CN113231828A - 一种铣磨抛原位成像一体化智能装备及加工方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种铣磨抛原位成像一体化智能装备及加工方法

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Ra<10nm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。

进一步地，所述测量舱内还设有安装于床身的旋转台和用于对工件进行扫描的扫描机构，所述旋转台安装位置相对靠近密封门，远离上下料门，其可绕轴旋转，构成测量舱的Z轴旋转自由度；所述扫描机构包括安装于床身的测量手臂以及安装于测量手臂的三维激光扫描仪，所述测量手臂位于旋转台两侧，对称布置，其自身为多自由度结构，所述三维激光扫描仪用于对未知表面轮廓的零件进行三维扫描建模，所测数据传递至数控系统形成待加工三维模型。

进一步地，所述刀具位移机构包括安装于床身的X轴平移台、Y轴平移台，以及安装在Y轴平移台上的Z轴平移台，所述X轴平移台可沿X轴平移，构成加工舱的X轴平移自由度；所述Y轴平移台可沿Y轴平移，构成加工舱的Y轴平移自由度；所述Z轴平移台可沿Z轴平移，构成加工舱的Z轴平移自由度，所述工件位姿调节机构包括安装在X轴平移台上的摆动工作台，所述摆动工作台可绕Y轴在-90°～+90°之间旋转，构成加工舱的Y轴旋转自由度，还包括安装在所述摆动工作台上的带有夹具的旋转工作台，所述带有夹具的旋转工作台可绕Z轴旋转。

进一步地，所述Z轴平移台上安装主轴系统，主轴系统与所述旋转工作台共同构成加工舱的Z轴旋转自由度，所述主轴系统包括用于实时监测加工过程的铣削力、磨削力和抛光力的力传感器、用于实时监测加工位点的温度的红外成像仪以及抛光液喷射孔、磨削液喷射孔、铣削液喷射孔、主轴、用于在加工时根据加工需求为主轴提供超声辅助加工的超声发生器和主轴箱，所述主轴箱安装于于Z轴平移台，所述主轴用于安装链式刀库中的刀具，所述主轴箱在底部两侧设置所述抛光液喷射孔、磨削液喷射孔以及铣削液喷射孔。

进一步地，抛光液喷射孔、磨削液喷射孔以及铣削液喷射孔分别连接在抛光液循环系统，磨削液循环系统和铣削液循环系统上。

进一步地，床身上能够被铣削液、磨削液和抛光液触及的机构的表面均涂有疏水、疏油、抗腐蚀的高分子材料或塑料涂层。

一种复杂曲面高性能零件铣抛一体化加工方法，包括如下步骤：

确认对于已知表面轮廓的工件或无需扫描建模只需加工时进行如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱入口处，数控系统控制打开上下料门，密封门，并控制上下料机构抓取工件并放置在旋转工作台上，上下料机构运行至测量舱，上下料门关闭，密封门关闭；

步骤2、根据实际加工需求对工件进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库将所需刀具运送至换刀位，换刀器将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统将工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔并喷送至加工位点，加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤3、加工完成后，数控系统控制密封门打开，上下料门打开，上下料机构抓取工件运送至测量舱入口处。

进一步地，对于未知表面轮廓的工件，还需扫描工件，建模，具体包括如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱入口处，数控系统控制打开上下料门，并控制上下料机构抓取工件并放置在旋转台，上下料门关闭，密封门开启，上下料机构运行至加工舱，密封门关闭；

步骤2、数控系统控制旋转台和测量手臂协同运行带动三维激光扫描仪对工件进行全面扫描测量，测量数据传递回数控系统对工件进行三维建模；

步骤3、建模完成后数控系统控制密封门打开，上下料机构抓取工件并放置在夹具及旋转工作台，上下料机构运行至测量舱，密封门关闭；

步骤4、数控系统根据步骤2测量建立的工件三维模型结合实际加工需求对工件按需进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库将所需刀具运送至换刀位，换刀器将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统将工件三维模型、工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔并喷送至加工位点。加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤5、加工完成后，数控系统控制密封门打开，上下料门打开，上下料机构抓取工件运送至测量舱入口处。

