CN111408952A - 一种环形工件铣磨测混合加工机床及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形工件铣磨测混合加工机床及其控制方法，Z轴移动装置固定于机床基座上，X轴移动装置安装在Z轴移动装置上；Z轴辅助移动装置安装在X轴移动装置上；刀具固定于Z轴辅助移动装置上，对环形工件进行铣削加工；Y轴移动装置安装于机床基座上；旋转工作台固定安装在Y轴移动装置上，环形工件定位并夹紧在旋转工作台上；测量装置固定于机床基座上且位于Y轴移动装置侧方，对环形工件进行测量；磨抛加工装置7固定于机床基座上，磨抛加工装置包括机械臂和磨抛系统，机械臂固定于机床基座上，磨抛系统与机械臂转动连接，磨抛系统在机械臂的驱动下对环形工件进行磨抛加工。

Description

一种环形工件铣磨测混合加工机床及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种环形工件铣磨测混合加工机床及其控制方法，属于机械制造技术领域。

背景技术

随着科技的不断进步，尤其是在科学仪器、医疗器械、航空航天、光学以及能源等重大大领域的突飞猛进，所需元件越来越精密，并且对元件的粗糙度等表面精度要求也越来越高；同时，由于仪器的精密化和复杂化，出现了许多比较特殊的元件，而这些元件的高精度加工是其中的一个难题。

高精度的环形元件作为其中一种比较特殊的元件，其所对应的环形工件在一般机床上不易装夹定位，导致加工不方便，加工时容易导致环形工件的变形，同时装夹在旋转机床上的环形工件还容易出现偏移，导致机床无法按预定轨迹加工，出现更大的加工误差，从而难以实现高精度的加工。而现有的针对环形工件的加工机床也都是对环形工件进行铣或磨削中的一种单一加工，环形工件中途需要多次装夹才能完成加工，不仅加工效率低，也容易产生误差，影响加工精度，并且环形工件在加工中容易变形这一问题也未得到很好地解决。

发明内容

本发明为了解决环形工件不易装夹定位，在加工时容易受力变形，并且需要多次装夹才能完成加工，从而导致所加工出的环形元件精度不高，产生较大误差，效率低等问题，提出了一种环形工件铣磨测混合加工机床，通过专用夹具的设计方便定位夹紧，铣削，磨削和测量为一体，减少装夹次数，从而减少装夹时间，提高加工效率，同时减少装夹误差与测量误差，再通过抛磨系统支反力辅助系统的设计，抵消磨抛加工时磨头对环形工件产生的力，防止环形工件受力变形，从而提高环形工件加工精度和环形工件表面质量。

本发明采用以下技术方案，结合附图：

作为本发明的一方面，本发明提供了一种环形工件铣磨测混合加工机床，包括机床基座1、Z轴辅助移动装置2、X轴移动装置3、Z轴移动装置4、刀具5、旋转工作台6、磨抛加工装置7、测量装置8、Y轴移动装置9；所述Z轴移动装置4固定于机床基座1上，X轴移动装置3安装在Z轴移动装置4上；Z轴辅助移动装置2安装在X轴移动装置3上；刀具5固定于Z轴辅助移动装置2上，对环形工件进行铣削加工；Y轴移动装置9安装于机床基座1上；旋转工作台6固定安装在Y轴移动装置9上，环形工件定位并夹紧在旋转工作台6上；测量装置8固定于机床基座1上且位于Y轴移动装置9侧方，对环形工件进行测量；磨抛加工装置7固定于机床基座1上，磨抛加工装置7包括机械臂701和磨抛系统702，机械臂701固定于机床基座1上，磨抛系统702与机械臂701转动连接，磨抛系统702在机械臂701的驱动下对环形工件进行磨抛加工。

进一步地，所述旋转工作台6包括旋转工作台底座601、旋转台602、夹具603；旋转工作台底座601安装固定于Y轴移动装置9上，旋转台602安装在旋转工作台底座601上，夹具603安装固定于旋转台602上，环形工件606安装固定在夹具603上。

进一步地，所述测量装置8包括接触式传感器801、安装底板802、X轴测量移动装置803以及Z轴测量移动装置804；触式传感器801固定于安装底板802上，安装底板802安装在X轴测量移动装置803上，X轴测量移动装置803安装在Z轴测量移动装置804上，Z轴测量移动装置804固定于机床基座1上并位于Y轴移动装置9侧方。

进一步地，所述磨抛系统702包括安装底座70201、驱动组件70202、磨抛组件70203以及支反力辅助组件70204；安装底座70201与机械臂701转动连接；驱动组件70202、磨抛组件70203及支反力辅助组件70204依次同轴固定于安装底座70201上，磨抛组件70203与驱动组件70202的驱动端连接，磨抛组件70203在驱动组件70202的驱动下对环形工件进行磨抛，支反力辅助组件70204用于向环形工件提供支反力。

