一种多自由度金属液定量浇铸装置

1.一种多自由度金属液定量浇铸装置，其特征在于，包括旋转平台，水平移动部件和定量取液机构，所述水平移动部件安装在所述旋转平台上，所述定量取液机构安装在所述水平移动部件上，
所述水平移动部件进一步包括下托盘（18），上托盘（21），平移转换结构（22），平移导轨（23），直线滑块（24），下托盘（18）上设有上支撑柱（20）与上托盘（21）连接，下托盘（18）与上托盘（21）之间的空间用于安装直线电机（19），所述直线电机（19）输出的旋转运动通过平移转换结构（22）将其转换为安装在平移导轨（23）上的直线滑块（24）的平移运动，直线滑块（24）上装有定量取液机构，带动所述定量取液机构整体平移运动；所述定量取液机构进一步包括减速齿轮（1），推杆电机（2），直线推杆套（3），直线推杆（4），托板（5），步进电机（6），浇杯（7），浇杯臂（8）和机座（9），所述直线推杆套（3）中装有直线推杆（4）并通过丝杆螺母连接，直线推杆套（3）的顶端装有减速齿轮（1）和推杆电机（2），驱动动力由推杆电机（2）输出，经减速齿轮（1）减速作用后，带动丝杆螺母，把推杆电机（2）的旋转运动变成直线运动，使直线推杆（4）在直线推杆套（3）中完成直线运动，利用推杆电机（2）正反转完成推杆动作；所述直线推杆（4）与方形的托板（5）通过螺栓连接，在托板（5）的下方安装有相匹配的机座（9），所述机座（9）用于安装步进电机（6），将步进电机的安装孔与机座安装孔通过螺栓相连接，所述步进电机（6）上装有设置有浇杯臂（8）的浇杯（7），通过控制步进电机（6）改变浇杯臂（8）与竖直方向的角度，进而控制浇杯的位置角度；通过单片机或可编程逻辑控制器PLC控制推杆电机（2）实现浇杯的竖直方向上的移动，通过单片机或可编程逻辑控制器PLC控制所述步进电机（6）进行旋转一定角度；
所述浇杯（7）包括浇杯本体（30），在浇杯本体（30）上端轴对称设置的定量取液口（26）和第一定点出液口（27）以及屯液结构（28），所述浇杯本体（30）由一体成型的半球部（301）和圆柱体部（302）构成，所述定量取液口（26）为圆柱体部（302）边沿上较大的圆弧形缺口，所述第一定点出液口（27）为圆柱体部（302）壁上较小的通孔，所述圆弧形缺口的口径大于所述通孔的孔径；
所述屯液结构（28）设置在所述第一定点出液口（27）的出液方向上，与第一定点出液口（27）正对的面上开有第二定点出液口（29）；
所述第一定点出液口（27）的口径大于所述第二定点出液口（29）的口径；
所述屯液结构（28）为包括一底部和三侧壁的四面结构体，其中底部和两侧壁围成开口端，其开口端部与第一定点出液口（27）所在的侧壁连接并包围住第一定点出液口（27）。
2.根据权利要求1所述的多自由度金属液定量浇铸装置，其特征在于，所述旋转平台进一步包括上圆盘（16），上法兰（15），下法兰（14），中间圆盘（13），驱动装置（12），若干根第一支撑柱（11），下圆盘（10）和推力球轴承（25），所述下圆盘（10）为底面平台，所述下圆盘（10）与中间圆盘（13）之间通过第一支撑柱（11）连接，下圆盘（10）与中间圆盘（13）之间的空间用于安装所述驱动装置（12），所述驱动装置（12）通过螺栓连接固定在中间圆盘（13）上，所述下法兰（14）与中间圆盘（13）通过螺栓连接固定，所述推力球轴承（25）安装在下法兰（14）与上法兰（15）之间，推力球轴承（25）的座圈与下法兰（14）的内圈通过配合固定，推力球轴承（25）的轴圈与上法兰（15）外圈通过配合固定，推力球轴承（25）的底圈与轴圈之间设置一圈推力球，推力球轴承（25）与下法兰（14）以及中间圆盘（13）为支撑平台并支持上法兰（15），上法兰（15）与上圆盘（16）通过螺栓连接固定，上圆盘（16）为安装平台，所述上圆盘（16）通过第二支撑柱（17）与水平移动部件的下托盘（18）连接。
