一种射流抛光复合机床的制作方法

本实用新型属于机械加工装置领域，具体涉及一种射流抛光复合机床。

背景技术：

在射流抛光机械加工曲面工件过程中，成型斑抛光加工技术需要将喷嘴的射流方向应始终与工件表面法向量方向保持一定角度，同时喷嘴围绕主轴轴线进行旋转运动，回转一圈后形成一个高斯斑。主轴轴线要与工件表面加工点处法向量方向一致，通过进给移动高斯斑，进行曲面法向跟随方式的抛光加工。在常规射流加工机床中，需要配备至少2个旋转轴来实现喷嘴2个自由的角度调节，因此机床运动机构的体积和运动范围都很大，机床研制成本很高，同时所造成的各轴运动控制算法变得异常复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种射流抛光并联机床构型，通过并联机构调整旋转喷嘴入射角度、可实现工件的自由曲面的法向跟随加工功能。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种射流抛光复合机床。

本实用新型的射流抛光复合机床，其特点是：所述的复合机床的机床床身为卧式加工床身，左侧为工件回转机构，右侧为喷嘴姿态调整机构；工件回转机构包括C轴和工件，C轴带动工件旋转；喷嘴姿态调整机构包括依次连接的喷嘴Ⅰ、回转主轴和并联机构和直线移动机构，并联机构有A、B两个旋转运动自由度，直线移动机构有X、Y、Z三个直线运动自由度，并联机构和直线移动机构通过回转主轴带动喷嘴Ⅰ运动；工件的加工面与喷嘴Ⅰ相对，喷嘴Ⅰ喷出的射流垂直喷射到工件的加工面上。

所述的喷嘴姿态调整机构中的喷嘴Ⅰ、回转主轴和并联机构替换为矢量喷嘴；所述的矢量喷嘴包括纵向偏转机构和横向偏转机构，纵向偏转机构包括喷嘴Ⅲ、纵向偏转座、纵向弹性波纹管、纵向位移驱动装置，横向偏转机构包括横向偏转座、横向弹性波纹管、横向位移驱动装置和矢量喷嘴座；喷嘴Ⅲ与纵向偏转座相连，纵向偏转座与纵向弹性波纹管的一端相连，纵向弹性波纹管的另一端与横向偏转座一个侧面相连，纵向位移驱动装置的一端与横向偏转座相连，纵向位移驱动装置的另一端与纵向偏转座滑动接触；当纵向位移驱动装置的长度发生变化时，纵向偏转座在纵向弹性波纹管和纵向位移驱动装置共同作用下，喷嘴Ⅲ纵向发生偏转；横向偏转座的另一个侧面与横向弹性波纹管一端相连，横向弹性波纹管的另一端与矢量喷嘴座相连，横向位移驱动装置的一端与矢量喷嘴座相连，横向位移驱动装置的另一端与横向偏转座滑动接触；当横向位移驱动装置的长度发生变化时，横向偏转座在横向弹性波纹管和横向位移驱动装置共同作用下，喷嘴Ⅲ横向发生偏转；在纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置共同驱动下，喷嘴Ⅲ在锥角小于90°的范围内定位。

所述的喷嘴姿态调整机构中的喷嘴Ⅰ、回转主轴和并联机构替换为球铰矢量喷嘴；所述的球铰矢量喷嘴包括纵向偏转机构和横向偏转机构，纵向偏转机构和横向偏转机构的结构相同，纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置呈90°方位布置在球形座和球铰支座上；纵向偏转机构包含喷嘴Ⅱ、球形座、球铰支座、位移驱动装置；喷嘴Ⅱ与球形座相连，球形座镶嵌在球铰支座内，沿A、B、C三个旋转自由度转动，位移驱动装置支座端通过转动铰链与球铰支座相连，位移驱动装置改变长度，位移驱动装置的伸缩杆端通过转动铰链与球形杆相连，球形杆球头端镶嵌在球形座圆槽内，在圆槽内滑动或转动；球形座中部为圆球，两端为圆管，中间圆孔贯通可通过流体，圆球边缘处开有圆形槽，直径同样大小的球形杆在圆槽内滑动或转动。