更进一步地，所述驱动组件70202包括伺服电机套筒7020201、力传感器7020203、气缸7020204、后盖7020206、直线传感器7020210、安装板7020217、固定块7020222、伺服电机7020223、直线轴承7020225以及外壳底座7020227；外壳底座7020227固定在所述安装底座70201上，后盖7020206固定于外壳底座7020227一端；气缸7020204固定于后盖7020206上，力传感器7020203固定于气缸7020204上；伺服电机套筒7020201左端与力传感器7020203固定连接，且其右端与固定块7020222固定连接，固定块7020222与伺服电机7020223固定连接；直线轴承7020225固定于外壳底座7020227另一端，在气缸7020204驱动下，伺服电机套筒7020201和伺服电机7020223在直线轴承7020225内沿着伺服电机7020223轴向方向前后移动；伺服电机7020223通过联轴器7020219连接所述磨抛组件；直线传感器7020210固定在外壳底座7020227顶部，直线传感器7020210通过传感器连接件7020214与安装板7020217连接，安装板7020217固定于固定块7020222上。

进一步地，所述磨抛组件70203包括宽导轨7020301、磨抛连接轴7020305、磨抛外壳底座7020307以及磨头7020311；磨抛外壳底座7020307滑动连接在所述安装底座70201上，磨抛外壳底座7020307两端分别设有端盖；磨抛外壳底座7020307与磨抛连接轴7020305通过轴承转动连接并通过锁紧螺母轴向限位；紧固套筒7020316固定于磨抛连接轴7020305上，磨头7020311安装于磨抛连接轴7020305右端的锥形槽内且由弹簧夹7020317固定夹紧，弹簧夹右端与紧固套筒7020316顶紧；磨抛连接轴7020305与所述驱动组件的驱动端连接。

进一步地，所述支反力辅助组件70204包括小气缸7020401、连接底板7020405、辅助支撑头7020406、支反外壳底座7020409以及环形力传感器7020421；小气缸7020401固定于所述安装底座70201上；连接底板7020405滑动连接在所述安装底座70201上，且连接底板7020405下端与小气缸7020401的气缸轴固定连接；支反外壳底座7020409固定于连接底板7020405上，辅助支撑头7020406安装在支反外壳底座7020409内且与支反外壳底座7020409转动连接；环形力传感器7020421安装在支反外壳底座7020409内且套接在辅助支撑头7020406上。

作为本发明的另一方面，本发明同时提供了一种环形工件铣磨测混合加工机床的控制方法，其加工控制过程包括以下步骤：

步骤一、完成机床启动前的检查，再启动机床，设定机床的基本参数，运行机床，排除运行故障；将环形工件装夹在旋转工作台上；手动控制机床，调整刀具、磨抛加工装置和测量装置的位置；

步骤二、运行机床，通过测量装置对环形工件毛坯进行形面测量，获取测量数据进行数据处理；处理完成再进行曲面重构，得到环形工件毛坯的测量模型；再将设计模型与测量模型进行模型的匹配比较，得到测量模型相对于设计模型的尺寸超差，计算得到加工余量值；

步骤三、将计算得到的加工余量值与设定余量值δ比较：若加工余量值大于或等于设定余量值δ，则进入铣削环节，根据加工余量值进行铣削参数的设定，计算确定刀具的加工轨迹，根据加工轨迹，获取数控加工代码，并将其输入到数控机床，进行铣削加工；若加工余量值小于等于设定余量值δ，则进入磨抛环节，根据加工余量值进行磨抛参数的设定，然后确定磨抛加工的磨抛轨迹，通过磨抛轨迹获取磨抛加工的代码，输入到数控机床，进行磨抛加工；

步骤四、完成铣削加工或者磨抛加工后，测量装置自动对加工后的环形工件半成品进行测量和数据采集处理；然后再进行曲面重构获得测量模型，再次进行测量模型与设计模型的匹配比较，获取尺寸超差；若测量模型与设计模型之间的尺寸超差满足精度要求，则完成环形工件的铣削加工或者磨抛加工；若测量模型与设计模型之间的超差不满足精度要求，则返回步骤三，进入下一个循环加工。

进一步地，所述步骤三中，环形工件的加工面为上下两端面以及15°外斜面，在测量装置中，测量工具采用接触式测头，测头包括直头和可调整角度的弯头，端面用直头测量，15°外斜面用弯头测量；

