本发明属于机械制造领域。
背景技术：
随着工业的发展和科技的进步，当今越来越多的工业产品呈现出个性化和复杂化的特点，许多符合美学和物理学要求的实体表面模型很难用初等曲线曲面表达。以样条基函数插值为特征的自由曲面以其良好的造型特点和使用性能成为了产品外形设计的首选，如飞机、汽车、船舶、模具等行业中广泛采用了自由曲面。自由曲面的使用给加工来了诸多困难，目前在其加工过程中国内外普遍采用多轴联动机床或多关节机器人来提供足够多的自由度，以满足工具头对曲面的适应能力；采用点点相连多条轨迹线段逼近曲线，随后顺次排列多条曲线来逼近自由曲面。采用从点到线、线到面的逼近法加工自由曲面时，成形工具接触面的曲率半径、步距和行距成为影响加工精度和效率的关键因素，工具曲率半径、步距和行距越小，加工精度越高，但所耗时间随之增加。当前的加工通常采用单头工具，工具头的执行和驱动需要多自由度硬件机构。加工过程需要分为粗加工、半精加工、精加工等工序进行加工。这种加工方法耗时较长、编程繁琐、效率很低。
技术实现要素：
本发明提供一种粗精复合点阵式多头铣磨机床及自适应扫掠成形方法，以解决目前加工过程需要分为粗加工、半精加工、精加工等工序进行加工时存在的耗时较长、效率低的问题。
本发明采取的技术方案是：Y轴部件固定在床身部件上，工作台部件固定在床身部件上，X轴部件与Y轴部件滑动连接，Z轴部件固定在X轴部件上，工具部件与Z轴部件滑动连接。
所述的工作台部件由4个夹具、加工有T形槽的工作台组成，加工有T形槽的工作台用螺栓固定在床身上，用T型螺栓将夹具固定在工作台上。
所述的Y轴部件由Y轴导轨基体、Y轴伺服电机、Y轴滚珠丝杠、Y轴联轴器、X轴部件连接板、Y轴直线导轨、Y轴滚珠丝杠轴承座、Y轴轴承组成，Y轴导轨基体通过螺栓固定在床身上，Y轴伺服电机通过螺栓连接在Y轴导轨基体上，Y轴滚珠丝杠与Y轴伺服电机输出轴通过Y轴联轴器相连，Y轴滚珠丝杠两端由Y轴轴承支承，Y轴轴承安装在Y轴滚珠丝杠轴承座座孔之中，Y轴滚珠丝杠轴承座通过螺栓固定在Y轴导轨基体上，Y轴滚珠丝杠与X轴部件连接板通过螺栓固定在一起。
所述的X轴部件通过螺栓固定在X轴部件连接板上,X轴部件由X轴导轨基体、X轴伺服电机、X轴滚珠丝杠、X轴联轴器、Z轴部件连接板、X轴直线导轨、X轴滚珠丝杠轴承座、X轴轴承组成，X轴导轨基体通过螺栓固定在X轴部件连接板上，X轴伺服电机通过螺栓固定在在X轴导轨基体上，X轴滚珠丝杠与X轴伺服电机输出轴通过X轴联轴器相连，X轴滚珠丝杠两端由X轴轴承支承，X轴轴承安装在X轴滚珠丝杠轴承座座孔之中，X轴滚珠丝杠轴承座通过螺栓固定在X轴导轨基体上，X轴滚珠丝杠与Z轴部件连接板通过螺栓固定在一起。
所述的Z轴部件通过螺栓固定在Z轴部件连接板上,Z轴部件由Z轴导轨基体、Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杠、Z轴联轴器、工具连接板、Z轴直线导轨、Z轴滚珠丝杠轴承座、Z轴轴承、Z轴固定件组成，Z轴固定件通过螺栓固定在Z轴部件连接板上，Z轴导轨基体通过螺栓固定在Z轴固定件上，Z轴伺服电机通过螺栓连接在Z轴导轨基体上，Z轴滚珠丝杠与Z轴伺服电机输出轴通过Z轴联轴器相连，Z轴滚珠丝杠两端由Z轴轴承支承，Z轴轴承安装在Z轴滚珠丝杠轴承座座孔之中，Z轴滚珠丝杠轴承座通过螺栓固定在Z轴导轨基体上，Z轴滚珠丝杠与工具连接板通过螺栓固定在一起。
所述的工具架部件通过转接板固定在工具连接板上，下支撑板、上支撑板侧面分别与转接板固定连接，密封罩与下支撑板、上支撑板四周固定连接，12个工具组分为3个粗加工组、4个半精加工组、5个精加工组，每组排列在一条直线上，每个工具组的组成完全相同，各组组成部分的大小尺寸不同，其中一个工具组的结构是：伺服电机通过螺栓固定在上支撑板上，伺服电机与齿轮轴Ⅰ通过键连接在一起，齿轮轴Ⅰ下部装有轴承Ⅰ，轴承Ⅰ安装在在下支撑板上的轴承座孔内，液压缸通过螺栓固定在上支撑板上，液压缸的活塞杆与联轴器Ⅰ过盈配合，联轴器Ⅰ内装有轴承Ⅱ，滚珠花键Ⅰ的花键轴与轴承Ⅱ连接，滚珠花键Ⅰ的外圈与齿轮Ⅱ连接，滚珠花键Ⅰ的花键轴与钻夹头通过销连接在一起，工具固定在钻夹头中。