所述的位移驱动装置为音圈电机、压电陶瓷或电动缸中的一种。

所述的喷嘴Ⅰ、喷嘴Ⅱ或喷嘴Ⅲ的内部中空密封，从喷嘴Ⅰ、喷嘴Ⅱ或喷嘴Ⅲ中喷出的流体和磨料喷射到工件的加工面上进行抛光。

本实用新型所采用的技术方案是：为了便于排除抛光液，机床床身为卧式加工床身，工件垂直摆放在机床床身的左侧。抛光主轴呈水平位置摆放在机床床身的右侧。喷嘴与回转主轴相连，可随回转主轴一起转动；回转主轴的安装法兰盘与并联机构的安装法兰盘相连，喷嘴可实现3个自由度的角度调节；并联机构固定在X轴的矩形滑块上，X轴的矩形滑块安装在X轴导轨上，可沿左右方向运动；X轴导轨安装在Z轴滑块，Z轴滑块安装在Z轴导轨上，可沿上下方向运动。Z轴导轨安装在Y轴滑块上，Y轴滑块安装在Y轴导轨上，Y轴导轨安装机床床身上，可沿前后方向运动。工件安装在C轴上，可绕C轴做回旋进给运动。C轴安装在机床床身的左侧。回转主轴中空可通过流体和磨料，由喷嘴喷射到工件上进行加工。

X轴滑块有工作模式切换接口，可将并联机构更换两种矢量喷嘴，一种为两维叠加矢量喷嘴结构方案，一种为球铰矢量喷嘴结构方案。

球铰矢量喷嘴包含纵向偏转机构和横向偏转机构，两偏转机构结构相同，纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置呈90°方位布置在球形座和球铰支座上。相同结构的偏转机构包含喷嘴、球形座、球铰支座、位移驱动装置。喷嘴与球形座相连，球形座镶嵌在球铰支座内，可沿三个自由度转动，位移驱动装置支座端通过转动铰链与球铰支座相连，位移驱动装置伸缩杆端通过转动铰链与球形杆相连，球形杆球头端镶嵌在球形座圆槽内，在圆槽内既可滑动也可转动。球形座中部为圆球，两端为圆管，中间圆孔贯通可通过流体，圆球边缘处开有圆形槽，直径同样大小的球形杆可在槽内滑动和转动。当纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置同时长度发生变化时，球形座会按照变换方程发生偏转。纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置可以是音圈电机、压电陶瓷或电动缸等可以改变长度的机构。矢量喷嘴内部中空密封可以通过流体和磨料，由喷嘴喷射到工件上进行加工。

两维叠加矢量喷嘴包含纵向偏转机构和横向偏转机构，呈90°方向布置。纵向偏转机构包含喷嘴、纵向偏转座、纵向弹性波纹管、 纵向位移驱动装置，横向偏转机构包含横向偏转座、横向弹性波纹管、横向位移驱动装置和矢量喷嘴座。喷嘴与纵向偏转座相连，纵向偏转座与纵向弹性波纹管的一端相连，纵向弹性波纹管的另一端与横向偏转座一个侧面相连，纵向位移驱动装置的一端与横向偏转座相连，纵向位移驱动装置的另一端与纵向偏转座滑动接触。当纵向位移驱动装置的长度发生变化时，纵向偏转座在纵向弹性波纹管和纵向位移驱动装置共同作用下，喷嘴纵向发生偏转。横向偏转座的另一个侧面与横向弹性波纹管一端相连，横向弹性波纹管的另一端与矢量喷嘴座相连，横向位移驱动装置的一端与矢量喷嘴座相连，横向位移驱动装置的另一端与横向偏转座滑动接触。当横向位移驱动装置的长度发生变化时，横向偏转座在横向弹性波纹管和横向位移驱动装置共同作用下，喷嘴横向发生偏转。在纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置共同驱动下，喷嘴可实现一定范围内任意角度精确定位。纵向位移驱动装置和横向位移驱动装置可以是音圈电机、压电陶瓷或电动缸等可以改变长度的机构。矢量喷嘴内部中空密封可以通过流体和磨料，由喷嘴喷射到工件上进行加工。

