[发明专利]一种铣抛一体化装备及加工方法

说明书

本发明提供一种铣抛一体化装备及加工方法。本发明包括床身、安装在床身上的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床身上的铣刀刀库、抛光轮库和换刀器，换刀器用于刀具更换，刀具位移机构包括主轴箱，主轴箱内安装有安装刀具的主轴，所述主轴箱上还开设若干用于喷射切削液和抛光液的孔。本发明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抛光轮，结合抛光液进行化学机械抛光，抛光过程避免了二次装夹，铣削过程和抛光过程具有相同的走刀路径，能显著提高抛光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，尤其涉及一种铣抛一体化装备及加工方法。

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。复杂曲面高性能零件通常采用手工磨抛达到表面粗糙度要求，某些领域的复杂曲面高性能零件国外也采用手工磨抛技术。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。传统的机械磨抛，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。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。对于复杂曲面零件的化学机械抛光目前较难实现。

为此急需一种能加工出表面粗糙度Ra10nm的复杂曲面高性能零件的设备。

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：

一种铣抛一体化装备，包括床身、安装在床身上的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床身上的铣刀刀库、抛光轮库和换刀器，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切削液和抛光液的孔。

进一步地，所述刀具位移机构包括X轴平移机构、Y轴平移机构以及所述主轴箱，所述工件位姿调节机构包括摆动工作台以及带有夹具的旋转工作台，所述X轴平移机构安装于床身构成X轴平移自由度，所述Y轴平移机构安装于X轴平移机构构成Y轴平移自由度，所述主轴箱安装于Y轴平移机构构成Z轴平移自由度，所述摆动工作台安装于床身构成Y轴旋转自由度，所述带有夹具的旋转工作台安装于摆动工作台构成Z轴旋转自由度，所述床身、X轴平移机构、Y轴平移机构、摆动工作台、夹具及旋转工作台、主轴箱共同构成五轴联动系统，并由数控系统集成控制。

进一步地，摆动工作台可绕Y轴在-90°～+90°之间旋转。

进一步地，所述主轴箱底部开设有抛光液喷射孔和切削液喷射孔，所述抛光液喷射孔的孔径小于切削液喷射孔的孔径，抛光液喷射孔通过管路与抛光液泵和抛光液过滤循环系统相连，切削液喷射孔通过管路与切削液泵和切削液过滤循环系统相连。