一种基于粗精复合点阵式多头铣磨机床的自适应扫掠成形方法，包括下列步骤：
(1)建立预加工曲面的理论模型或由扫描仪获得三维数据后重建理论模型；分别设置粗加工、半精加工、精加工的加工余量A粗、A半精、A精，工具离工件的安全距离为A安全，粗加工后切削深度为D粗，半精加工后切削深度为D半精，精加工后切削深度为D精；然后，根据A粗、A半精、A精、A安全、D粗、D半精、D精，计算出每个工步的每个工具的进行轨迹规划并分别生成每个工具的3G代码M粗i、M半精j、M精k，i为1到9的正整数，j为1到12的正整数，k为1到15的正整数，工件的毛坯的加工余量为A毛坯，粗加工后的加工余量A粗，半精加工后的加工余量A半精，精加工后的加工余量A精，刀具离工件的安全距离为A安全，粗加工的切削深度为D粗，半精加工的切削深度为D半精，精加工的切削深度为D精，刀具每次轴向进给的时间周期为T；最后，每个工具执行自己单独的3G代码，直到加工完成；
2)轨迹规划及加工实施过程工具控制：设工具架的切削宽度为W，当开始加工时工具沿着工件Z轴下降进行加工，工具加工到指定位置时，工具抬起到安全高度，工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动一定距离，然后刀具沿Z轴下降进行切削，在开始加工时，只有粗加工工具在进行加工，随着工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动，必然能使所有工具同时加工，当X轴方向加工到尽头时，粗加工工具先离开工件表面，随着工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动，半精加工工具、精加工工具依次加工完成，离开工件的加工表面，然后，工具架沿着Z轴正方向上升到某一安全的高度，接着工具架退回X轴的起始点，工具架沿着工具架的宽度方向移动距离λW，0＜λ≤1，重复上述过程加工过程，直到自由曲面的全部表面均被加工完成，加工过程结束。
本发明优点是结构新颖，能在一次加工过程中完成粗加工、半精加工、精加工，缩短整体加工时间，提高生产效率，采用工序集中的加工原则，在一次装夹过程中，完成了工件的全部加工，工件的装夹误差比原有的多次装夹引起的误差降低很多，在加工过程中恒力加工，减小加工过程中的工件受力变形的变化，降低表面粗糙度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明机床床身及工作台的结构示意图；
图3a是本发明Y轴部件的结构示意图；
图3b是本发明Y轴拆分部件的结构示意图；
图4a是本发明X轴部件的结构示意图；
图4b是本发明X轴部件的结构示意图；
图5a是本发明部分Z轴部件的结构示意图；
图5b是本发明整体Z轴部件的结构示意图；
图6a是本发明工具架的结构示意图；
图6b是本发明工具架去除密封罩的结构示意图；
图6c是本发明工具组的结构示意图；
图6d是本发明工具组与上支撑板、下支撑板的结构示意图；
图中：
床身1；T形槽的工作台201；T型螺栓202；夹具203；Y轴导轨基体301；Y轴伺服电机302；Y轴联轴器303；Y轴直线导轨304；Y轴滚珠丝杠轴承座305；Y轴滚珠丝杠306；Y轴轴承307；X轴部件连接板308；X轴导轨基体401；X轴伺服电机402；X轴联轴器403；X轴直线导轨404；X轴滚珠丝杠轴承座405；X轴滚珠丝杠406；X轴轴承407；Z轴部件连接板408；Z轴固定件501；Z轴导轨基体502；Z轴直线导轨503；Z轴滚珠丝杠504；Z轴滚珠丝杠轴承座505；Z轴轴承506；Z轴联轴器507；Z轴伺服电机508；工具连接板509；密封罩601；上支撑板602；下支撑板603；转接板604；液压缸605；联轴器Ⅰ606；滚珠花键Ⅰ607；齿轮Ⅱ608；销609；钻夹头610；工具611；伺服电机612；齿轮轴Ⅰ613；轴承Ⅰ614；轴承Ⅱ615。
