CN114559284A - 一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺和设备，设备包括机座、基台、刀具组件，机座内底部安装基台，基台上安装待加工的工件，机座内顶部安装刀具组件，刀具组件和基台在加工过程均作进给运动并共同构建刀具在工件上的加工轨迹。工艺包括工件放置到工件基础上并经历如下加工步骤：步骤一：工件夹紧，将工件与刀具接入相同的电性；步骤二：刀头进给移动与工件接触确定加工原点；步骤三：刀头转动进行切削作业的同时，刀头与工件安装基础均作进给获得组合的加工轨迹；步骤四：清理工件并从安装基础上拆下工件。
Description
技术领域
本发明涉及金属零件加工技术领域，具体为一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺及设备。
背景技术
航空零件的加工对于精度、可靠性要求较高，例如一些液体的输送泵所需要的叶轮等做功件，尤其需要较高的加工精度和零件强度。
叶轮等等的复杂形状五金零件的去除材质加工一般通过带铣削的加工中心完成，叶片铣出需求的外形。
现有技术中，多轴联动的加工中心一般加工过程工件静止，刀具由复杂传动系统带动而做自定义路径规划，这样的加工中心只能进行精加工，对于工件开粗等作业，较大的加工振动很容易导致刀具传动系统的精度损伤，而且，刀具的传动系统在振动受损后，很难进行调试复位，其传动路径的规划还需要进行精度标定，对于操作者、工件加工工艺编制者、代码编撰者要求很高，不利于零件在保证加工精度的同时提升产量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺及设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，包括机座、基台、刀具组件，机座内底部安装基台，基台上安装待加工的工件，机座内顶部安装刀具组件，刀具组件和基台在加工过程均作进给运动并共同构建刀具在工件上的加工轨迹。
工件放置在基台上，刀具组件在工件上方运动并与工件形成接触的相对运动，执行切削作业，工件被基台带动也在切削过程进行进给，从而与刀具的运动相结合而满足更加复杂的加工轨迹需求，并且，如果这一复杂的加工轨迹只由刀具完成或者工件完成，则加工过程的振动会传递至更为靠后的传动位置上，例如只由刀具进行轨迹进给，则加工的振动会至少传递两三级的传动系统，对于更加靠近工件的传动位置，很容易受到损伤，不利于后续加工保持较高的精度。
基台包括导偏杆、支撑柱、载物台、固定件和转动座，支撑柱一端固定在机座上、另一端与转动座下表面中央球铰接，导偏杆有至少三根，导偏杆一端连接在机座上、另一端与转动座下表面边缘位置球铰接，导偏杆圆周布置在支撑柱周围，导偏杆可沿其长度方向进行伸缩，载物台安装在转动座上，转动座具有旋转驱动，固定件将待加工工件固定在载物台上表面。
支撑柱为转动座提供主要的竖直支撑，每根导偏杆分别调整自身长度，可以让转动座和载物台成倾斜状态，以更多的工件姿态进行加工过程，正常状态下让转动座和载物台成水平姿态进行加工即可。
刀具组件包括经纬驱动、连杆和切削刀，
经纬驱动安装在机座上，经纬驱动动作端通过连杆连接切削刀，
切削刀包括平衡块、切削电机和刀头，平衡块为环状，平衡块一部分滑动安装在连杆的端部，平衡块远离连杆的部分内部设置切削电机，刀头安装在切削电机的输出轴上；
连杆上设置平衡孔、低压池、高压池、微型油泵、联压管，平衡块穿过平衡孔，平衡块位于平衡孔内的部分上设有滑块，滑块沿平衡孔内壁滑动，滑块将平衡孔分隔为低压腔和高压腔，低压腔和低压池通过联压管连接，高压腔和高压池也通过另一根联压管连接，滑块上设置连接滑块两侧的过流孔，平衡孔内壁上还设有挡流片，挡流片位于低压腔内，挡流片与过流孔面对面，微型油泵进出口分别连接低压池和高压池，平衡孔、低压池、高压池内充满油液，联压管内壁上设置节流孔板，在刀头的进给方向上，挡流片位于滑块前方。
