【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械加工设备，具体而言，尤其涉及一种超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备及加工方法。
技术介绍
1、在国防军工、航空航天、汽车船舶等领域使用的高性能零件通常为复杂曲面零件，其一般采用五轴联动铣削进行加工或者采用增减材制造和塑性成型工艺。普通五轴联动铣削加工后表面粗糙度ra≥3.2μm，增减材制造加工后表面粗糙度ra≥8μm，而高性能零件要求表面粗糙度ra≤0.8μm，采用这些方法加工的零件表面粗糙度不满足复杂曲面零件的使役要求。为此在现有技术条件下，需要使用抛光设备对这类零件进行表面处理，以满足使役要求。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状精度，导致复杂曲面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状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痕迹，加工效率低，加工后残余损伤层厚，达不到超声电化学辅助抛光的水平。
2、电化学抛光是一种基于阳极溶解工艺从金属或合金表面去除材料的精加工工艺，其加工方式是将待加工工件与直流电源的正极相连，惰性金属与电源负极相连，两极同时浸入电解液中并连接加工电源，通电后电解液与工
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备及加工方法，解决了现有加工方式加工复杂曲面零件表面粗糙度高，以及现有复杂曲面零件抛光形状精度差、效率低的难题。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，包括床身和安装于床身内的五轴联动系统、主轴系统、测量系统、链式刀库、数控系统、抛光液循环系统，五轴联动系统用于调整刀具空间位姿和加工工件空间位姿；主轴系统包括主轴箱、主轴、超声换能器和安装在主轴上的用于装夹刀具的夹具一，所述工件位姿调节机构中设置有导电滑环，导电滑环用于连接待加工工件后将其作为阳极，测量系统包括机械手臂、非接触式表面粗糙度仪、三维激光扫描仪，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，同时将数据传递至数控系统形成待加工三维模型，由数控系统控制走刀路径；加工过程中，在数控系统的控制下非接触式表面粗糙度仪对加工位点表面粗糙度进行实时测量，三维激光扫描仪对加工位点形状精度进行实时测量，并将测量结果传输至数控系统，以进行反馈调节；链式刀库安装于床身，其上布有多个刀具安装位，刀具安装位中分别安装有不同种类的导电磨轮以及导电抛光轮，所述抛光液循环系统用于为系统提供抛光液，所述抛光液循环系统的输出端为抛光液喷嘴，所述抛光液喷嘴的外层为可导电的惰性材料，通过接线端子一为抛光液喷嘴外层连接电源负极，所述接线端子用于连接抛光液喷嘴后将其作为阴极。
4、进一步地，所述五轴联动系统包括刀具位移机构，所述刀具位移机构包括安装于床身的y轴导轨、安装于y轴导轨上的z轴导轨，以及安装于z轴导轨上的x轴偏转台；所述z轴导轨可在y轴导轨上沿y轴平移，所述x轴偏转台可在z轴导轨上沿z轴平移，所述x轴偏转台可沿x轴进行偏转，以运动至换刀位。
5、进一步地，所述五轴联动系统包括工件位姿调节机构，所述工件位姿调节机构包括安装于床身的x轴导轨二、安装于x轴导轨二上的x轴平移台、安装于x轴平移台上的摆动工作台，安装于摆动工作台上的旋转工作台；所述x轴导轨二数量为2个，并且相互平行设置；所述x轴平移台可在x轴导轨二上沿x轴进行平移，所述摆动工作台可在x轴平移台上绕y轴在90°～+90°之间摆动，所述旋转工作台可在摆动工作台上绕z轴进行旋转，各部件的运行由数控系统集成控制。
6、进一步地，所述主轴箱安装于刀具位移机构的x轴偏转台上，所述主轴安装于主轴箱的底部，所述超声换能器安装于主轴上，用于为主轴提供z方向超声振动，实现超声辅助加工，所述夹具一安装于主轴底部，用于夹持链式刀库中的刀具，且所述夹具一为耐酸碱腐蚀的绝缘材质，加工过程中由数控系统控制刀具对复杂曲面零件进行抛光。
7、进一步地，所述工件位姿调节机构的旋转工作台上安装有导电滑环，所述导电滑环定子通过l形支板安装在所述摆动工作台上，所述l形支板数量为2个，其中一个l形支板设有通孔，用以放置接线端子二，导电滑环转子安装在所述旋转工作台上，所述导电滑环转子上安装有用于盛装抛光液的抛光液槽，抛光液槽底部设有通孔、密封圈和抛光液排料口，所述抛光液槽内安装有装夹工件的夹具二，夹具二底部设有通孔和密封圈，所述通孔用以放置导电滑环电极，所述密封圈用以实现密封，导电滑环转子通过接线端子二与电源相连，导电滑环定子通过导电滑环电极与待加工工件相连，用于为待加工工件连接电源正极，加工过程中，旋转工作台带动导电滑环转子、抛光液槽、夹具二一起旋转；所述抛光液槽与所述夹具均为耐酸碱腐蚀的绝缘材质。
