五轴联动电解机械复合曲面抛光机的制作方法

本发明涉及一种五轴联动电解机械复合曲面抛光机。

背景技术：

零件抛光一直是一个消耗大量劳动力的工序，而且由于劳动强度大，粉尘浓度高，严重影响操作人员的身体健康，所以一直以来，产业界都在寻求用机器抛光代替人工抛光的方案。但是由于大多数需要抛光的零件都具有不规则的外形，机械抛光方法难以实现抛光动作，而且在抛光质量上机械抛光也难以满足要求，最重要的是机械抛光效率比较低，有时是制约生产率的一个重要环节。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种五轴联动电解机械复合曲面抛光机，该抛光机加工效率高，经其抛光后的产品表面光洁度和耐蚀性能都得到显著提高。

本发明的主要技术方案有：

一种五轴联动电解机械复合曲面抛光机，包括抛光主轴、工作台、工作水箱和电解电源，所述抛光主轴安装在五轴联动的主机架上，所述工作台水平置于所述工作水箱内，所述抛光主轴上安装有抛光头，所述抛光头包括导体金属芯和非导体磨料表层，所述电解电源的正极与所述工作台电连接，所述电解电源的负极与所述抛光头的导体金属芯电连接，所述工作台与所述抛光头之间绝缘。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还包括电解液循环系统，所述电解液循环系统可以包括电解液箱、过滤泵和供液泵，所述电解液箱设有相互分隔的第一分区、第二分区和第三分区，所述第一分区的上面设有过滤网，所述工作水箱设有出水管道，所述出水管道的末端伸向所述第一分区且位于所述过滤网的上方，所述第一分区和第二分区之间通过竖向隔板分隔，所述竖向隔板的高度低于所述电解液箱箱壁的高度，所述过滤泵设置在由所述第二分区向所述第三分区排水的管道上，该管道上所述过滤泵的下游设有精过滤器，所述供液泵设置在所述工作水箱的供水管道上，所述供水管道的进口端与所述第三分区相通。

所述抛光头的形状可以为球形或圆柱形，所述抛光头通过弹性夹头与所述抛光主轴连接。

所述五轴可以包括依次串联的X轴、Y轴、Z轴、A轴和B轴，所述X轴、Y轴和Z轴是移动轴，其方向两两垂直，所述A轴为转动轴，转动中心轴线与Y轴平行，所述B轴为摆动轴，摆动中心轴线与X轴平行。

所述主机架可以包括主机架底座、第一支架、第二支架和机头装置，所述第一支架安装在所述主机架底座的上面并与所述主机架底座沿水平X向滑动连接，所述第二支架安装在所述第一支架的上面并与所述第一支架沿水平Y向滑动连接，所述机头装置安装在所述第二支架的铅直的安装面上并与所述第二支架铅直Z向滑动连接，所述X向、Y向和Z向分别平行于所述X轴、Y轴和Z轴的方向，所述机头装置包括旋转轴A组件和摆动轴B组件，所述旋转轴A组件可以包括旋转轴A伺服电机、旋转轴A输出轴和旋转轴A传动箱，所述旋转轴A伺服电机通过同步带系统带动所述旋转轴A输出轴转动，所述同步带系统安装在所述旋转轴A传动箱内，所述旋转轴A伺服电机安装在所述旋转轴A传动箱的箱座的背面，所述旋转轴A输出轴从所述旋转轴A传动箱的箱盖的正面穿出，所述旋转轴A输出轴沿所述A轴的方向延伸，所述旋转轴A传动箱的箱座的背面作为所述机头装置的安装底面，所述摆动轴B组件可以包括摆动轴B支架、摆动轴B伺服电机、摆动轴B输出轴和摆动轴B同步带传动系统，所述摆动轴B支架与所述旋转轴A输出轴固定连接，所述摆动轴B伺服电机安装在所述摆动轴B支架上，所述摆动轴B伺服电机通过摆动轴B同步带系统带动所述摆动轴B输出轴摆动，所述摆动轴B输出轴沿所述B轴的方向延伸，并与所述摆动轴B支架旋转连接，所述摆动轴B输出轴上固定连接有抛光主轴座，且二者轴线方向相垂直，所述抛光主轴的上端安装在所述抛光主轴座中，所述抛光主轴座的顶部安装有抛光主轴电机，所述工作台与机头装置之间绝缘。