具体实施方式
Y轴部件3固定在床身部件1上，工作台部件2固定在床身部件1上，X轴部件4与Y轴部件3滑动连接，Z轴部件5固定在X轴部件上，工具部件6与Z轴部件5滑动连接。
所述的工作台部件2由4个夹具203、加工有T形槽的工作台201组成，加工有T形槽的工作台用螺栓固定在床身1上，用T型螺栓202将夹具固定在工作台上。
所述的Y轴部件3由Y轴导轨基体301、Y轴伺服电机302、Y轴滚珠丝杠306、Y轴联轴器303、X轴部件连接板308、Y轴直线导轨304、Y轴滚珠丝杠轴承座305、Y轴轴承307组成，Y轴导轨基体301通过螺栓固定在床身1上，Y轴伺服电机302通过螺栓连接在Y轴导轨基体301上，Y轴滚珠丝杠306与Y轴伺服电机302输出轴通过Y轴联轴器303相连，Y轴滚珠丝杠306两端由Y轴轴承307支承，Y轴轴承307安装在Y轴滚珠丝杠轴承座305座孔之中，Y轴滚珠丝杠轴承座305通过螺栓固定在Y轴导轨基体301上，Y轴滚珠丝杠306与X轴部件连接板308通过螺栓固定在一起。
所述的X轴部件4通过螺栓固定在X轴部件连接板308上,X轴部件4由X轴导轨基体401、X轴伺服电机402、X轴滚珠丝杠406、X轴联轴器403、Z轴部件连接板408、X轴直线导轨404、X轴滚珠丝杠轴承座405、X轴轴承407组成，X轴导轨基体401通过螺栓固定在X轴部件连接板308上，X轴伺服电机402通过螺栓固定在在X轴导轨基体401上，X轴滚珠丝杠406与X轴伺服电机402输出轴通过X轴联轴器403相连，X轴滚珠丝杠406两端由X轴轴承407支承，X轴轴承407安装在X轴滚珠丝杠轴承座405座孔之中，X轴滚珠丝杠轴承座405通过螺栓固定在X轴导轨基体401上，X轴滚珠丝杠406与Z轴部件连接板408通过螺栓固定在一起。
所述的Z轴部件5通过螺栓固定在Z轴部件连接板408上,Z轴部件5由Z轴导轨基体502、Z轴伺服电机508、Z轴滚珠丝杠504、Z轴联轴器507、工具连接板509、Z轴直线导轨503、Z轴滚珠丝杠轴承座505、Z轴轴承506、Z轴固定件501组成，Z轴固定件501通过螺栓固定在Z轴部件连接板408上，Z轴导轨基体502通过螺栓固定在Z轴固定件501上，Z轴伺服电机508通过螺栓连接在Z轴导轨基体502上，Z轴滚珠丝杠504与Z轴伺服电机508输出轴通过Z轴联轴器507相连，Z轴滚珠丝杠504两端由Z轴轴承506支承，Z轴轴承506安装在Z轴滚珠丝杠轴承座505座孔之中，Z轴滚珠丝杠轴承座505通过螺栓固定在Z轴导轨基体502上，Z轴滚珠丝杠504与工具连接板509通过螺栓固定在一起。
所述的工具架部件6通过转接板604固定在工具连接板509上，下支撑板603、上支撑板602侧面分别与转接板604固定连接，密封罩601与下支撑板603、上支撑板602四周固定连接，12个工具组分为3个粗加工组、4个半精加工组、5个精加工组，每组排列在一条直线上，每个工具组的组成完全相同，各组组成部分的大小尺寸不同，其中一个工具组的结构是：伺服电机612通过螺栓固定在上支撑板602上，伺服电机612与齿轮轴Ⅰ613通过键连接在一起，齿轮轴Ⅰ613下部装有轴承Ⅰ614，轴承Ⅰ614安装在在下支撑板603上的轴承座孔内，液压缸605通过螺栓固定在上支撑板602上，液压缸605的活塞杆与联轴器Ⅰ606过盈配合，联轴器Ⅰ606内装有轴承Ⅱ615，滚珠花键Ⅰ607的花键轴与轴承Ⅱ615连接，滚珠花键Ⅰ607的外圈与齿轮Ⅱ608连接，滚珠花键Ⅰ607的花键轴与钻夹头610通过销609连接在一起，工具611固定在钻夹头610中，下面为运动描述，伺服电机612的输出转矩传递通过齿轮轴Ⅰ613，齿轮轴Ⅰ613与齿轮Ⅱ608通过齿轮啮合传动进行传递运动，齿轮Ⅱ608通过由于与滚珠花键Ⅰ607的外圈相连接，齿轮Ⅱ608带动滚珠花键Ⅰ607的花键轴旋转，由于滚珠花键Ⅰ607的花键轴与工具611通过钻夹头610固连在一起，最终实现伺服电机612到工具611的旋转运动的动力传递。