8、进一步地，所述抛光液循环系统包括抛光液收集过滤装置、支板、抛光液流道和所述接线端子一、抛光液喷嘴，所述抛光液收集过滤装置安装于床身，所述支板安装于主轴箱，其上设有通孔，用以设置所述抛光液流道，且抛光液流道与抛光液收集过滤装置相连通，所述接线端子一的一端安装于抛光液流道末端，另一端与所述抛光液喷嘴相连，抛光液喷嘴由内层和外层组成，内层为耐腐蚀的绝缘材质，所述外层为可导电的惰性材料，通过接线端子一为抛光液喷嘴外层连接电源负极；所述抛光液流道和抛光液收集过滤装置均为耐腐蚀的绝缘材质，加工过程中，由数控系统控制抛光液喷向加工部位。
9、进一步地，还包括活动舱门和控制柜，所述活动舱门安装于所述床身，并且设有观察窗，所述控制柜安装于所述床身。
10、进一步地，床身和内部机构能够被抛光液飞溅到的表面均涂有疏水、疏油、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，包括床身和安装于床身内的五轴联动系统、主轴系统、测量系统、链式刀库、数控系统、抛光液循环系统，五轴联动系统用于调整刀具空间位姿和加工工件空间位姿；主轴系统包括主轴箱、主轴、超声换能器和安装在主轴上的用于装夹刀具的夹具一，所述工件位姿调节机构中设置有导电滑环，导电滑环用于连接待加工工件后将其作为阳极，测量系统包括机械手臂、非接触式表面粗糙度仪、三维激光扫描仪，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，同时将数据传递至数控系统形成待加工三维模型，由数控系统控制走刀路径；加工过程中，在数控系统的控制下非接触式表面粗糙度仪对加工位点表面粗糙度进行实时测量，三维激光扫描仪对加工位点形状精度进行实时测量，并将测量结果传输至数控系统，以进行反馈调节；链式刀库安装于床身，其上布有多个刀具安装位，刀具安装位中分别安装有不同种类的导电磨轮以及导电抛光轮，所述抛光液循环系统用于为系统提供抛光液，所述抛光液循环系统的输出端为抛光液喷嘴，所述抛光液喷嘴的外层为可导电的惰性材料，通过接线端子一为抛光液喷嘴外层连接电源负极，所述
2.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述五轴联动系统包括刀具位移机构，所述刀具位移机构包括安装于床身的Y轴导轨、安装于Y轴导轨上的Z轴导轨，以及安装于Z轴导轨上的X轴偏转台；所述Z轴导轨可在Y轴导轨上沿Y轴平移，所述X轴偏转台可在Z轴导轨上沿Z轴平移，所述X轴偏转台可沿X轴进行偏转，以运动至换刀位。
3.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述五轴联动系统包括工件位姿调节机构，所述工件位姿调节机构包括安装于床身的X轴导轨二、安装于X轴导轨二上的X轴平移台、安装于X轴平移台上的摆动工作台，安装于摆动工作台上的旋转工作台；所述X轴导轨二数量为2个，并且相互平行设置；所述X轴平移台可在X轴导轨二上沿X轴进行平移，所述摆动工作台可在X轴平移台上绕Y轴在90°～+90°之间摆动，所述旋转工作台可在摆动工作台上绕Z轴进行旋转，各部件的运行由数控系统集成控制。
4.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述主轴箱安装于刀具位移机构的X轴偏转台上，所述主轴安装于主轴箱的底部，所述超声换能器安装于主轴上，用于为主轴提供Z方向超声振动，实现超声辅助加工，所述夹具一安装于主轴底部，用于夹持链式刀库中的刀具，且所述夹具一为耐酸碱腐蚀的绝缘材质，加工过程中由数控系统控制刀具对复杂曲面零件进行抛光。
5.根据权利要求3所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述工件位姿调节机构的旋转工作台上安装有导电滑环，所述导电滑环定子通过L形支板安装在所述摆动工作台上，所述L形支板数量为2个，其中一个L形支板设有通孔，用以放置接线端子二，导电滑环转子安装在所述旋转工作台上，所述导电滑环转子上安装有用于盛装抛光液的抛光液槽，抛光液槽底部设有通孔、密封圈和抛光液排料口，所述抛光液槽内安装有装夹工件的夹具二，夹具二底部设有通孔和密封圈，所述通孔用以放置导电滑环电极，所述密封圈用以实现密封，导电滑环转子通过接线端子二与电源相连，导电滑环定子通过导电滑环电极与待加工工件相连，用于为待加工工件连接电源正极，加工过程中，旋转工作台带动导电滑环转子、抛光液槽、夹具二一起旋转；所述抛光液槽与所述夹具均为耐酸碱腐蚀的绝缘材质。