所述抛光主轴电机外优选设有封闭的不锈钢外壳。

所述主机架分别通过X向伺服组件、Y向伺服组件和Z向伺服组件实现所述X向滑动连接、Y向滑动连接和Z向滑动连接，各个方向的伺服组件均优选包括滚珠丝杠、直线导轨和伺服电机。

各个方向的伺服组件还可以各自包括两个限位光电开关和一个参考点定位光电开关。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还设有控制系统，所述电解电源的开关和各个电机均由所述控制系统控制，所述控制系统接收所述光电开关的信号，所述主机架底座优选为中空框架式结构，所述电解电源和控制系统可以安装在所述主机架底座中。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还优选包括与所述抛光头同等大小的金属头，所述金属头能够通过弹性夹头与所述抛光主轴连接。

本发明的有益效果是：本发明将电解微切削和机械微切削有机地结合起来，因此同时具备机械抛光和电解抛光的优点，不仅如此，机械抛光的存在，使得本发明不仅能够抛光表面较为粗糙的零件，而且即使加工这样的零件也能获得较高的抛光效率，明显扩展了传统电解抛光的适用范围。

由于采用五轴联动，即使对于形状复杂工件或异形工件，也能够应用机械抛光达到相应的加工要求，由此发挥机械抛光的优势，并且，对于电解抛光，由于能够严格保证抛光头与工件加工表面的实时垂直或尽量垂直，以及保持抛光头与工件加工表面间合适的相对距离，使电力分布易于控制，总能保持趋于合理，这至少克服了部分工艺参数难于控制的不足，从而显著提升电解抛光的工艺可控性以及抛光质量。

由于结合了电解抛光，使之能够代替人工操作，无论对于多不规则外形的工件都可以实现机器抛光，抛光无死角，且抛光表面粗糙度显著降低、清洁度显著提高，表面污迹非常易于清除，以及能够明显提高抛光后工件表面的耐腐蚀性，降低工件锈蚀风险，且充分发挥了电解抛光效率高的优点。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的主视结构示意图；

图2是图1的立体图；

图3是旋转轴A组件的结构示意图；

图4是摆动轴B组件的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种带有旋转抛光头的五轴联动电解机械复合曲面抛光机，如图1-4所示，包括抛光主轴16、工作台、工作水箱1和电解电源，所述抛光主轴安装在五轴联动的主机架上，所述工作台水平置于所述工作水箱内，所述抛光主轴上安装有抛光头，所述抛光头包括导体金属芯和非导体磨料表层。所述电解电源的正极与所述工作台电连接，所述电解电源的负极与所述抛光头的导体金属芯电连接，所述工作台与所述抛光头之间绝缘。电解抛光加工时，工作水箱内装电解液，工件固定在工作台上，工件及抛光头浸在电解液中。导体金属芯用于电解抛光，主要起到抛光去除材料的作用，非导体磨料表层用于机械抛光，主要起到去掉钝化层并抛光的作用。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还包括电解液循环系统7，所述电解液循环系统可以包括电解液箱、过滤泵和供液泵，所述电解液箱设有相互分隔的第一分区、第二分区和第三分区，所述第一分区相当于一个自然沉淀池，所述第一分区的上面设有过滤网，所述工作水箱设有出水管道，所述出水管道的末端伸向所述第一分区且位于所述过滤网的上方，所述第一分区和第二分区之间通过竖向隔板分隔，所述竖向隔板的高度低于所述电解液箱箱壁的高度，电解液在第一分区内经过自然沉淀后，相对清洁的电解液从所述竖向隔板的上方流进第二分区。所述过滤泵设置在由所述第二分区向所述第三分区排水的管道上，该管道上所述过滤泵的下游设有精过滤器，所述过滤网和过滤泵的设置可以实现强制过滤。所述供液泵设置在所述工作水箱的供水管道上，所述供水管道的进口端与所述第三分区相通，将经过多步净化后符合要求的电解液送往电解工作区，可以通过采用变量泵或者在供水管道上设置节流或调压装置按需调节送往电解工作区的电解液的压力和流速。