3.根据权利要求2所述的多自由度金属液定量浇铸装置，其特征在于，所述驱动装置（12）的动力输出轴上设有驱动装置键槽（121），所述上法兰（15）轴孔处设有上法兰键槽（151），上法兰（15）轴孔与驱动装置（12）输出轴相配合键连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的多自由度金属液定量浇铸装置，其特征在于所述屯液结构（28）沿液体流出方向上的尺寸逐渐减小。

一种多自由度金属液定量浇铸装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于金属浇铸技术领域，特别地涉及一种多自由度金属液定量浇铸装置。\n背景技术\n[0002] 传统的金属铸造是机械加工中的重要工序，一般是先根据机械加工需要制好模具，然后从高温熔炉中取出熔融金属液，将金属液存放在巨大的浇包中或者是量取的浇杯再或者是定量出液的装置中，将金属液空间移动到模具的上方，将高温熔化的金属浇注液浇注到模具中，冷却固化后得到铸件，铸件经过精加工得机械产品。这样的金属浇铸过程是现阶段国内中小型浇铸企业所最多选用的生产模式。目前国内大多数中小浇铸企业采用的浇铸过程一般是通过浇包从冶炼炉中将金属浇铸液取出，然后通过吊车或行车或者用人力的方式将浇包移动到模具旁进行浇铸的。在我们小组实地调研中发现现阶段中小浇铸企业的自动化程度很低，现场发现的最先进的装置就是一台半自动可旋转的重力浇铸台。\n[0003] 然而，由于国内传统浇铸方法无法准确控制金属浇铸液的出液量，取少了无法满足浇铸要求，导致铸件报废。所以大多数情况下都是多取金属浇铸液的量，以保证铸造的需要，这样不仅造成大量的人工和能源浪费，同时剩余的高温金属液在浇包中冷却也不好处理，给后续生产造成了很大的影响。\n[0004] 同比与其他的相近浇铸行业，例如：注塑行业的自动化程度就比金属浇铸行业高很多，很多注塑企业都有使用自动上料压注的机械手臂，效率高并且成本低。金属浇铸行业现阶段研究比较多的是浇铸模具台的研究，通过控制模具的运动来解决传统浇铸中存在的问题。还有一方面是对大型浇包的研究，既能实现保温又能实现定量出液。对于金属液浇铸的整个流程通过一个系统完成的研究还是很少的。现阶段，金属液从熔炉到模具口主要是靠人力或者是简单的桁架结构来实现，对人力的依靠程度高，完成一次浇注往往需要2到3名工人才能完成，不仅成本高并且效率低。金属浇铸成为了国内发展的一块短板，落后破旧的工作环境，落后的机械自动化程度，使得占据国内大比例的中小型浇铸企业远远落后于国外的浇铸水平。\n[0005] 现有金属液浇铸存在以下缺陷：\n[0006] （1）无法精确定量：传统浇铸只能靠工人的感觉来判断浇铸液的量，其存在很大的随机性，无法实现精确定量，对铸件质量和铸件合格率是极其不利的；\n[0007] （2）工作效率低：由于存在疲劳，人工的工作效率不可能有大幅度提高；\n[0008] （3）零件质量差：由于浇铸过程中的金属液浇铸速度由浇铸工人控制，凭靠工人的经验完成浇铸，浇铸速度存在波动，从而使得零件的质量波动大，影响了浇铸零件的质量，降低合格率；\n[0009] （4）浇铸工作环境差：金属烟及工作车间的高温气体，恶化了车间的环境，尤其实在夏天，高温熔炉和污浊的空气使得车间的温度高出室外的10多度，使得浇铸工人始终处于艰苦的工作环境；\n[0010] （5）存在严重的安全隐患：高温、金属烟、笨重的设备、高温熔炉始终威胁着浇铸工人的人生安全。\n发明内容\n[0011] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多自由度金属液定量浇铸装置，可通过控制浇杯取液的角度进行精确取液，并通过转动平台和水平移动部件的运动实现浇铸装置多角度的自由移动，克服了现有技术中无法精确定量和浇铸效率低的问题。