首先加工上端面：环形工件下端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，机床控制刀具对环形工件上端面进行铣削加工；铣削完成再用直头测头进行测量，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ；然后进入磨抛加工，控制机械手保持磨抛系统与环形工件上表面平行，磨抛完成再用直头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件上端面的加工；

下一步加工15°外斜面：在加工15°外斜面时，直接进行磨抛加工，控制机械手保持磨抛组件与15°外斜面平行，确保在磨抛加工过程中，环形工件的受力平衡，磨抛完成后用垂直向上运动的弯头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件15°外斜面的加工；

最后对环形工件的下端面进行加工：先将环形工件重新装夹使得下端面朝上，此时环形工件上端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，之后加工过程似环形工件的上端面加工，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ，然后进入磨抛加工，再经过逐次磨抛和工件测量直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件下端面的加工；

加工和测量过程中，旋转台缓慢旋转，磨抛系统通过自身传感器的检测调整磨头对环形工件的磨抛压力，实现实时检测和修正。本发明的有益效果如下：

(1)提供了一种新的对环形工件表面加工的混合加工机床，并且在铣削加工和磨抛加工过程当中，都是进行逐次加工与测量来逐渐逼近理想平面，进行实时检测与修正，不仅避免了加工过程的出错，还提高了加工精度。

(2)磨抛系统采用机械手进行控制加工，使得对磨抛系统的控制更加灵活，在磨抛系统的设计中，磨头在气缸的推动下可以在一定范围内沿着自身轴线方向自由伸缩，磨抛组件中磨抛右端盖上设计有三个接口，可以直接接通输入铣削液对磨头进行冷却，支反力辅助组件同样可以在一定范围内沿辅助支撑头轴线方向自由移动，在磨抛加工中，磨头可以根据需要对环形工件施加磨抛力，同时支反力辅助组件也对环形工件施加力，以此使得环形工件受力平衡，消除了环形工件在磨抛力的作用下产生的变形，不仅磨抛系统本身运转更加灵活，还提高了加工精度。

(3)实现了铣削、磨抛和测量的一体化，减少了环形工件的装夹定位次数，同时铣削加工后环形工件表面的加工数据与磨抛加工后环形工件表面的加工数据共享，使得铣削加工之后的磨抛加工更有针对性，进一步提高了加工精度和加工效率，而铣削模块、磨抛模块和测量模块在结构上又相互独立，加工过程中可以更有效的分工合作。

(4)本发明机床还可以单独进行铣削、磨抛或者测量，同时只需通过更换夹具，就可实现对其他类型工件和复杂曲面的加工，不仅加工方式多样，还提高了机床的通用性。

附图说明

图1是本发明机床的总体结构示意图

图2是本发明机床的加工状态时的部分总体结构示意图

图3是本发明机床的旋转工作台的结构示意图

图4是本发明机床的测量装置的结构示意图

图5是本发明机床的磨抛系统的结构示意图

图6是本发明机床的驱动组件的结构示意图

图7是本发明机床的磨抛组件的结构示意图

图8是本发明机床的磨抛组件的剖面示意图

图9是本发明机床的支反力辅助组件的结构示意图

图10是本发明机床的支反力辅助组件的剖面示意图

图11是本发明机床的磨抛组件的磨抛右端盖结构示意图

图12是本发明的夹具的结构示意图

图13是本发明的环形工件磨抛时各个磨抛表面受力示意图

图14环形工件加工流程图

图中：

1-机床基座；2-Z轴辅助移动装置；3-X轴移动装置；4-Z轴移动装置；5-刀具；6-旋转工作台；7-磨抛加工装置；8-测量装置；9-Y轴移动装置；601-旋转工作台底座；602-旋转台；603-夹具；604-T形螺栓夹；605-工件固定螺栓；606-环形工件；70201-安装底座；70202-驱动组件；70203-磨抛组件；70204-支反力辅助组件；7020201-伺服电机套筒；7020202-一号螺母；7020203-力传感器；7020204-气缸；7020205-一号螺钉；7020206-后盖；7020207-二号螺钉；7020208-安装支架；7020209-三号螺钉；7020210-直线传感器；7020211-二号螺母；7020212-一号螺栓；7020213-三号螺母；7020214-传感器连接件；7020215-二号螺栓；7020216-四号螺母；7020217-安装板；7020218-四号螺钉；7020219-联轴器；7020220-五号螺钉；7020221-六号螺钉；7020222-固定块；7020223-伺服电机；7020224-七号螺钉；7020225-直线轴承；7020226-八号螺钉；7020227-外壳底座；7020301-导轨；7020302-单滑块；7020303-九号螺钉；7020304-十号螺钉；7020305-磨抛连接轴；7020306-磨抛左端盖；7020307-磨抛外壳底座；7020308-三号螺栓；7020309-五号螺母；7020310-磨抛右端盖；7020311-磨头；7020312-锁紧螺母；7020313-小深沟球轴承；7020314-推力球轴承；7020315-大深沟球轴承；7020316-紧固套筒；7020317-弹簧夹；7020401-小气缸；7020402-十一号螺钉；7020403-小导轨；7020404-小滑块；7020405-连接底板；7020406-辅助支撑头；7020407-小端盖；7020408-十二号螺钉；7020409-支反外壳底座；7020410-十三号螺钉；7020411-十四号螺钉；7020412-六号螺母；7020413-支反推力球轴承；7020414-一号支反深沟球轴承；7020415-密封圈；7020416-小垫圈；7020417-大垫圈；7020418-支反锁紧螺母；7020419-二号支反深沟球轴承；7020420-垫片；7020421-环形力传感器；801-接触式传感器；802-安装底板；803-X轴测量移动装置；804-Z轴测量移动装置。

