収集装置
３      Ｘ軸
４      スライダー
５      Ｙ軸
６      スライダー
７      Ｚ軸
８      スライダー
９      電気スピンドル
１０    バイト
１１    ノズル
１２    エアパイプ
１３    電磁弁
１４    ガス源
【図１】
0005568090.tif 000002
【図２】
0005568090.tif 000003
【図３】
0005568090.tif 000004