本实用新型的射流抛光复合机床通过射流加工并联机床，可实现任意角度的精确定位，结构小巧紧凑，运动轴控制算法相对简单，可替代常规多轴机床进行射流曲面抛光加工功能。

本实用新型提供一种射流抛光复合机床。是一种并联机床构型，可替换常规的五轴射流抛光机床，实现工件曲面抛光加工。

附图说明

图1为本实用新型的射流抛光复合机床的结构图（正视图）；

图2为本实用新型的射流抛光复合机床的结构图（俯视图）；

图3为本实用新型的射流抛光复合机床的矢量喷嘴工作模式示意图；

图4为本实用新型的射流抛光复合机床的矢量喷嘴的结构图；

图5为本实用新型的射流抛光复合机床的球铰矢量喷嘴工作模式示意图；

图6为本实用新型的射流抛光复合机床的球铰矢量喷嘴结构图；

图7为本实用新型的射流抛光复合机床的球铰矢量喷嘴的局部放大图;

图中，1.C轴 2.工件 3.喷嘴Ⅰ 4.回转主轴 5.并联机构 6.X轴滑块 7.X轴导轨 8.Z轴导轨 9.Z轴滑块 10.Y轴滑块 11.Y轴导轨 12.床身 13.矢量喷嘴 14.球铰矢量喷嘴 21.喷嘴Ⅱ 22.球形座 23.球铰支座 24.纵向位移驱动装置 25.横向位移驱动装置 26.转动铰链 27.位移驱动装置 28.转动铰链 29.球形杆 30.喷嘴Ⅲ 31.纵向偏转座 32.纵向弹性波纹管 33.纵向位移驱动装置 34.横向偏转座 35.横向弹性波纹管 36.横向位移驱动装置 37.矢量喷嘴座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细到说明本实用新型。

实施例1

如图1~2所示，本实用新型的射流抛光复合机床的机床床身12为卧式加工床身，左侧为工件回转机构，右侧为喷嘴姿态调整机构；工件回转机构包括C轴1和工件2，C轴1带动工件2旋转；喷嘴姿态调整机构包括依次连接的喷嘴Ⅰ3、回转主轴4和并联机构5和直线移动机构，并联机构5有A、B两个旋转运动自由度，直线移动机构有X、Y、Z三个直线运动自由度，并联机构5和直线移动机构通过回转主轴4带动喷嘴Ⅰ3运动；工件2的加工面与喷嘴Ⅰ3相对，喷嘴Ⅰ3喷出的射流垂直喷射到工件2的加工面上。

射流抛光并联机床，机床床身为卧式加工床身，工件2垂直摆放在机床床身12的左侧。回转主轴4呈水平位置摆放在机床12的右侧。喷嘴3与回转主轴4相连，可随回转主轴4一起转动；回转主轴4的安装法兰盘与并联机构4的安装法兰盘相连，喷嘴3可实现3个自由度的角度调节；并联机构5固定在X轴滑块6上，X轴滑块6安装在X轴导轨7上，可沿左右方向运动；X轴导轨7安装在Z轴滑块9，Z轴滑块9安装在Z轴导轨8上，可沿上下方向运动。Z轴导轨8安装在Y轴滑块10上，Y轴滑块10安装在Y轴导轨11上，Y轴导轨11安装在机床床身12上，可沿前后方向运动。工件2安装在C轴1上，可绕C轴1做回旋进给运动。C轴1安装在机床床身12的左侧。回转主轴4中空可通过流体和磨料，由喷嘴3喷射到工件2上进行加工。