\n[0012] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：\n[0013] 一种多自由度金属液定量浇铸装置，包括旋转平台，水平移动部件和定量取液机构，所述水平移动部件安装在所述旋转平台上，所述定量取液机构安装在所述水平移动部件上，\n[0014] 所述水平移动部件进一步包括下托盘，上托盘，平移转换结构，平移导轨，直线滑块，下托盘上设有上支撑柱与上托盘连接，下托盘与上托盘之间的空间用于安装直线电机，所述直线电机输出的旋转运动通过平移转换结构将其转换为安装在平移导轨上的直线滑块的平移运动，直线滑块上装有定量取液机构，带动所述定量取液机构整体平移运动；所述定量取液机构进一步包括减速齿轮，推杆电机，直线推杆套，直线推杆，托板，步进电机，浇杯，浇杯臂和机座，所述直线推杆套中装有直线推杆并通过丝杆螺母连接，直线推杆套的顶端装有减速齿轮和推杆电机，驱动动力由推杆电机输出，经减速齿轮减速作用后，带动丝杆螺母，把推杆电机的旋转运动变成直线运动，使直线推杆在直线推杆套中完成直线运动，利用推杆电机正反转完成推杆动作；所述直线推杆与方形的托板通过螺栓连接，在托板的下方安装有相匹配的机座，所述机座用于安装步进电机，将步进电机的安装孔与机座安装孔通过螺栓相连接，所述步进电机上装有设置有浇杯臂的浇杯，通过控制步进电机改变浇杯臂与竖直方向的角度，进而控制浇杯的位置角度；通过单片机或可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， PLC）控制推杆电机实现浇杯的竖直方向上的移动，通过单片机或可编程逻辑控制器PLC控制所述步进电机进行旋转一定角度。\n[0015] 优选地，所述旋转平台进一步包括上圆盘，上法兰，下法兰，中间圆盘，驱动装置，若干根第一支撑柱，下圆盘和推力球轴承，所述下圆盘为底面平台，所述下圆盘与中间圆盘之间通过第一支撑柱连接，下圆盘与中间圆盘之间的空间用于安装所述驱动装置，所述驱动装置通过螺栓连接固定在中间圆盘上，所述下法兰与中间圆盘通过螺栓连接固定，所述推力球轴承安装在下法兰与上法兰之间，推力球轴承的座圈与下法兰的内圈通过配合固定，推力球轴承的轴圈与上法兰外圈通过配合固定，推力球轴承的底圈与轴圈之间设置一圈推力球，推力球轴承与下法兰以及中间圆盘为支撑平台并支持上法兰，上法兰与上圆盘通过螺栓连接固定，上圆盘为安装平台，所述上圆盘通过第二支撑住与水平移动部件的下托盘连接。\n[0016] 优选地，所述驱动装置的动力输出轴上设有驱动装置键槽，所述上法兰轴孔处设有上法兰键槽，上法兰轴孔与驱动装置输出轴相配合键连接。\n[0017] 优选地，所述浇杯包括浇杯本体，在浇杯本体上端轴对称设置的定量取液口和第一定点出液口以及屯液结构，所述浇杯本体由一体成型的半球部和圆柱体部构成，所述定量取液口为圆柱体部边沿上较大的圆弧形缺口，所述第一定点出液口为圆柱体部壁上口径较小的通孔，所述屯液结构设置在所述第一定点出液口的出液方向上，与第一定点出液口正对的面上开有第二定点出液口。\n[0018] 优选地，所述第一定点出液口的口径大于所述第二定点出液口的口径。\n[0019] 优选地，所述屯液结构为包括一底部和三侧壁的四面结构体，其中底部和两侧壁围成开口端，其开口端部与第一定点出液口所在的侧壁连接并包围住第一定点出液口。\n[0020] 优选地，所述屯液结构沿液体流出方向上的尺寸逐渐减小。\n[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：\n[0022] （1）通过控制浇杯取液的角度进行精确取液，并通过转动平台和水平移动部件的运动实现浇铸装置多角度的自由移动，克服了现有技术中无法精确定量和浇铸效率低的问题；\n[0023] （2）通过采用精确控制电机的转动进而控制量取装置的上下运动以及浇杯的转动角度，进而实现精确量取金属液，结构简单，效果显著；\n[0024] （3）采用同时独立设置的定量取液口和定点出液口的方式，使得浇杯可以很好的适应定量取液和定点浇铸作业；\n[0025] （4）通过设置第一定点出液口的口径大于第二定点出液口的口径，使得屯液机构有更好的屯液效果且增加定点出液的准确度；\n[0026] （5）通过设置屯液结构沿液体流出方向上的尺寸逐渐减小使得出液更流畅；\n[0027] （6）通过采用推力球轴承提供了一种结构简单，转动控制良好的旋转平台；\n[0028] （7）通过键将输出的动力直接传递给上法兰上，使得上圆盘以及装载在上面的结构进行有控制的旋转。