本发明具有以下优点：

1.本发明提供了一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，其具有三维激光扫描建模和五轴联动数控铣、磨、抛的功能。加工时工件只需一次夹装，在同一套加工参数下铣削加工完后通过换刀器将铣刀更换为磨轮进行磨削，磨削加工完后通过换刀器将磨轮更换为抛光轮，结合抛光液进行化学机械抛光。整个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。其解决了现有五轴联动数控铣床只能进行铣削加工，不能进行磨削、抛光，磨削、抛光还需更换设备二次装夹影响抛光精度的问题。

2.本发明提供了一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，其在同一套加工参数下进行铣削、磨削和化学机械抛光，在化学机械抛光过程中利用了数控机床高刚度结构的特点，克服了现有复杂曲面通过手工磨抛效率低、形位精度低、产品差异大的缺点；克服了磁流变磨料流抛光易出现“过抛”、“倒棱”严重影响复杂曲面的形位精度和表面微观形貌的缺点；克服了机器人抛光由于自身悬臂梁结构易颤振导致抛光精度差的缺点。铣、磨、抛过程一体化，可实现高质量，高效率的复杂曲面精密加工。加工后的复杂曲面高性能零件保证了其设计时所要求的形位精度，且具有很低的表面粗糙度。

3.本发明提供了一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，其应用于未知表面轮廓的工件进行二次加工时，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，通过三维激光扫描建模，建立高精度、高分辨率的数字三维模型，直接应用于五轴联动数控系统进行铣、磨、抛的加工过程。整个过程避免了测量误差的引入，避免了二次夹装，降低了人工劳动量，提高了加工精度，具有高效率、高精度的独特优势。

4.本发明提供了一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，其在主轴箱安装有超声发生器，可以在加工时根据加工需求为主轴提供超声辅助加工。同时，该装备在铣、磨、抛的加工过程中能实时监测铣削力、磨削力和抛光力以及加工位点的温度，并能够根据加工要求实时调整加工参数，以保证铣削力、磨削力和抛光力以及加工位点温度的恒定，能应用于含能材料、放射性材料等危险材料的加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中装置的三维总装结构示意图。

图2为本发明实施例中装置的三维部分结构装配示意图。

图3为本发明实施例中主轴系统的三维结构示意图。

图4为本发明实施例中上下料机构的三维结构示意图。

图中：1、数控系统；2、活动门；3、循环系统；4、床身；5、加工舱；5.1、链式刀库；5.2、换刀器；5.3、X轴平移台；5.4、带有夹具的旋转工作台；5.5、摆动工作台；5.6、Y轴平移台；5.7、Z轴平移台；5.8、主轴系统；5.8.1、力传感器；5.8.2、红外成像仪；5.8.3、抛光液喷射孔；5.8.4、磨削液喷射孔；5.8.5、铣削液喷射孔；5.8.6、主轴；5.8.7、超声发生器；5.8.8、主轴箱；6、密封门；7、前面板；8、测量舱；8.1、旋转台；8.2、测量手臂；8.3、三维激光扫描仪；9、上下料门；10、上下料机构；10.1、Y轴台；10.2、X轴台；10.3、Z轴升降台；10.4、抓取机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～4所示，本发明实施例公开了一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，装备为立式五轴联动结构，经数控系统1集成控制，使铣削、磨削和化学机械抛光过程实现五轴联动加工。加工时工件只需一次夹装，在同一套加工参数下进行铣削、磨削和化学机械抛光，在化学机械抛光过程中利用了数控机床高刚度结构的特点，克服了现有复杂曲面磨抛效率低、形位精度低、产品差异大的缺点。

具体地，本发明包括床身4和安装在床身4内的测量舱8、加工舱5、数控系统1，所述测量舱8内设有用于抓取工件的上下料机构10，所述加工舱5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5内的链式刀库5.1和换刀器5.2，所述链式刀库5.1安装于床身4，具有链式结构并布有刀具安装位，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，具体地，本实施例中，铣刀包括盘铣刀、端面铣刀、成型铣刀、球头铣刀、鼓铣刀、立铣刀、角度铣刀、T铣刀等等；磨轮包括平形磨轮、斜边磨轮、筒形磨轮、杯形磨轮、碟形磨轮、陶瓷磨轮、树脂磨轮、橡胶磨轮、金属磨轮、金属结合剂磨轮等等；抛光轮包括布抛光轮、毛抛光轮、聚氨酯抛光轮、砂纸抛光轮、金刚石抛光轮、树脂抛光轮等等。链式刀库5.1能在数控系统1的控制下根据加工要求将加工所需的刀具运送至换刀位。所述换刀器5.2安装于床身4，处于链式刀库5.1和主轴系统5.8之间的换刀位，在加工过程中根据加工要求在数控系统1的控制下为主轴5.8.6更换所需刀具。