如图3~4所示，所述的喷嘴姿态调整机构中的喷嘴Ⅰ3、回转主轴4和并联机构5替换为矢量喷嘴13；所述的矢量喷嘴13包括纵向偏转机构和横向偏转机构，纵向偏转机构包括喷嘴Ⅲ30、纵向偏转座31、纵向弹性波纹管32、纵向位移驱动装置33，横向偏转机构包括横向偏转座34、横向弹性波纹管35、横向位移驱动装置36和矢量喷嘴座37；喷嘴Ⅲ30与纵向偏转座31相连，纵向偏转座31与纵向弹性波纹管32的一端相连，纵向弹性波纹管32的另一端与横向偏转座34一个侧面相连，纵向位移驱动装置33的一端与横向偏转座34相连，纵向位移驱动装置33的另一端与纵向偏转座31滑动接触；当纵向位移驱动装置33的长度发生变化时，纵向偏转座32在纵向弹性波纹管33和纵向位移驱动装置33共同作用下，喷嘴Ⅲ30纵向发生偏转；横向偏转座35的另一个侧面与横向弹性波纹管35一端相连，横向弹性波纹管35的另一端与矢量喷嘴座37相连，横向位移驱动装置36的一端与矢量喷嘴座37相连，横向位移驱动装置36的另一端与横向偏转座34滑动接触；当横向位移驱动装置36的长度发生变化时，横向偏转座34在横向弹性波纹管35和横向位移驱动装置36共同作用下，喷嘴Ⅲ30横向发生偏转；在纵向位移驱动装置33和横向位移驱动装置36共同驱动下，喷嘴Ⅲ30在锥角小于90°的范围内定位。

如图5~7所示，所述的喷嘴姿态调整机构中的喷嘴Ⅰ3、回转主轴4和并联机构5替换为球铰矢量喷嘴14；所述的球铰矢量喷嘴14包括纵向偏转机构和横向偏转机构，纵向偏转机构和横向偏转机构的结构相同，纵向位移驱动装置24和横向位移驱动装置25呈90°方位布置在球形座22和球铰支座23上；纵向偏转机构包含喷嘴Ⅱ21、球形座22、球铰支座23、位移驱动装置28；喷嘴Ⅱ21与球形座22相连，球形座22镶嵌在球铰支座23内，沿A、B、C三个旋转自由度转动，位移驱动装置27支座端通过转动铰链26与球铰支座23相连，位移驱动装置27改变长度，位移驱动装置27的伸缩杆端通过转动铰链28与球形杆29相连，球形杆29球头端镶嵌在球形座22圆槽内，在圆槽内滑动或转动；球形座22中部为圆球，两端为圆管，中间圆孔贯通可通过流体，圆球边缘处开有圆形槽，直径同样大小的球形杆在圆槽内滑动或转动。