\n附图说明\n[0029] 图1为本发明实施例的多自由度金属液定量浇注装置的整体结构示意图；\n[0030] 图2为本发明实施例的多自由度金属液定量浇注装置中旋转平台结构示意图；\n[0031] 图3为本发明实施例的多自由度金属液定量浇注装置中旋转平台的内部结构示意图；\n[0032] 图4为本发明实施例的多自由度金属液定量浇注装置中旋转平台的上法兰与轴承装配结构示意图；\n[0033] 图5为本发明实施例的多自由度金属液定量浇注装置中浇杯结构示意图图。\n[0034] 附图标记说明：1-减速齿轮 ；2-推杆电机；3-直线推杆套；4-直线推杆；5-托板；\n6-步进电机；7-浇杯；8-浇杯臂；9-机座；10-下圆盘；11-下支撑柱；12-电机；121-电机键槽；13-中间圆盘；14-下法兰；15-上法兰；151-上法兰键槽；16-上圆盘；17-支撑柱；18-下托盘；19-直线电机；20-上支撑柱；21-上托盘；22-平移转换机构；23-平移导轨；24-直线滑块 ；25-推力球轴承 ；26-定量出液口；27-第一定点出液口；28-屯液结构；\n29-第二定点出液口；30-浇杯本体；301-半球部；302-圆柱体部。\n具体实施方式\n[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0036] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。\n[0037] 参考图1，所示为本发明实施例的一种多自由度金属液定量浇铸装置，包括旋转平台，水平移动部件和定量取液机构，水平移动部件安装在旋转平台上，定量取液机构安装在水平移动部件上，水平移动部件进一步包括下托盘18，上托盘21，平移转换结构22，平移导轨23，直线滑块24，下托盘18上设有上支撑柱20与上托盘21连接，下托盘18与上托盘\n21之间的空间用于安装直线电机19，直线电机19输出的旋转运动通过平移转换结构22将其转换为安装在平移导轨23上的直线滑块24的平移运动，直线滑块24上装有定量取液机构，带动定量取液机构整体平移运动；定量取液机构进一步包括减速齿轮1，推杆电机2，直线推杆套3，直线推杆4，托板5，步进电机6，浇杯7，浇杯臂8和机座9，直线推杆套3中装有直线推杆4并通过丝杆螺母连接，直线推杆套3的顶端装有减速齿轮1和推杆电机2，驱动动力由推杆电机2输出，经减速齿轮1减速作用后，带动丝杆螺母，把推杆电机2的旋转运动变成直线运动，使直线推杆3在直线推杆套3中完成直线运动，利用推杆电机2正反转完成推杆动作；直线推杆3与方形的托板5通过螺栓连接，在托板5的下方安装有相匹配的机座9，机座9用于安装步进电机6，将步进电机的安装孔与机座安装孔通过螺栓相连接，步进电机6上装有设置有浇杯臂8的浇杯7，通过控制步进电机6改变浇杯臂8与竖直方向的角度，进而控制浇杯的位置角度；通过单片机或可编程逻辑控制器PLC控制推杆电机2实现浇杯的竖直方向上的移动，通过单片机或可编程逻辑控制器PLC控制步进电机6进行旋转一定角度。\n[0038] 在一具体应用实例中，参见图2至图4，旋转平台进一步包括上圆盘16，上法兰15，下法兰14，中间圆盘13，驱动装置12，若干根第一支撑柱11，下圆盘10和推力球轴承25，下圆盘10为底面平台，下圆盘10与中间圆盘13之间通过第一支撑柱11连接，下圆盘10与中间圆盘13之间的空间用于安装驱动装置12，所述驱动装置12通过螺栓连接固定在中间圆盘13上，下法兰14与中间圆盘13通过螺栓连接固定，推力球轴承25安装在下法兰14与上法兰15之间，推力球轴承25的座圈与下法兰14的内圈通过配合固定，推力球轴承25的轴圈与上法兰15外圈通过配合固定，推力球轴承25的底圈与轴圈之间设置一圈推力球，推力球轴承25与下法兰14以及中间圆盘13为支撑平台并支持上法兰15，上法兰15与上圆盘16通过螺栓连接固定，上圆盘16为安装平台，上圆盘16通过第二支撑住17与水平移动部件的下托盘18连接。