所述刀具位移机构包括主轴箱5.8.8，所述主轴箱5.8.8内安装有用于安装刀具的主轴5.8.6，所述主轴箱5.8.8上还开设若干用于喷射铣削液、磨削液和抛光液的孔。所述所述链式刀库5.1、换刀器5.2、X轴平移台5.3、带有夹具的旋转工作台5.4、摆动工作台5.5、Y轴平移台5.6、Z轴平移台5.7、主轴系统5.8、床身4共同构成五轴联动系统，各部件的运行由数控系统11集成控制。数控系统1集成控制加工舱5、测量舱8、上下料机构10、密封门6、循环系统3等各个部件的联动运行的同时还在加工过程中具备刀具补偿等加工修正功能。

所述测量舱8包括前面板7和上下料门9，所述测量仓和加工舱5之间设有密封门6。在测量舱8处仅留有防爆玻璃安装位，在加工舱5处还留有活动门2安装位，具体地，根据实际情况为了测量效果可将测量舱8处防爆玻璃安装位设置为不透明面板。所述活动门2安装在前面板7的加工舱5处。所述上下料门9安装在左侧面，上下料时通过上下料门9进行，其开闭由数控系统1集成控制。所述密封门6在关闭时加工舱5和测量舱8保持相互独立的密封空间，其开闭由数控系统11集成控制。

所述上下料机构10包括Y轴台10.1、X轴台10.2、Z轴升降台10.3、抓取机构10.4，所述Y轴台10.1安装于床身4，可沿Y轴平移，构成上下料机构10的Y轴平移自由度。所述X轴台10.2安装于Y轴台10.1，可沿X轴平移，构成上下料机构10的X轴平移自由度。所述Z轴升降台10.3安装于X轴台10.2，可沿Z轴平移，构成上下料机构10的Z轴平移自由度。所述抓取机构10.4安装于Z轴升降台10.3，用于抓取工件进行上下料，其抓取力由数控系统1控制。所述Y轴台10.1、X轴台10.2、Z轴升降台10.3、抓取机构10.4、床身4共同构成三轴联动系统，各部件的运行由数控系统1集成控制。具体地，上下料机构10在密封门6开启的情况下可在数控系统1的控制下在加工舱5和测量舱8之间运送工件，在测量时上下料机构10通常停靠在加工舱5，在加工时上下料机构10停靠在测量舱8，上下料机构10亦可在需要的情况下抓取工件停靠在测量舱8辅助进行三维测量。

所述测量舱8内还设有安装于床身4的旋转台8.1和用于对工件进行扫描的扫描机构，所述旋转台8.1安装位置相对靠近密封门6，远离上下料门9，其可绕轴旋转，构成测量舱8的Z轴旋转自由度；所述扫描机构包括安装于床身4的测量手臂8.2以及安装于测量手臂8.2的三维激光扫描仪8.3，所述测量手臂8.2位于旋转台8.1两侧，对称布置，其自身为多自由度结构，所述三维激光扫描仪8.3用于对未知表面轮廓的零件进行三维扫描建模，所测数据传递至数控系统1形成待加工三维模型。

所述刀具位移机构包括安装于床身4的X轴平移台5.3、Y轴平移台5.6，以及安装在Y轴平移台5.6上的Z轴平移台5.7，所述X轴平移台5.3可沿X轴平移，构成加工舱5的X轴平移自由度；所述Y轴平移台5.6可沿Y轴平移，构成加工舱5的Y轴平移自由度；所述Z轴平移台5.7可沿Z轴平移，构成加工舱5的Z轴平移自由度，所述工件位姿调节机构包括安装在X轴平移台5.3上的摆动工作台5.5，所述摆动工作台5.5可绕Y轴在-90°～+90°之间旋转，构成加工舱5的Y轴旋转自由度，还包括安装在所述摆动工作台5.5上的带有夹具的旋转工作台5.4，所述带有夹具的旋转工作台5.4可绕Z轴旋转。