液压缸605的活塞杆在相应的在相应的电液比例阀的控制下运动，液压缸605的活塞杆与联轴器Ⅰ606固连在一起，轴承Ⅱ615装在联轴器Ⅰ606内，滚珠花键Ⅰ607的花键轴与轴承Ⅱ615的内圈过盈配合在一起，滚珠花键Ⅰ607的花键轴的另一端与工具611通过钻夹头610固连在一起，最终当液压缸605的活塞杆伸缩运动时，工具611随之沿液压缸轴线进行运动。
Y轴部件3的运动是通过丝杠螺母副实现的，Y轴伺服电机302的输出转矩通过Y轴联轴器303传递给Y轴滚珠丝杠306，Y轴滚珠丝杠306将旋转运动转变为直线运动，最终实现工具架6的Y方向上位移的控制。如图4a及图4b、图5a及图5b所示，X、Z轴方向上的位移控制与Y轴方向上的控制原理相同。
基于粗精复合点阵式多头铣磨机床的自适应扫掠成形方法，其特征在于：包括下列步骤：
(1)建立预加工曲面的理论模型或由扫描仪获得三维数据后重建理论模型；分别设置粗加工、半精加工、精加工的加工余量A粗、A半精、A精，工具离工件的安全距离为A安全，粗加工后切削深度为D粗，半精加工后切削深度为D半精，精加工后切削深度为D精；然后，根据A粗、A半精、A精、A安全、D粗、D半精、D精，计算出每个工步的每个工具的进行轨迹规划并分别生成每个工具的3G代码M粗i、M半精j、M精k，
i为1到9的正整数，j为1到12的正整数，k为1到15的正整数，工件的毛坯的加工余量为A毛坯，粗加工后的加工余量A粗，半精加工后的加工余量A半精，精加工后的加工余量A精，刀具离工件的安全距离为A安全，粗加工的切削深度为D粗，半精加工的切削深度为D半精，精加工的切削深度为D精，刀具每次轴向进给的时间周期为T；最后，每个工具执行自己单独的3G代码，直到加工完成；
2)轨迹规划及加工实施过程工具控制：设工具架的切削宽度为W，当开始加工时工具沿着工件Z轴下降进行加工，工具加工到指定位置时，工具抬起到安全高度，工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动一定距离，然后刀具沿Z轴下降进行切削，在开始加工时，只有粗加工工具在进行加工，随着工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动，必然能使所有工具同时加工，当X轴方向加工到尽头时，粗加工工具先离开工件表面，随着工具架沿着机床坐标系X轴正方向进行运动，半精加工工具、精加工工具依次加工完成，离开工件的加工表面，然后，工具架沿着Z轴正方向上升到某一安全的高度，接着工具架退回X轴的起始点，工具架沿着工具架的宽度方向移动距离λW，0＜λ≤1，重复上述过程加工过程，直到自由曲面的全部表面均被加工完成，加工过程结束。
加工深度的确定：
设工件的毛坯的加工余量为A毛坯，粗加工后的加工余量A粗，半精加工后的加工余量A半精，精加工后的加工余量A精，刀具离工件的安全距离为A安全，粗加工的切削深度为D粗，半精加工的切削深度为D半精，精加工的切削深度为D精，刀具每次轴向进给的时间周期为T，设开始加工前，所有刀具底部在同一平面上，设工件毛坯为长方体。
若想保证刀具在加工过程中受力恒定，必须保证每把刀具的轴向加工深度恒定。在同等条件下，刀具的轴向加工深度越小时，加工的精度越高。
计算每把刀具到达理想位置所需要的时间
(i为1到9的正整数)
(j为1到12的正整数)
(k为1到15的正整数)
tmax＝max(t粗i，t半精j，t精k)
所以
(i为1到9的正整数)
(j为1到12的正整数)
(k为1到15的正整数)
即能保证所有刀具同时加工完成，并且每次的切削深度相同，切削力基本相同，保证加工零件的表面质量。