在具体应用实例中，若干根第一支撑柱11沿圆周均匀分布。此种结构设置可使得整个旋转平台具有更好的稳定性。驱动装置12输出轴上设有驱动装置键槽121，上法兰15轴孔处设有上法兰键槽151，上法兰15轴孔与驱动装置12输出轴相配合通过键连接。当旋转平台工作时，驱动装置12旋转，通过键将输出的动力直接传递给上法兰15上，使得上圆盘16以及装载在上面的结构进行有控制的旋转。在这运动过程中，推力球轴承25的底圈固定在下法兰14上，轴圈与上法兰15一起旋转运动，减小旋转产生的摩擦。\n[0039] 进一步的，参见图5，浇杯7包括浇杯本体30，在浇杯本体30上端轴对称设置的定量取液口26和第一定点出液口27以及屯液结构28，浇杯本体30由一体成型的半球部301和圆柱体部302构成，定量取液口26为圆柱体部302边沿上较大的圆弧形缺口，第一定点出液口27为圆柱体部302壁上口径较小的通孔，屯液结构28设置在第一定点出液口27的出液方向上，与第一定点出液口27正对的面上开有第二定点出液口29。为了使得屯液机构具有更好的屯液效果且增加定点出液的准确度，可以设置第一定点出液口27的口径大于第二定点出液口29的口径。在一具体应用实例中，屯液结构28为包括一底部和三侧壁的四面结构体，其中底部和两侧壁围成开口端，其开口端部与第一定点出液口27所在的侧壁连接并包围住第一定点出液口27。在定点浇铸的过程中，为了使得出液更流畅，设置屯液结构28沿液体流出方向上的尺寸逐渐减小。\n[0040] 以上多自由度金属液定量浇铸装置的工作过程如下：\n[0041] 1）处于定点取液时，启动前浇杯7处于某一初始位置，操作人员启动后控制系统将控制浇杯7移动到设定位置进行取液。首先通过控制推杆电机2使直线推杆4下降至相应所需位置，将浇杯7全部浸入金属液面以下，将金属液通过定量取液口26定量量取并盛放于半球部302里，然后将浇杯垂直提升至液面之上设定位置，然后控制步进电机6，使浇杯本体30成适当角度，多余的金属液从定量取液口26流出，取液完成后，控制步进电机6，使浇杯本体30缓慢转回竖直状态，同时，控制推杆电机2使直线推杆4离开装有金属液的坩埚，上升至相应高度，完成金属液的定量取液。\n[0042] 2）空间搬运金属液时，完成金属液的定量取液后，控制装置驱动装置12旋转至设定的角度以及控制直线电机19使浇杯本体30水平移动至设定位置，使盛有金属液的浇杯本体30平稳移动到模具台浇铸口上方位置，准备浇铸。\n[0043] 3）定点浇铸时，当盛有金属液的浇杯本体30移动到浇铸口上方设定位置后，控制系统控制步进电机6和机身底座的驱动装置电机12联动，通过控制推杆电机2使直线推杆\n4下降至相应所需位置，同时控制步进电机6以及机身底座的驱动装置12，使浇杯本体30成适当角度并保证第二定点出液口29与铸模浇铸点相对应，金属液依次通过第一定点出液口27进入屯液结构28，将多余金属液囤积起来并保证流速稳定，最后流速一定的金属液通过屯液结构28前端的第二定点出液口29出液，实现第二定点出液口29稳定出液的同时保证第二定点出液口5和模具台浇铸口的空间相对位置的偏移在系统设定的误差范围内，实现定点浇铸。\n[0044] 4）空间返回时，定点浇铸过程完成后，首先控制步进电机6以及驱动装置电机12逆相联动旋转使浇杯恢复定点浇铸前的垂直状态和位置，然后控制驱动装置电机12旋转设定的角度，沿空间搬运金属液的路径返回到熔炉上方的初始位置，等待控制信号执行下一次浇铸过程。\n[0045] 通过以上实施例提供的多自由度金属液定量浇铸装置，通过控制浇杯取液的角度进行精确取液，并通过转动平台和水平移动部件的运动实现浇铸装置多角度的自由移动，克服了现有技术中无法精确定量和浇铸效率低的问题。\n[0046] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。