设置平衡孔及相关配套的油液流动区域的目的在于为刀头加工过程的振动提供避让，并且，刀头进行振动避让时，只会沿进给方向进行退让，不会往垂直于进给方向的位置调整，防止划伤已经加工后的表面，刀头和切削电机均安装在平衡块上，所以，平衡块的位置决定了刀头的加工位置，在正常的刀具进给过程，平衡块与连杆为相对静止的状态，此时，滑块紧靠挡流片，过流孔被遮挡，低压腔和高压腔为隔离状态，高低压区域的压强差让滑块紧贴到挡流片侧面，当刀头遇到硬质部位或者材料不均匀的部位时，刀头发生微量振动并且振动力的波峰会大于正常切削时刀头的受力，此时，平衡块向后退让微量距离后，过流孔与挡流片之间具有缝隙，高压腔内的油液可以少量通过过流孔泄放到低压腔内，滑块两侧压差减小，平衡块可以进一步退让一定的距离，刀头沿进给方向退让后，加工位置的振动力大大减小，以小进给切削一段距离后，工件上的硬质部位或材质不均匀的位置加工完毕，刀头不再振动，平衡块稳定后，持续从高压腔流向低压腔的油液会推动滑块复位并贴住挡流片，高低压腔再次隔离，而高低压池的则由于微型油泵的存在可以一直保持固定的压力差，为平衡孔内的高低压腔分别提供源源不断的压力源，而联压管上节流孔板的存在则是为了让高低压腔与高低压池之间的压力联系存在滞后。
转动座上表面外缘位置设置对称的弧形咬口，载物台包括载物板和在载物板下表面设置的弧形插杆，弧形咬口和弧形插杆的圆心均为转动座的转动轴线，
弧形插杆嵌入弧形咬口内，弧形插杆端部弧形咬口凹口底部之间分别形成油液槽，两个油液槽之间设置联压孔，两个油液槽侧面还分别设置注压孔，弧形插杆的其中一根端部设置挡孔柱，挡孔柱与联压孔处于同一中心圆上并且挡孔柱端面积大于联压孔孔径，
基台还包括分压模块，分压模块内具有油泵调压的两个压力不等的腔室，两个腔室分别与两个注压孔连接，
载物板上放置待加工工件。
转动座带动载物台转动调整工件角度位置，弧形咬口、弧形插杆及相关的油液槽的设置，实现加工过程振动时，工件沿转动方向的退让，工件加工过程的进给为转动进给，振动时，也是沿转动方向的退让才不容易导致刀具划伤已加工表面，工件在较大振动时，沿转动方向推动弧形插杆转动，挡孔柱从联压孔上挪开，油液槽连通而压力差减小，载物板进一步转动退让，而振动消除后，注压孔持续注入的压力让弧形插杆趋向原始的贴向一侧的状态，分压模块内的不同区域构建高低压源与刀具组件内高低压池类似。
转动座的转动轴线与切削刀的进给路径错位布置。
切削刀的进给路径与转动座转动圆心之间错位距离L，错位后，在刀具与工件的接触点处，两个进给不再是垂直关系，加工位置上的振动可以分解到工件和切削刀上。
加工设备还包括电源、电阻、接地块、电荷导线，电源负极连接接地块，电源正极依次串联两个及以上电阻后连接至接地块，电荷导线有两根，一根电荷导线一端连接在电阻和电源正极之间的节点上、另一端连接至工件，另一根电荷导线一端连接在电阻之间的节点上、另一端连接至刀头，接地块接地。
工件和刀头分别接电并且为正电位，其上积累相同性质的正电荷，工件本体和刀头因为接电了所以可以一直保持电性，而切削下来的金属屑，其上的正电荷与工件基体和刀头都存在排斥力，会快速从切削位置上脱离并远离切削位置，防止碎屑落入加工位置划伤加工面。
一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺，工件放置到工件基础上并经历如下加工步骤：
步骤一：工件夹紧，将工件与刀具接入相同的电性；
步骤二：刀头进给移动与工件接触确定加工原点；
步骤三：刀头转动进行切削作业的同时，刀头与工件安装基础均作进给获得组合的加工轨迹；
步骤四：清理工件并从安装基础上拆下工件。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过联合运动的工件载物台和切削刀来以简单轨迹驱动实现复杂加工路径，并且振动被直接隔离在刀头的安装位置和载物台的安装位置，加工振动不再向后方传动部件传递，并且，加工位置的振动可以被直接分解成转动和直线移动，都是沿工件的进给路径和刀具的进给路径，振动不会向非加工位置上延伸，只会沿着加工表面滑移，从而不容易引起工件的损坏，工件与刀具分体进给在组合获得更多加工姿态的同时，还通电来排除加工金属屑的影响，保持加工精度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明整体内部结构示意图；
图2是本发明载物台上的工件安装示意图；
图3是本发明连杆端部安装切削刀的结构示意图；
图4是图3中的视图A；
图5是本发明载物台安装在转动座上的俯视方向切面图；
图6是图5中的视图B；
图7是本发明工件加工位置与刀头的作业原理图；
图中：1-机座、2-基台、21-导偏杆、22-支撑柱、23-载物台、231-弧形插杆、2311-挡孔柱、232-载物板、24-固定件、25-转动座、251-弧形咬口、252-油液槽、253-联压孔、254-注压孔、26-分压模块、3-刀具组件、31-经纬驱动、32-连杆、321-平衡孔、3211-高压腔、3212-低压腔、3213-挡流片、322-低压池、323-高压池、324-微型油泵、325-联压管、3251-节流孔板、33-切削刀、331-平衡块、3311-滑块、3212-过流孔、332-切削电机、333-刀头、41-电源、42-电阻、43-接地块、44-电荷导线、9-工件。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-图7，本发明提供技术方案：