具体实施方式

以下结合附图及实施例进一步描述本发明的技术方案：

如图1和图2所示，一种环形工件铣磨测混合加工机床，包括机床基座1、Z轴辅助移动装置2、X轴移动装置3、Z轴移动装置4、刀具5、旋转工作台6、磨抛加工装置7、测量装置8和Y轴移动装置9；Z轴移动装置4固定于机床基座1上，X轴移动装置3安装在Z轴移动装置4上，X轴移动装置3可在Z轴移动装置4驱动下沿Z轴方向上下移动；Z轴辅助移动装置2安装在X轴移动装置3上，Z轴辅助移动装置2可在X轴移动装置3驱动下沿X轴左右方向移动；刀具5固定于Z轴辅助移动装置2上，刀具5可在Z轴辅助移动装置2驱动下沿Z轴方向上下移动，对环形工件进行铣削加工；Y轴移动装置9安装于机床基座1上，其可沿机床基座1Y轴方向前后移动；旋转工作台6固定安装在Y轴移动装置9上，环形工件定位并夹紧在旋转工作台6上；测量装置8固定于机床基座1上且位于Y轴移动装置9侧方，对环形工件进行测量；磨抛加工装置7固定于机床基座1上，磨抛加工装置7包括机械臂701和磨抛系统702，机械臂701固定于机床基座1上，磨抛系统702与机械臂701转动连接，磨抛系统702在机械臂701的驱动下对环形工件进行磨抛加工。该机床可以完成铣削、磨削和测量功能，磨抛加工装置7采用机械臂701驱动磨抛系统702，可以在机械臂701的控制下完成指定范围内的运动，完成工件的磨削。

如图3、图12所示，旋转工作台6包括旋转工作台底座601、旋转台602、夹具603、T形螺栓夹604、工件固定螺栓605；旋转工作台底座601安装固定于Y轴移动装置9上，旋转台602安装在旋转工作台底座601上，夹具603通过T形螺栓夹604安装固定于旋转台602上，环形工件606通过工件固定螺栓605安装固定在夹具603上。环形工件606可以通过夹具603很好地定位夹紧，且不易因夹紧力出现变形。

如图13所示，在定位夹紧过程中，夹具603和旋转台602通过中央孔轴配合实现定心，再通过八个T形螺栓夹604将夹具603固定安装在旋转台602上，在将环形工件606定位到夹具上时，环形工件的端面fb与夹具的凸台上表面重合，环形工件的内表面fa与夹具凸台的外环表面配合，最后通过工件固定螺栓605夹紧。

如图4所示，测量装置8包括接触式传感器801、安装底板802、X轴测量移动装置803和Z轴测量移动装置804；触式传感器801固定于安装底板802上，安装底板802安装在X轴测量移动装置803上，安装底板802可在X轴测量移动装置803驱动下沿X轴方向左右移动；X轴测量移动装置803安装在Z轴测量移动装置804上，X轴测量移动装置803可在Z轴测量移动装置804驱动下沿Z轴方向上下移动；Z轴测量移动装置804固定于机床基座1上并位于Y轴移动装置9侧方。触式传感器801在X轴测量移动装置803和Z轴测量移动装置804的驱动下可沿X轴方向和Y轴方向自由移动，从而可以方便地对环形工件606进行测量。

如图5所示，磨抛系统702包括安装底座70201、驱动组件70202、磨抛组件70203和支反力辅助组件70204；安装底座70201与机械臂701转动连接，驱动组件70202、磨抛组件70203及支反力辅助组件70204依次同轴固定于安装底座70201上，磨抛组件70203与驱动组件70202的驱动端连接，磨抛组件70203在驱动组件70202的驱动下对环形工件进行磨抛，支反力辅助组件70204用于向环形工件提供支反力。磨抛系统702结构紧凑稳固，机械臂701可以精准的控制磨抛系统702进行移动。