所述Z轴平移台5.7上安装主轴系统5.8，主轴系统5.8与所述旋转工作台5.4共同构成加工舱5的Z轴旋转自由度，所述主轴系统5.8包括用于实时监测加工过程的铣削力、磨削力和抛光力的力传感器5.8.1、用于实时监测加工位点的温度的红外成像仪5.8.2以及抛光液喷射孔5.8.3、磨削液喷射孔5.8.4、铣削液喷射孔5.8.5、主轴、用于在加工时根据加工需求为主轴提供超声辅助加工的超声发生器5.8.7和主轴箱5.8.8，所述力传感器5.8.1安装于主轴箱5.8.8，数控系统1根据加工要求调整加工参数，保证加工过程中铣削力、磨削力和抛光力恒定。所述红外成像仪5.8.2安装于主轴箱5.8.8，在数控系统1的控制下实时监测加工位点的温度，数控系统1根据加工要求调整加工参数，保证加工过程中加工位点温度恒定。所述主轴箱5.8.8安装于于Z轴平移台5.7，所述主轴用于安装链式刀库5.1中的刀具，所述主轴箱5.8.8在底部两侧设置所述抛光液喷射孔5.8.3、磨削液喷射孔5.8.4以及铣削液喷射孔5.8.5。

小孔径的抛光液喷射孔5.8.3和中等孔径的磨削液喷射孔5.8.4以及大孔径的铣削液喷射孔5.8.5分别连接在抛光液循环系统，磨削液循环系统和铣削液循环系统上。具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔5.8.5并喷送至加工位点；在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔5.8.4并喷送至加工位点；在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔5.8.3并喷送至加工位点。使用后的铣削液、磨削液、抛光液再由各自的循环系统收集、过滤、存储以便再次使用。所述循环系统3中各分系统的运行及所输送液体的流量均由数控系统1集成控制。

床身4上能够被铣削液、磨削液和抛光液触及的机构的表面均涂有疏水、疏油、抗腐蚀的高分子材料或塑料涂层。

一种复杂曲面高性能零件铣抛一体化加工方法，包括如下步骤：

确认对于已知表面轮廓的工件或无需扫描建模只需加工时进行如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱8入口处，数控系统1控制打开上下料门9，密封门6，并控制上下料机构10抓取工件并放置在旋转工作台5.4上，上下料机构10运行至测量舱8，上下料门9关闭，密封门6关闭；

步骤2、根据实际加工需求对工件进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统1控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库5.1将所需刀具运送至换刀位，换刀器5.2将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统1将工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔5.8.5并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔5.8.4并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔5.8.3并喷送至加工位点，加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤3、加工完成后，数控系统1控制密封门6打开，上下料门9打开，上下料机构10抓取工件运送至测量舱8入口处。

进一步地，对于未知表面轮廓的工件，还需扫描工件，建模，具体包括如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱8入口处，数控系统1控制打开上下料门9，并控制上下料机构10抓取工件并放置在旋转台8.1，上下料门9关闭，密封门6开启，上下料机构10运行至加工舱5，密封门6关闭；

步骤2、数控系统1控制旋转台8.1和测量手臂8.2协同运行带动三维激光扫描仪8.3对工件进行全面扫描测量，测量数据传递回数控系统1对工件进行三维建模；

步骤3、建模完成后数控系统1控制密封门6打开，上下料机构10抓取工件并放置在夹具及旋转工作台5.4，上下料机构10运行至测量舱8，密封门6关闭；

步骤4、数控系统1根据步骤2测量建立的工件三维模型结合实际加工需求对工件按需进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统1控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库5.1将所需刀具运送至换刀位，换刀器5.2将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统1将工件三维模型、工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔5.8.5并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔5.8.4并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔5.8.3并喷送至加工位点。加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤5、加工完成后，数控系统1控制密封门6打开，上下料门9打开，上下料机构10抓取工件运送至测量舱8入口处。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，所述测量舱内还设有安装于床身的旋转台和用于对工件进行扫描的扫描机构，所述旋转台安装位置相对靠近密封门，远离上下料门，其可绕轴旋转，构成测量舱的Z轴旋转自由度；所述扫描机构包括安装于床身的测量手臂以及安装于测量手臂的三维激光扫描仪，所述测量手臂位于旋转台两侧，对称布置，其自身为多自由度结构，所述三维激光扫描仪用于对未知表面轮廓的零件进行三维扫描建模，所测数据传递至数控系统形成待加工三维模型。