一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，包括机座1、基台2、刀具组件3，机座1内底部安装基台2，基台2上安装待加工的工件9，机座1内顶部安装刀具组件3，刀具组件3和基台2在加工过程均作进给运动并共同构建刀具在工件9上的加工轨迹。
如图1所示，工件9放置在基台2上，本申请以铣削叶轮叶片为例进行陈述：刀具组件3在工件9上方运动并与工件9形成接触的相对运动，执行切削作业，工件9被基台2带动也在切削过程进行进给，从而与刀具的运动相结合而满足更加复杂的加工轨迹需求，并且，如果这一复杂的加工轨迹只由刀具完成或者工件完成，则加工过程的振动会传递至更为靠后的传动位置上，例如只由刀具进行轨迹进给，则加工的振动会至少传递两三级的传动系统，对于更加靠近工件9的传动位置，很容易受到损伤，不利于后续加工保持较高的精度。
基台包括导偏杆21、支撑柱22、载物台23、固定件24和转动座25，支撑柱22一端固定在机座1上、另一端与转动座25下表面中央球铰接，导偏杆21有至少三根，导偏杆21一端连接在机座1上、另一端与转动座25下表面边缘位置球铰接，导偏杆21圆周布置在支撑柱22周围，导偏杆21可沿其长度方向进行伸缩，载物台23安装在转动座25上，转动座25具有旋转驱动，固定件24将待加工工件9固定在载物台23上表面。
如图1所示，支撑柱22为转动座25提供主要的竖直支撑，每根导偏杆21分别调整自身长度，可以让转动座25和载物台23成倾斜状态，以更多的工件9姿态进行加工过程，正常状态下让转动座25和载物台23成水平姿态进行加工即可。
刀具组件3包括经纬驱动31、连杆32和切削刀33，
经纬驱动31安装在机座1上，经纬驱动31动作端通过连杆32连接切削刀33，
切削刀33包括平衡块331、切削电机332和刀头333，平衡块331为环状，平衡块331一部分滑动安装在连杆32的端部，平衡块331远离连杆32的部分内部设置切削电机332，刀头333安装在切削电机332的输出轴上；
连杆32上设置平衡孔321、低压池322、高压池323、微型油泵324、联压管325，平衡块331穿过平衡孔321，平衡块331位于平衡孔321内的部分上设有滑块3311，滑块3311沿平衡孔321内壁滑动，滑块3311将平衡孔321分隔为低压腔3211和高压腔3212，低压腔3211和低压池322通过联压管325连接，高压腔3212和高压池323也通过另一根联压管325连接，滑块3311上设置连接滑块3311两侧的过流孔3312，平衡孔321内壁上还设有挡流片3213，挡流片3213位于低压腔3211内，挡流片3213与过流孔3312面对面，微型油泵324进出口分别连接低压池322和高压池323，平衡孔321、低压池322、高压池323内充满油液，联压管325内壁上设置节流孔板3251，在刀头333的进给方向上，挡流片3213位于滑块3311前方。
如图3、4所示，设置平衡孔321及相关配套的油液流动区域的目的在于为刀头333加工过程的振动提供避让，并且，刀头333进行振动避让时，只会沿进给方向进行退让，不会往垂直于进给方向的位置调整，防止划伤已经加工后的表面，刀头333和切削电机332均安装在平衡块331上，所以，平衡块331的位置决定了刀头333的加工位置，在正常的刀具进给过程，平衡块331与连杆32为相对静止的状态，此时，滑块3311紧靠挡流片3213，过流孔3312被遮挡，低压腔3211和高压腔3212为隔离状态，高低压区域的压强差让滑块3211紧贴到挡流片3213侧面，当刀头333遇到硬质部位或者材料不均匀的部位时，刀头333发生微量振动并且振动力的波峰会大于正常切削时刀头333的受力，此时，平衡块331向后退让微量距离后，过流孔3312与挡流片3213之间具有缝隙，高压腔3212内的油液可以少量通过过流孔3312泄放到低压腔3211内，滑块3311两侧压差减小，平衡块331可以进一步退让一定的距离，刀头333沿进给方向退让后，加工位置的振动力大大减小，以小进给切削一段距离后，工件9上的硬质部位或材质不均匀的位置加工完毕，刀头333不再振动，平衡块331稳定后，持续从高压腔3212流向低压腔3211的油液会推动滑块3311复位并贴住挡流片3213，高低压腔再次隔离，而高低压池的则由于微型油泵324的存在可以一直保持固定的压力差，为平衡孔321内的高低压腔分别提供源源不断的压力源，而联压管325上节流孔板3251的存在则是为了让高低压腔与高低压池之间的压力联系存在滞后。