所述抛光头的形状可以为球形或圆柱形，所述抛光头通过弹性夹头与所述抛光主轴的下端连接。

所述五轴可以包括依次串联的X轴、Y轴、Z轴、A轴和B轴，所述X轴、Y轴和Z轴是移动轴，其方向两两垂直，所述A轴为转动轴，转动中心轴线与Y轴平行，所述B轴为摆动轴，摆动中心轴线与X轴平行。通过五轴联动，可以容易地控制实现抛光头端部的各种运动轨迹，从而满足各种形状包括不规则形状的工件的抛光加工需要。

所述主机架可以包括主机架底座9、第一支架、第二支架和机头装置，所述第一支架安装在所述主机架底座的上面并与所述主机架底座沿水平X向滑动连接，所述第二支架安装在所述第一支架的上面并与所述第一支架沿水平Y向滑动连接，所述机头装置安装(直接安装或经由中间固定板间接安装)在所述第二支架的铅直的安装面上并与所述第二支架铅直Z向滑动连接，所述X向、Y向和Z向分别平行于所述X轴、Y轴和Z轴的方向。

所述机头装置包括旋转轴A组件3和摆动轴B组件2，所述旋转轴A组件可以包括旋转轴A伺服电机13、旋转轴A输出轴11和旋转轴A传动箱，所述旋转轴A伺服电机通过同步带系统带动所述旋转轴A输出轴转动，所述同步带系统安装在所述旋转轴A传动箱内，所述旋转轴A伺服电机安装在所述旋转轴A传动箱的箱座12的背面，所述旋转轴A输出轴旋转支撑在所述旋转轴A传动箱的箱盖上且轴端从所述旋转轴A传动箱的箱盖10的正面穿出，所述旋转轴A输出轴沿所述A轴的方向延伸，所述旋转轴A传动箱的箱座的背面作为所述机头装置的安装底面。所述旋转轴A组件构成本发明的一个旋转伺服轴。

所述摆动轴B组件可以包括摆动轴B支架18、摆动轴B伺服电机14、摆动轴B输出轴20和摆动轴B同步带传动系统15，所述摆动轴B支架与所述旋转轴A输出轴固定连接，所述摆动轴B伺服电机安装在所述摆动轴B支架上，所述摆动轴B伺服电机通过摆动轴B同步带系统带动所述摆动轴B输出轴摆动(图示为上下摆动)，所述摆动轴B输出轴沿所述B轴的方向延伸，并与所述摆动轴B支架旋转连接，所述摆动轴B输出轴的最大摆动角度可以是+/-85度。所述摆动轴B组件构成本发明的一个摆动伺服轴。如图4所示，所述摆动轴B支架可以呈U形，U形的底部安装到所述旋转轴A输出轴上，并与该轴垂直。所述摆动轴B输出轴可以旋转连接在U形的两个侧壁上并与U形的底平行。摆动轴B同步带传动系统位于U形的一个侧壁的外侧，在相平行的摆动轴B伺服电机主轴和摆动轴B输出轴之间进行同步传动。

所述摆动轴B输出轴上固定连接有抛光主轴座17，且二者轴线方向相垂直，所述抛光主轴的上端安装在所述抛光主轴座中，所述抛光主轴座的顶部安装有抛光主轴电机19，优选为调速主轴电机。所述工作台与机头装置之间绝缘。所述抛光主轴电机带动抛光主轴旋转，抛光主轴的旋转运动再带动抛光头进行机械抛光。

