[发明专利]一种铣磨抛原位成像一体化智能装备及加工方法

说明书

本发明提供铣磨抛原位成像一体化智能装备及加工方法，包括床身和安装在床身内的测量舱、加工舱，测量舱内设有用于抓取工件的上下料机构，加工舱内安装有五轴联动系统以及刀具选取机构，五轴联动系统包括用于调整刀具空间位姿的刀具位移机构和用于调整待修整工件空间位姿的工件位姿调节机构，刀具选取机构包括安装在加工舱内的链式刀库和换刀器，链式刀库布有多个刀具安装位，刀具安装位中分别安装有铣刀、磨轮以及抛光轮，刀具位移机构包括主轴箱，其内安装有用于安装刀具的主轴，其上还开设若干用于喷射铣削液、磨削液和抛光液的孔。本发明加工过程避免了二次装夹，铣削、磨削、抛光过程具有相同的走刀路径，能显著提高加工后的零件的形位精度。

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种铣磨抛原位成像一体化智能装备及加工方法。

背景技术

复杂曲面高性能零件通常采用五轴联动铣削进行加工，加工后表面粗糙度Ra≥3.2μm，而高性能零件要求表面粗糙度Ra≤0.8μm，普通五轴联动铣削加工的零件表面粗糙度不满足复杂曲面高性能零件的使役要求。为此在现有技术条件下，复杂曲面高性能零件在铣削加工后仍需要磨床和抛光设备进行进一步加工以满足使役要求。这将导致零件加工过程的二次夹装，严重影响其形位精度。现有的机械磨抛，如软砂带磨抛、磁流变磨料流磨抛、机器人磨抛等抛光方法不可避免的会导致抛光过程无法保证零件的形位精度，导致复杂曲面高性能零件不满足设计要求。软砂带磨抛和磁流变磨料流磨抛容易出现“过抛”、“倒棱”，严重影响复杂曲面的形位精度和表面微观形貌。机器人磨抛通常为悬臂梁结构，末端执行器受力后悬臂梁会发生颤振，这将严重影响抛光精度。某些领域的复杂曲面高性能零件国内外通常采用手工磨抛达到表面粗糙度要求。但是，手工磨抛劳动强度大、效率低、质量不稳定，容易使操作者吸入粉尘造成职业病。综上所述，传统的机械磨抛采用复杂的机械运动应力去除前道工序留下的加工纹，加工效率低，加工后残余损伤层厚，达不到化学机械抛光的水平。

化学机械抛光工艺流程可简单归结为对工件施加一定的压力使其压在旋转的抛光垫上，同时抛光液与工件表面发生化学反应，使工件表面形成薄膜软化层，随后薄膜软化层在磨料、抛光垫的机械作用下去除，在不断交替进行的化学成膜和机械去膜过程中实现表面平坦化。化学机械抛光通常应用于平面零件的抛光，是目前可以达到全局平坦化的最有效的方法。对于复杂曲面高性能零件的化学机械抛光目前较难实现。

对于未知表面轮廓的工件，特别是未知表面轮廓的复杂曲面高性能零件进行二次加工时需要进行大量的测量工作和建模工作，这将耗费大量的劳动力，而且不可避免的引入测量误差，影响加工精度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种铣抛一体化装备，可以实现一次夹装就能加工制造出表面粗糙度Ra10nm的复杂曲面高性能零件。解决了现有五轴联动铣削加工复杂曲面表面粗糙度高，且需要进一步更换设备进行抛光，以及现有复杂曲面抛光形位精度低的难题。本发明采用的技术手段如下：

一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，包括床身和安装在床身内的测量舱、加工舱，所述测量舱内设有用于抓取工件的上下料机构，所述加工舱内安装有五轴联动系统以及刀具选取机构，所述五轴联动系统包括用于调整刀具空间位姿的刀具位移机构和用于调整待修整工件空间位姿的工件位姿调节机构，所述刀具选取机构包括安装在加工舱内的链式刀库和换刀器，所述链式刀库布有多个刀具安装位，刀具安装位中分别安装有铣削所需的各类铣刀、磨削所需的各类磨轮以及抛光所需的各类抛光轮，所述换刀器用于刀具更换，所述刀具位移机构包括主轴箱，所述主轴箱内安装有用于安装刀具的主轴，所述主轴箱上还开设若干用于喷射铣削液、磨削液和抛光液的孔。

进一步地，所述测量舱包括前面板和上下料门，所述测量仓和加工舱之间设有密封门。

进一步地，所述上下料机构包括Y轴台、X轴台、Z轴升降台、抓取机构，所述Y轴台、X轴台、Z轴升降台、抓取机构、床身共同构成三轴联动系统，各部件的运行由数控系统集成控制。