转动座25上表面外缘位置设置对称的弧形咬口251，载物台23包括载物板232和在载物板232下表面设置的弧形插杆231，弧形咬口251和弧形插杆231的圆心均为转动座25的转动轴线，
弧形插杆231嵌入弧形咬口251内，弧形插杆231端部弧形咬口251凹口底部之间分别形成油液槽252，两个油液槽252之间设置联压孔253，两个油液槽252侧面还分别设置注压孔254，弧形插杆231的其中一根端部设置挡孔柱2311，挡孔柱2311与联压孔253处于同一中心圆上并且挡孔柱2311端面积大于联压孔253孔径，
基台2还包括分压模块26，分压模块26内具有油泵调压的两个压力不等的腔室，两个腔室分别与两个注压孔254连接，
载物板232上放置待加工工件9。
如图5、6所示，转动座25带动载物台23转动调整工件角度位置，弧形咬口251、弧形插杆231及相关的油液槽252的设置，实现加工过程振动时，工件沿转动方向的退让，工件9加工过程的进给为转动进给，振动时，也是沿转动方向的退让才不容易导致刀具划伤已加工表面，工件9在较大振动时，沿转动方向推动弧形插杆231转动，挡孔柱2311从联压孔253上挪开，油液槽252连通而压力差减小，载物板252进一步转动退让，而振动消除后，注压孔254持续注入的压力让弧形插杆231趋向原始的贴向一侧的状态，分压模块26内的不同区域构建高低压源与刀具组件3内高低压池类似。
转动座25的转动轴线与切削刀33的进给路径错位布置。
如图2所示，切削刀33的进给路径与转动座25转动圆心之间错位距离L，错位后，在刀具与工件9的接触点处，两个进给不再是垂直关系，加工位置上的振动可以分解到工件9和切削刀33上。
加工设备还包括电源41、电阻42、接地块43、电荷导线44，电源41负极连接接地块43，电源41正极依次串联两个及以上电阻42后连接至接地块43，电荷导线44有两根，一根电荷导线44一端连接在电阻42和电源41正极之间的节点上、另一端连接至工件9，另一根电荷导线44一端连接在电阻42之间的节点上、另一端连接至刀头333，接地块43接地。
如图7所示，工件9和刀头333分别接电并且为正电位，其上积累相同性质的正电荷，工件9本体和刀头333因为接电了所以可以一直保持电性，而切削下来的金属屑，其上的正电荷与工件9基体和刀头333都存在排斥力，会快速从切削位置上脱离并远离切削位置，防止碎屑落入加工位置划伤加工面。
工件放置到工件基础上并经历如下加工步骤：
步骤一：工件夹紧，将工件与刀具接入相同的电性；
步骤二：刀头进给移动与工件接触确定加工原点；
步骤三：刀头转动进行切削作业的同时，刀头与工件安装基础均作进给获得组合的加工轨迹；
步骤四：清理工件并从安装基础上拆下工件。
其中加工步骤一、二、三使用权利要求6的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备完成。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述加工设备包括机座(1)、基台(2)、刀具组件(3)，所述机座(1)内底部安装基台(2)，所述基台(2)上安装待加工的工件(9)，所述机座(1)内顶部安装刀具组件(3)，所述刀具组件(3)和基台(2)在加工过程均作进给运动并共同构建刀具在工件(9)上的加工轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述基台包括导偏杆(21)、支撑柱(22)、载物台(23)、固定件(24)和转动座(25)，所述支撑柱(22)一端固定在机座(1)上、另一端与转动座(25)下表面中央球铰接，所述导偏杆(21)有至少三根，导偏杆(21)一端连接在机座(1)上、另一端与转动座(25)下表面边缘位置球铰接，导偏杆(21)圆周布置在支撑柱(22)周围，导偏杆(21)可沿其长度方向进行伸缩，所述载物台(23)安装在转动座(25)上，所述转动座(25)具有旋转驱动，所述固定件(24)将待加工工件(9)固定在载物台(23)上表面。
3.根据权利要求2所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述刀具组件(3)包括经纬驱动(31)、连杆(32)和切削刀(33)，
所述经纬驱动(31)安装在机座(1)上，所述经纬驱动(31)动作端通过连杆(32)连接切削刀(33)，