所述抛光主轴电机外优选设有封闭的不锈钢外壳，以防止电解液进入损坏抛光主轴电机系统。

所述主机架分别通过X向伺服组件6、Y向伺服组件5和Z向伺服组件4实现所述X向滑动连接、Y向滑动连接和Z向滑动连接，各个方向的伺服组件均优选包括滚珠丝杠、直线导轨和伺服电机。所述X向伺服组件、Y向伺服组件和Z向伺服组件构成了本发明的三轴直线运动伺服机构。

各个方向的伺服组件还可以各自包括两个限位光电开关和一个参考点定位光电开关，前者用以实现两个方向的限位，后者用于实现参考点定位。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还设有控制系统，所述电解电源的开关和各个电机均由所述控制系统控制，当抛光工作时所述电解电源的开关开，抛光工作结束后所述电解电源的开关关。所述控制系统接收所述光电开关的信号，所述主机架底座优选为中空框架式结构，所述电解电源和控制系统8可以安装在所述主机架底座中。五轴联动配合控制系统能够控制抛光头总保持与工件待加工表面的垂直或近似垂直，从而确保抛光表面得到均衡一致的抛光效果，还使得抛光头与工件待加工表面间能够实时保持合适的距离，使电力分布易于掌控，从而提高电解抛光的工艺可控性以及抛光质量。

所述五轴联动电解机械复合曲面抛光机还优选包括与所述抛光头同等大小的金属头，所述金属头能够通过弹性夹头与所述抛光主轴连接。加工之前，先在抛光主轴上安装一个与将使用的抛光头一样大小的金属头，通过金属头和电源、控制系统就可以实现位置确定，分别确定5个轴的相对位置，实现加工轨迹起点定位。

本发明的工作过程可以包括如下步骤：1、抛光头安装；2、工件夹持；3、工件位置确定；4、抛光头五轴联动；5、电解液循环。

1、抛光头安装：抛光头夹持杆规格有多种，有3mm、6mm和12mm等，以适应大小不同的抛光工件。一种规格的抛光头夹持杆也有多种抛光头规格相对应，抛光头形状可以是球形和圆柱形。抛光头选好后，通过一个弹性夹头将抛光头与主轴连接起来。

2、工件夹持：将工件夹持在工作台上，工作台与机头装置是绝缘状态，工作台经过调整与Z轴是垂直的，工件夹持时通过找正，如果是异形工件可以通过夹具找正，找正以后用压板系统压在工作台上。

3、工件位置确定：在加工之前需要确定抛光头与工件的相对位置，在主轴上先换上一个与抛光头一样大小的金属头。通过金属头和电源、数控系统(即所述控制系统)就可以实现位置确定，分别确定5个轴的相对位置。

4、抛光头五轴联动：先将工件的三维模型输入自动编程系统，自动编程系统根据所确定的位置和工件形状进行编程产生抛光头的运动轨迹，然后将程序输入到数控系统，启动数控系统，抛光头就能按照所编轨迹实现抛光加工。

5、电解液循环：干净的电解液泵出流向抛光头，加工后的带有蚀除物的电解液通过出水管道流回到电解液箱，电解液箱上面有一个粗过滤网，过滤网将杂物清理掉；流回到电解液箱里面的电解液在第一分区里进行初步自然沉淀和自然过滤再流向第二分区，过滤泵从第二分区里泵出废电解液经过精密过滤器后，出来的干净电解液流向第三分区，供液泵再从第三分区里将电解液送到电解工作区。

传统的电解抛光如果没有机械辅助效率也比较低，可以说本发明同时克服了机械和电解抛光的不足，提高了单纯的机械抛光或电解抛光的抛光效率和质量。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。