如图6所示，驱动组件70202包括伺服电机套筒7020201、一号螺母7020202、力传感器7020203、气缸7020204、一号螺钉7020205、后盖7020206、二号螺钉7020207、安装支架7020208、三号螺钉7020209、直线传感器7020210、二号螺母7020211、一号螺栓7020212、三号螺母7020213、传感器连接件7020214、二号螺栓7020215、四号螺母7020216、安装板7020217、四号螺钉7020218、联轴器7020219、五号螺钉7020220、六号螺钉7020221、固定块7020222、伺服电机7020223、七号螺钉7020224、直线轴承7020225、八号螺钉7020226和外壳底座7020227。

伺服电机套筒7020201左端与力传感器7020203固定连接，且右端固定于固定块7020222上，力传感器7020203通过一号螺母7020202固定于气缸7020204上，气缸7020204通过一号螺钉7020205固定于后盖7020206上，后盖7020206通过二号螺钉7020207固定于外壳底座7020227上，安装支架7020208通过三号螺钉7020209固定于外壳底座7020227上，直线传感器7020210通过二号螺母7020211和一号螺栓7020212固定于安装支架7020208上，传感器连接件7020214左端通过三号螺母7020213与直线传感器7020210固定连接，且右端通过二号螺栓7020215和四号螺母7020216与安装板7020217固定连接，安装板7020217通过四号螺钉7020218固定于固定块7020222上，联轴器7020219与伺服电机7020223固定连接，固定块7020222通过五号螺钉7020220与伺服电机7020223固定连接，且通过六号螺钉7020221与伺服电机套筒7020201固定连接，直线轴承7020225通过七号螺钉7020224固定于外壳底座7020227上，外壳底座7020227通过八号螺钉7020226固定于安装底座70201上。在气缸7020204的伸缩驱动下，可以带动伺服电机套筒7020201和伺服电机7020223在直线轴承7020225内沿着伺服电机7020223轴向方向前后移动，力传感器7020203也可以精确测出气缸7020204对伺服电机套筒7020201施加的力，经过计算处理后就可得出磨抛组件70203对环形工件606所施加的力，直线传感器7020210也可以精确测出伺服电机7020223的移动距离，从而得到磨抛组件70203的移动距离。

如图7和图8所示，磨抛组件70203包括宽导轨7020301、单滑块7020302、九号螺钉7020303、十号螺钉7020304、磨抛连接轴7020305、磨抛左端盖7020306、磨抛外壳底座7020307、三号螺栓7020308、五号螺母7020309、磨抛右端盖7020310、磨头7020311、锁紧螺母7020312、小深沟球轴承7020313、推力球轴承7020314、大深沟球轴承7020315、紧固套筒7020316、弹簧夹7020317。

宽导轨7020301固定于安装底座70201上，单滑块7020302与宽导轨7020301滑动连接，磨抛连接轴7020305左端与联轴器7020219固定连接，且右端与紧固套筒7020316固定连接，磨抛左端盖7020306通过十号螺钉7020304固定于磨抛外壳底座7020307上，磨抛外壳底座7020307通过九号螺钉7020303固定于单滑块7020302上，磨抛右端盖7020310通过三号螺栓7020308和五号螺母7020309固定于磨抛外壳底座7020307上，磨头7020311安装于磨抛连接轴7020305右端的锥形槽内，且由弹簧夹7020317固定夹紧，锁紧螺母7020312固定于磨抛连接轴7020305左端，小深沟球轴承7020313安装于磨抛外壳底座7020307凹槽内，并与磨抛连接轴7020305转动连接，推力球轴承7020314安装于磨抛外壳底座7020307凹槽内，且右端与磨抛连接轴7020305顶紧，大深沟球轴承7020315安装于磨抛外壳底座7020307凹槽内，且与磨抛连接轴7020305转动连接，紧固套筒7020316固定于磨抛连接轴7020305上，弹簧夹7020317安装在磨抛连接轴7020305凹槽内，且其右端与紧固套筒7020316顶紧。磨头7020311可以在伺服电机7020223的驱动下转动，在气缸7020204的带动下，磨抛组件70203可以精确的移动，润滑液可以从磨抛右端盖7020310上的接口通入，在重力作用下沿着磨头7020311的杆流到磨头7020311的抛磨面上，对磨头7020311进行轮滑。