所述切削刀(33)包括平衡块(331)、切削电机(332)和刀头(333)，所述平衡块(331)为环状，平衡块(331)一部分滑动安装在连杆(32)的端部，平衡块(331)远离连杆(32)的部分内部设置切削电机(332)，所述刀头(333)安装在切削电机(332)的输出轴上；
所述连杆(32)上设置平衡孔(321)、低压池(322)、高压池(323)、微型油泵(324)、联压管(325)，所述平衡块(331)穿过平衡孔(321)，平衡块(331)位于平衡孔(321)内的部分上设有滑块(3311)，所述滑块(3311)沿平衡孔(321)内壁滑动，滑块(3311)将平衡孔(321)分隔为低压腔(3211)和高压腔(3212)，所述低压腔(3211)和低压池(322)通过联压管(325)连接，所述高压腔(3212)和高压池(323)也通过另一根联压管(325)连接，所述滑块(3311)上设置连接滑块(3311)两侧的过流孔(3312)，所述平衡孔(321)内壁上还设有挡流片(3213)，所述挡流片(3213)位于低压腔(3211)内，挡流片(3213)与过流孔(3312)面对面，所述微型油泵(324)进出口分别连接低压池(322)和高压池(323)，所述平衡孔(321)、低压池(322)、高压池(323)内充满油液，所述联压管(325)内壁上设置节流孔板(3251)，在刀头(333)的进给方向上，所述挡流片(3213)位于滑块(3311)前方。
4.根据权利要求3所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述转动座(25)上表面外缘位置设置对称的弧形咬口(251)，所述载物台(23)包括载物板(232)和在载物板(232)下表面设置的弧形插杆(231)，所述弧形咬口(251)和弧形插杆(231)的圆心均为转动座(25)的转动轴线，
所述弧形插杆(231)嵌入弧形咬口(251)内，所述弧形插杆(231)端部弧形咬口(251)凹口底部之间分别形成油液槽(252)，两个油液槽(252)之间设置联压孔(253)，两个油液槽(252)侧面还分别设置注压孔(254)，所述弧形插杆(231)的其中一根端部设置挡孔柱(2311)，所述挡孔柱(2311)与联压孔(253)处于同一中心圆上并且挡孔柱(2311)端面积大于联压孔(253)孔径，
所述基台(2)还包括分压模块(26)，所述分压模块(26)内具有油泵调压的两个压力不等的腔室，两个腔室分别与两个注压孔(254)连接，
所述载物板(232)上放置待加工工件(9)。
5.根据权利要求4所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述转动座(25)的转动轴线与切削刀(33)的进给路径错位布置。
6.根据权利要求5所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备，其特征在于：所述加工设备还包括电源(41)、电阻(42)、接地块(43)、电荷导线(44)，所述电源(41)负极连接接地块(43)，电源(41)正极依次串联两个及以上电阻(42)后连接至接地块(43)，所述电荷导线(44)有两根，一根电荷导线(44)一端连接在电阻(42)和电源(41)正极之间的节点上、另一端连接至工件(9)，另一根电荷导线(44)一端连接在电阻(42)之间的节点上、另一端连接至刀头(333)，所述接地块(43)接地。
7.一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺，其特征在于：工件放置到工件基础上并经历如下加工步骤：
步骤一：工件夹紧；
步骤二：刀头进给移动与工件接触确定加工原点；
步骤三：刀头转动进行切削作业的同时，刀头与工件安装基础均作进给获得组合的加工轨迹；
步骤四：清理工件并从安装基础上拆下工件。
8.根据权利要求7所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺，其特征在于：所述步骤一还包括将工件与刀具接入相同的电性。
9.根据权利要求8所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工工艺，其特征在于：加工步骤一、二、三使用权利要求6所述的一种基于多轴联动加工中心五金零件的加工设备完成。
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