所述的位移驱动装置27为音圈电机、压电陶瓷或电动缸中的一种。

所述的喷嘴Ⅰ3、喷嘴Ⅱ21或喷嘴Ⅲ30的内部中空密封，从喷嘴Ⅰ3、喷嘴Ⅱ21或喷嘴Ⅲ30中喷出的流体和磨料喷射到工件2的加工面上进行抛光。

实施例2

本实施例的实施方式与实施例1基本相同，主要区别在于矢量喷嘴工作模式，将喷嘴Ⅰ3、4.回转主轴和5.并联机构替换成矢量喷嘴，矢量喷嘴如图1、3、4所示。

实施例3

本实施例的实施方式与实施例1基本相同，主要区别在于球铰矢量喷嘴工作模式，替换成球铰矢量喷嘴，球铰矢量喷嘴如图5~7所示。

射流抛光并联机床，其特征在于：机床床身为卧式加工床身，工件2垂直摆放在机床床身12的左侧。回转主轴4呈水平位置摆放在机床12的右侧。喷嘴3与回转主轴4相连，可随回转主轴4一起转动；回转主轴4的安装法兰盘与并联机构4的安装法兰盘相连，喷嘴3可实现3个自由度的角度调节；并联机构5固定在X轴滑块6上，X轴滑块6安装在X轴导轨7上，可沿左右方向运动；X轴导轨7安装在Z轴滑块9，Z轴滑块9安装在Z轴导轨8上，可沿上下方向运动。Z轴导轨8安装在Y轴滑块10上，Y轴滑块10安装在Y轴导轨11上，Y轴导轨11安装在机床床身12上，可沿前后方向运动。工件2安装在C轴1上，可绕C轴1做回旋进给运动。C轴1安装在机床床身12的左侧。回转主轴4中空可通过流体和磨料，由喷嘴3喷射到工件2上进行加工。

X轴滑块有工作模式切换接口，可将并联机构更换两种矢量喷嘴，一种为两维叠加矢量喷嘴结构方案，一种为球铰矢量喷嘴结构方案。

矢量喷嘴有两种实现应用实例，一种为两维叠加矢量喷嘴结构方案，一种为球铰矢量喷嘴结构方案。

本实用新型球铰矢量喷嘴包含纵向偏转机构和横向偏转机构，两偏转机构结构相同，纵向位移驱动装置24和横向位移驱动装置25呈90°方位布置在球形座22和球铰支座23上。相同结构的偏转机构包含喷嘴Ⅱ21、球形座22、球铰支座23、位移驱动装置28。喷嘴1与球形座22相连，球形座22镶嵌在球铰支座23内，可沿三个自由度转动，位移驱动装置27支座端通过转动铰链26与球铰支座23相连，位移驱动装置27伸缩杆端通过转动铰链28与球形杆29相连，球形杆29球头端镶嵌在球形座22圆槽内，在圆槽内既可滑动也可转动。球形座22中部为圆球，两端为圆管，中间圆孔贯通可通过流体，圆球边缘处开有圆形槽，直径同样大小的球形杆可在槽内滑动和转动。位移驱动装置27可以是音圈电机、压电陶瓷或电动缸可以改变长度的机构。矢量喷嘴内部中空密封可以通过流体和磨料，由喷嘴喷射到工件上进行加工。

本实用新型矢量喷嘴包含纵向偏转机构和横向偏转机构，纵向偏转机构包含喷嘴30、纵向偏转座31、纵向弹性波纹管32、 纵向位移驱动装置33，横向偏转机构包含横向偏转座34、横向弹性波纹管35、横向位移驱动装置36和矢量喷嘴座37。喷嘴30与纵向偏转座31相连，纵向偏转座31与纵向弹性波纹管32的一端相连，纵向弹性波纹管32的另一端与横向偏转座34一个侧面相连，纵向位移驱动装置33的一端与横向偏转座34相连，纵向位移驱动装置33的另一端与纵向偏转座31滑动接触。当纵向位移驱动装置33的长度发生变化时，纵向偏转座32在纵向弹性波纹管33和纵向位移驱动装置33共同作用下，喷嘴30纵向发生偏转。横向偏转座35的另一个侧面与横向弹性波纹管35一端相连，横向弹性波纹管35的另一端与矢量喷嘴座37相连，横向位移驱动装置36的一端与矢量喷嘴座37相连，横向位移驱动装置36的另一端与横向偏转座34滑动接触。当横向位移驱动装置36的长度发生变化时，横向偏转座34在横向弹性波纹管35和横向位移驱动装置36共同作用下，喷嘴30横向发生偏转。在纵向位移驱动装置33和横向位移驱动装置36共同驱动下，喷嘴30可实现一定范围内任意角度精确定位。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。