5.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，所述刀具位移机构包括安装于床身的X轴平移台、Y轴平移台，以及安装在Y轴平移台上的Z轴平移台，所述X轴平移台可沿X轴平移，构成加工舱的X轴平移自由度；所述Y轴平移台可沿Y轴平移，构成加工舱的Y轴平移自由度；所述Z轴平移台可沿Z轴平移，构成加工舱的Z轴平移自由度，所述工件位姿调节机构包括安装在X轴平移台上的摆动工作台，所述摆动工作台可绕Y轴在-90°～+90°之间旋转，构成加工舱的Y轴旋转自由度，还包括安装在所述摆动工作台上的带有夹具的旋转工作台，所述带有夹具的旋转工作台可绕Z轴旋转。

6.根据权利要求5所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，所述Z轴平移台上安装主轴系统，主轴系统与所述旋转工作台共同构成加工舱的Z轴旋转自由度，所述主轴系统包括用于实时监测加工过程的铣削力、磨削力和抛光力的力传感器、用于实时监测加工位点的温度的红外成像仪以及抛光液喷射孔、磨削液喷射孔、铣削液喷射孔、主轴、用于在加工时根据加工需求为主轴提供超声辅助加工的超声发生器和主轴箱，所述主轴箱安装于于Z轴平移台，所述主轴用于安装链式刀库中的刀具，所述主轴箱在底部两侧设置所述抛光液喷射孔、磨削液喷射孔以及铣削液喷射孔。

7.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，抛光液喷射孔、磨削液喷射孔以及铣削液喷射孔分别连接在抛光液循环系统，磨削液循环系统和铣削液循环系统上。

8.根据权利要求1所述的铣磨抛原位成像一体化智能装备，其特征在于，床身上能够被铣削液、磨削液和抛光液触及的机构的表面均涂有疏水、疏油、抗腐蚀的高分子材料或塑料涂层。

9.一种复杂曲面高性能零件铣抛一体化加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

确认对于已知表面轮廓的工件或无需扫描建模只需加工时进行如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱入口处，数控系统控制打开上下料门，密封门，并控制上下料机构抓取工件并放置在旋转工作台上，上下料机构运行至测量舱，上下料门关闭，密封门关闭；

步骤2、根据实际加工需求对工件进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库将所需刀具运送至换刀位，换刀器将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统将工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔并喷送至加工位点，加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤3、加工完成后，数控系统控制密封门打开，上下料门打开，上下料机构抓取工件运送至测量舱入口处。

10.根据权利要求9所述的一种复杂曲面高性能零件铣抛一体化加工方法，其特征在于，对于未知表面轮廓的工件，还需扫描工件，建模，具体包括如下步骤：

步骤1、工件运送至测量舱入口处，数控系统控制打开上下料门，并控制上下料机构抓取工件并放置在旋转台，上下料门关闭，密封门开启，上下料机构运行至加工舱，密封门关闭；

步骤2、数控系统控制旋转台和测量手臂协同运行带动三维激光扫描仪对工件进行全面扫描测量，测量数据传递回数控系统对工件进行三维建模；

步骤3、建模完成后数控系统控制密封门打开，上下料机构抓取工件并放置在夹具及旋转工作台，上下料机构运行至测量舱，密封门关闭；

步骤4、数控系统根据步骤2测量建立的工件三维模型结合实际加工需求对工件按需进行铣削加工，磨削加工，抛光加工，加工前，数控系统控制主轴运行至换刀位，同时链式刀库将所需刀具运送至换刀位，换刀器将所需刀具安装在主轴，进行对刀操作，使得数控系统将工件三维模型、工件实际表面轮廓和工件加工坐标相互对应，循环系统启动，具体地，在铣削加工时铣削液循环系统将铣削液输送至铣削液喷射孔并喷送至加工位点，在磨削加工时磨削液循环系统将磨削液输送至磨削液喷射孔并喷送至加工位点，在抛光加工时抛光液循环系统将抛光液输送至抛光液喷射孔并喷送至加工位点。加工过程中根据上述步骤按需换刀；

步骤5、加工完成后，数控系统控制密封门打开，上下料门打开，上下料机构抓取工件运送至测量舱入口处。

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