如图9和图10所示，支反力辅助组件70204包括小气缸7020401、十一号螺钉7020402、小导轨7020403、小滑块7020404、连接底板7020405、十三号螺钉7020410、十四号螺钉7020411、六号螺母7020412、辅助支撑头组件以及环形力传感器7020421；辅助支撑头组件包括辅助支撑头7020406、小端盖7020407、十二号螺钉7020408、支反外壳底座7020409、支反推力球轴承7020413、一号支反深沟球轴承7020414、密封圈7020415、小垫圈7020416、大垫圈7020417、支反锁紧螺母7020418、二号支反深沟球轴承7020419、垫片7020420。

小气缸7020401通过十一号螺钉7020402安装固定于安装底座70201上，小导轨7020403固定于安装底座70201上，小滑块7020404与小导轨7020403滑动连接，连接底板7020405通过十四号螺钉7020411固定于小滑块7020404上，且下端通过六号螺母7020412与小气缸7020401的气缸轴固定连接，辅助支撑头7020406安装在支反外壳底座7020409内，且与支反外壳底座7020409转动连接，小端盖7020407通过十二号螺钉7020408固定于支反外壳底座7020409上，支反外壳底座7020409通过十三号螺钉7020410固定于连接底板7020405上，支反推力球轴承7020413安装于支反外壳底座7020409槽内，且与辅助支撑头7020406转动连接，其右端紧贴大垫圈7020417，一号支反深沟球轴承7020414安装于支反外壳底座7020409槽内，且与辅助支撑头7020406转动连接，密封圈7020415安装在辅助支撑头7020406左端凹槽内，小垫圈7020416安装于支反推力球轴承7020413和一号支反深沟球轴承7020414之间，且与辅助支撑头7020406转动连接，大垫圈7020417安装于支反外壳底座7020409槽内，支反锁紧螺母7020418固定于辅助支撑头7020406右端，二号支反深沟球轴承7020419与辅助支撑头7020406转动连接，垫片7020420安装于二号支反深沟球轴承7020419与环形力传感器7020421之间，环形力传感器7020421安装在支反外壳底座7020409槽内且套接在辅助支撑头7020406上。

在小气缸7020401的带动下可以自由调整支反力辅助组件70204的辅助支撑头7020406和磨抛组件70203的磨头7020311之间的距离，从而更好地实现磨头7020311对环形工件606的作用力与辅助支撑头7020406对环形工件606的作用力之间的平衡，减小环形工件606在磨抛过程中的变形，提高环形工件606的加工精度。

一种环形工件铣磨测混合加工机床的控制方法，其加工控制过程包括以下步骤：

步骤一、完成机床启动前的一系列检查，再启动机床，设定机床的基本参数，运行机床，排除运行故障，使用设计好的专用夹具装夹环形工件，手动控制机床，把刀具、磨抛加工装置和测量装置调整到恰当的位置；

步骤二、运行机床，通过测量装置对环形工件毛坯进行形面测量，获取测量数据进行数据处理，处理完成再进行曲面重构，得到环形工件毛坯的测量模型，再将设计模型与测量模型进行模型的匹配比较，得到测量模型相对于设计模型的尺寸超差，计算得到加工余量值；

步骤三、将计算得到的加工余量值与设定余量值δ比较，若加工余量值大于等于设定余量值δ，则进入铣削环节，根据加工余量值进行铣削参数的设定，计算确定刀具的加工轨迹，根据加工轨迹，获取数控加工代码，并将其输入到数控机床，进行铣削加工；若加工余量值小于等于设定余量值δ，则进入磨抛环节，同样根据加工余量值进行磨抛参数的设定，然后确定磨抛加工的磨抛轨迹，通过磨抛轨迹获取磨抛加工的代码，输入到数控机床，进行磨抛加工；

步骤四、完成铣削加工或者磨抛加工后，测量装置会自动对加工后的环形工件半成品进行测量和数据采集处理，然后再进行曲面重构获得测量模型，再次进行测量模型与设计模型的匹配比较，获取尺寸超差，若测量模型与设计模型之间的尺寸超差满足精度要求，则完成环形工件的铣削加工或者磨抛加工，若测量模型与设计模型之间的超差不满足精度要求，则返回步骤三，进入下一个循环加工。

所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床的控制方法，在步骤三中，环形工件的加工面为上下两端面以及15°外斜面；