6.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述抛光液循环系统包括抛光液收集过滤装置、支板、抛光液流道和所述接线端子一、抛光液喷嘴，所述抛光液收集过滤装置安装于床身，所述支板安装于主轴箱，其上设有通孔，用以设置所述抛光液流道，且抛光液流道与抛光液收集过滤装置相连通，所述接线端子一的一端安装于抛光液流道末端，另一端与所述抛光液喷嘴相连，抛光液喷嘴由内层和外层组成，内层为耐腐蚀的绝缘材质，所述外层为可导电的惰性材料，通过接线端子一为抛光液喷嘴外层连接电源负极；所述抛光液流道和抛光液收集过滤装置均为耐腐蚀的绝缘材质，加工过程中，由数控系统控制抛光液喷向加工部位。
7.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，还包括活动舱门和控制柜，所述活动舱门安装于所述床身，并且设有观察窗，所述控制柜安装于所述床身。
8.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，床身和内部机构能够被抛光液飞溅到的表面均涂有疏水、疏油、抗腐蚀的涂层或者...
【技术特征摘要】
1.一种超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，包括床身和安装于床身内的五轴联动系统、主轴系统、测量系统、链式刀库、数控系统、抛光液循环系统，五轴联动系统用于调整刀具空间位姿和加工工件空间位姿；主轴系统包括主轴箱、主轴、超声换能器和安装在主轴上的用于装夹刀具的夹具一，所述工件位姿调节机构中设置有导电滑环，导电滑环用于连接待加工工件后将其作为阳极，测量系统包括机械手臂、非接触式表面粗糙度仪、三维激光扫描仪，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，同时将数据传递至数控系统形成待加工三维模型，由数控系统控制走刀路径；加工过程中，在数控系统的控制下非接触式表面粗糙度仪对加工位点表面粗糙度进行实时测量，三维激光扫描仪对加工位点形状精度进行实时测量，并将测量结果传输至数控系统，以进行反馈调节；链式刀库安装于床身，其上布有多个刀具安装位，刀具安装位中分别安装有不同种类的导电磨轮以及导电抛光轮，所述抛光液循环系统用于为系统提供抛光液，所述抛光液循环系统的输出端为抛光液喷嘴，所述抛光液喷嘴的外层为可导电的惰性材料，通过接线端子一为抛光液喷嘴外层连接电源负极，所述接线端子用于连接抛光液喷嘴后将其作为阴极。
2.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述五轴联动系统包括刀具位移机构，所述刀具位移机构包括安装于床身的y轴导轨、安装于y轴导轨上的z轴导轨，以及安装于z轴导轨上的x轴偏转台；所述z轴导轨可在y轴导轨上沿y轴平移，所述x轴偏转台可在z轴导轨上沿z轴平移，所述x轴偏转台可沿x轴进行偏转，以运动至换刀位。
3.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述五轴联动系统包括工件位姿调节机构，所述工件位姿调节机构包括安装于床身的x轴导轨二、安装于x轴导轨二上的x轴平移台、安装于x轴平移台上的摆动工作台，安装于摆动工作台上的旋转工作台；所述x轴导轨二数量为2个，并且相互平行设置；所述x轴平移台可在x轴导轨二上沿x轴进行平移，所述摆动工作台可在x轴平移台上绕y轴在90°～+90°之间摆动，所述旋转工作台可在摆动工作台上绕z轴进行旋转，各部件的运行由数控系统集成控制。
4.根据权利要求1所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述主轴箱安装于刀具位移机构的x轴偏转台上，所述主轴安装于主轴箱的底部，所述超声换能器安装于主轴上，用于为主轴提供z方向超声振动，实现超声辅助加工，所述夹具一安装于主轴底部，用于夹持链式刀库中的刀具，且所述夹具一为耐酸碱腐蚀的绝缘材质，加工过程中由数控系统控制刀具对复杂曲面零件进行抛光。
5.根据权利要求3所述的超声电化学辅助复杂曲面零件多自由度抛光装备，其特征在于，所述工件位姿调节机构的旋转工作台上安装有导电滑环，所述导电滑环定子通过l形支板安装在所述摆动...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，雷霄霏，周红秀，孟凡宁，石春景，冯俊元，童丁毅，曹春，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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