在测量装置中，测量工具采用接触式测头，测头有两个：直头和可调整角度的弯头，端面用直头测量，15°外斜面用弯头测量；首先加工上端面时，环形工件下端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，机床控制刀具对环形工件上端面进行铣削加工，铣削完成再用直头测头进行测量，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ，然后进入磨抛加工，控制机械手保持磨抛系统与环形工件上表面平行，磨抛完成再用直头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件上端面的加工；下一步加工15°外斜面，在加工15°外斜面时，直接进行磨抛加工，控制机械手保持磨头7020311与15°外斜面平行，确保在磨抛加工过程中，环形工件的受力平衡，磨抛完成后用垂直向上运动的弯头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件15°外斜面的加工；最后对环形工件的下端面进行加工；先将环形工件重新装夹使得下端面朝上，此时环形工件上端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，之后加工过程似环形工件的上端面加工，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ，然后进入磨抛加工，再经过逐次磨抛和工件测量直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件下端面的加工；加工和测量过程中，旋转台缓慢旋转，磨抛系统通过自身传感器的检测调整磨头对环形工件的磨抛压力，实现实时检测和修正。

Claims (9)

1.一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，包括机床基座(1)、Z轴辅助移动装置(2)、X轴移动装置(3)、Z轴移动装置(4)、刀具(5)、旋转工作台(6)、磨抛加工装置(7)、测量装置(8)、Y轴移动装置(9)；所述Z轴移动装置(4)固定于机床基座(1)上，X轴移动装置(3)安装在Z轴移动装置(4)上；Z轴辅助移动装置(2)安装在X轴移动装置(3)上；刀具(5)固定于Z轴辅助移动装置(2)上，对环形工件进行铣削加工；Y轴移动装置(9)安装于机床基座(1)上；旋转工作台(6)固定安装在Y轴移动装置(9)上，环形工件定位并夹紧在旋转工作台(6)上；测量装置(8)固定于机床基座(1)上且位于Y轴移动装置(9)侧方，对环形工件进行测量；磨抛加工装置(7)固定于机床基座(1)上，磨抛加工装置(7)包括机械臂(701)和磨抛系统(702)，机械臂(701)固定于机床基座(1)上，磨抛系统(702)与机械臂(701)转动连接，磨抛系统(702)在机械臂(701)的驱动下对环形工件进行磨抛加工。

2.如权利要求1所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述旋转工作台(6)包括旋转工作台底座(601)、旋转台(602)、夹具(603)；旋转工作台底座(601)安装固定于Y轴移动装置(9)上，旋转台(602)安装在旋转工作台底座(601)上，夹具(603)安装固定于旋转台(602)上，环形工件606安装固定在夹具(603)上。

3.如权利要求1所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述测量装置(8)包括接触式传感器(801)、安装底板(802)、X轴测量移动装置(803)以及Z轴测量移动装置(804)；接触式传感器(801)固定于安装底板(802)上，安装底板(802)安装在X轴测量移动装置(803)上，X轴测量移动装置(803)安装在Z轴测量移动装置(804)上，Z轴测量移动装置(804)固定于机床基座(1)上并位于Y轴移动装置(9)侧方。

4.如权利要求1所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述磨抛系统(702)包括安装底座(70201)、驱动组件(70202)、磨抛组件(70203)以及支反力辅助组件(70204)；安装底座(70201)与机械臂(701)转动连接；驱动组件(70202)、磨抛组件(70203)及支反力辅助组件(70204)依次同轴固定于安装底座(70201)上，磨抛组件(70203)与驱动组件(70202)的驱动端连接，磨抛组件(70203)在驱动组件(70202)的驱动下对环形工件进行磨抛，支反力辅助组件(70204)用于向环形工件提供支反力。

5.如权利要求4所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述驱动组件(70202)包括伺服电机套筒(7020201)、力传感器(7020203)、气缸(7020204)、后盖(7020206)、直线传感器(7020210)、安装板(7020217)、固定块(7020222)、伺服电机(7020223)、直线轴承(7020225)以及外壳底座(7020227)；外壳底座(7020227)固定在所述安装底座(70201)上，后盖(7020206)固定于外壳底座(7020227)一端；气缸(7020204)固定于后盖(7020206)上，力传感器(7020203)固定于气缸(7020204)上；伺服电机套筒(7020201)左端与力传感器(7020203)固定连接，且其右端与固定块(7020222)固定连接，固定块(7020222)与伺服电机(7020223)固定连接；直线轴承(7020225)固定于外壳底座(7020227)另一端，在气缸(7020204)驱动下，伺服电机套筒(7020201)和伺服电机(7020223)在直线轴承(7020225)内沿着伺服电机(7020223)轴向方向前后移动；伺服电机(7020223)通过联轴器(7020219)连接所述磨抛组件；直线传感器(7020210)固定在外壳底座(7020227)顶部，直线传感器(7020210)通过传感器连接件7020214与安装板(7020217)连接，安装板(7020217)固定于固定块(7020222)上。

6.如权利要求4所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述磨抛组件(70203)包括宽导轨(7020301)、磨抛连接轴(7020305)、磨抛外壳底座(7020307)、磨头(7020311)、紧固套筒(7020316)；磨抛外壳底座(7020307)滑动连接在所述安装底座(70201)上，磨抛外壳底座(7020307)两端分别设有端盖；磨抛外壳底座(7020307)与磨抛连接轴(7020305)通过轴承转动连接并通过锁紧螺母轴向限位；紧固套筒(7020316)固定于磨抛连接轴(7020305)上，磨头(7020311)安装于磨抛连接轴(7020305)右端的锥形槽内且由弹簧夹(7020317)固定夹紧，弹簧夹右端与紧固套筒(7020316)顶紧；磨抛连接轴(7020305)与所述驱动组件的驱动端连接。

7.如权利要求4所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床，其特征在于，所述支反力辅助组件(70204)包括小气缸(7020401)、连接底板(7020405)、辅助支撑头(7020406)、支反外壳底座(7020409)以及环形力传感器(7020421)；小气缸(7020401)固定于所述安装底座(70201)上；连接底板(7020405)滑动连接在所述安装底座(70201)上，且连接底板(7020405)下端与小气缸(7020401)的气缸轴固定连接；支反外壳底座(7020409)固定于连接底板(7020405)上，辅助支撑头(7020406)安装在支反外壳底座(7020409)内且与支反外壳底座(7020409)转动连接；环形力传感器(7020421)安装在支反外壳底座(7020409)内且套接在辅助支撑头(7020406)上。

8.如权利要求1至4中任意一项所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床的控制方法，其特征在于，加工控制过程包括以下步骤：

步骤一、完成机床启动前的检查，再启动机床，设定机床的基本参数，运行机床，排除运行故障；将环形工件装夹在旋转工作台上；手动控制机床，调整刀具、磨抛加工装置和测量装置的位置；

步骤二、运行机床，通过测量装置对环形工件毛坯进行形面测量，获取测量数据进行数据处理；处理完成再进行曲面重构，得到环形工件毛坯的测量模型；再将设计模型与测量模型进行模型的匹配比较，得到测量模型相对于设计模型的尺寸超差，计算得到加工余量值；

步骤三、将计算得到的加工余量值与设定余量值δ比较：若加工余量值大于或等于设定余量值δ，则进入铣削环节，根据加工余量值进行铣削参数的设定，计算确定刀具的加工轨迹，根据加工轨迹，获取数控加工代码，并将其输入到数控机床，进行铣削加工；若加工余量值小于等于设定余量值δ，则进入磨抛环节，根据加工余量值进行磨抛参数的设定，然后确定磨抛加工的磨抛轨迹，通过磨抛轨迹获取磨抛加工的代码，输入到数控机床，进行磨抛加工；

步骤四、完成铣削加工或者磨抛加工后，测量装置自动对加工后的环形工件半成品进行测量和数据采集处理；然后再进行曲面重构获得测量模型，再次进行测量模型与设计模型的匹配比较，获取尺寸超差；若测量模型与设计模型之间的尺寸超差满足精度要求，则完成环形工件的铣削加工或者磨抛加工；若测量模型与设计模型之间的超差不满足精度要求，则返回步骤三，进入下一个循环加工。

9.如权利要求8所述的一种环形工件铣磨测混合加工机床的控制方法，其特征在于，所述步骤三中，环形工件的加工面为上下两端面以及15°外斜面，在测量装置中，测量工具采用接触式测头，测头包括直头和可调整角度的弯头，端面用直头测量，15°外斜面用弯头测量；

首先加工上端面：环形工件下端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，机床控制刀具对环形工件上端面进行铣削加工；铣削完成再用直头测头进行测量，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ；然后进入磨抛加工，控制机械手保持磨抛系统与环形工件上表面平行，磨抛完成再用直头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件上端面的加工；

下一步加工15°外斜面：在加工15°外斜面时，直接进行磨抛加工，控制机械手保持磨抛组件与15°外斜面平行，确保在磨抛加工过程中，环形工件的受力平衡，磨抛完成后用垂直向上运动的弯头测头进行测量，同样经过逐次磨抛和工件测量，逐渐逼近理想平面，直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件15°外斜面的加工；

最后对环形工件的下端面进行加工：先将环形工件重新装夹使得下端面朝上，此时环形工件上端面与夹具凸台上表面配合，环形工件内表面与夹具凸台外环表面配合，之后加工过程似环形工件的上端面加工，通过逐次铣削加工与工件测量直到加工余量值小于设定余量δ，然后进入磨抛加工，再经过逐次磨抛和工件测量直到加工精度达到环形工件的精度要求时，完成环形工件下端面的加工；

加工和测量过程中，旋转台缓慢旋转，磨抛系统通过自身传感器的检测调整磨头对环形工件的磨抛压力，实现实时检测和修正。

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