基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床及加工方法

1.一种基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，包括加工机床（1），加工机床（1）的机床Y轴导轨（12）上设置有旋转工作台C（9），所述的旋转工作台C（9）上安装有支撑底座（3），支撑底座（3）上设置有旋转工作台A（4），整体叶盘（19）通过叶盘夹具安装在旋转工作台A（4）上；在所述的加工机床（1）上对应整体叶盘（19）安装有机床主轴（10），机床主轴（10）的轴线与所述机床Y轴导轨（12）的轴线平行，所述的机床主轴（10）通过机床X和Z轴向位移装置安装在加工机床（1）一侧的支撑框架（11）上，所述的加工机床（1）的另一侧面向整体叶盘（19）安装有工业机器臂（5）；所述的工业机器臂（5）的末端臂上安装有电主轴，电主轴上设置有加工刀具（20），用于对整体叶盘（19）的毛坯进行开槽粗加工，所述的机床主轴（10）上安装有机床加工刀具（2），用于对整体叶盘（19）进行精加工；所述的加工机床（1）和工业机器臂（5）与机床数控系统（15）电连接，机床数控系统（15）用于输入控制数控程序并分别控制所述旋转工作台C（9）和旋转工作台A（4）的旋转运动、所述旋转工作台C（9）的机床Y轴向运动、所述机床主轴（10）的X和Z的轴向运动以及工业机器臂（5）驱动电主轴的加工运动，实现整体叶盘的五坐标联动加工和工业机器臂的协同加工；所述的机床Y轴导轨（12）设置在所述加工机床（1）的倾斜安装面上，所述的机床Y轴导轨（12）的运动轴线与水平线倾斜角度为α，α为30度~45度，用于机床主轴（10）上的机床加工刀具（2）以及工业机器臂（5）末端的刀具（20）伸入叶盘加工通道内部，实现对叶盘复杂曲面的加工，降低复杂曲面的铣削难度；所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床的加工方法，包括步骤：粗加工时，将整体叶盘（19）的毛坯件和叶盘夹具通过快换工装定位孔（16）装夹在旋转工作台A（4）上，由所述的机床数控系统（15）根据输入的加工程序控制启动所述的加工机床（1）和工业机器臂（5）；首先，使用工业机器臂（5）末端的加工刀具（20）对整体叶盘（19）进行盘铣、插铣或快速铣的粗加工；整体叶盘（19）的加工位置通过加工机床（1）上的旋转工作台C（9）和旋转工作台A（4）的旋转运动以及旋转工作台C（9）在机床Y轴方向运动进行整体叶盘（19）的位姿调整，使得整体叶盘的被加工位置面向工业机器臂（5），位姿调整后，所述整体叶盘（19）的需加工部位面向工业机器臂（5），工业机器臂（5）独立完成开槽粗加工的刀具运动；其次，在整体叶盘（19）位置调整的同时，由机床数控系统（15）实时跟踪、反馈并及时发送和调整指令，从而控制工业机器臂（5）的第一活动关节臂（52）及第二活动关节臂（53）完成位姿变换，使工业机器臂（5）针对整体叶盘（19）需要加工的位置进行加工，依此循环往复，从而完成对整体叶盘（19）毛坯件的粗铣；精加工时，由机床数控系统（15）根据加工程序结束指令控制工业机器臂（5）关闭，并保持加工机床（1）开启，使所述机床主轴（10）上的机床加工刀具（2）工作，在加工过程中，所述整体叶盘（19）的加工位置通过加工机床（1）上的旋转工作台C（9）和旋转工作台A（4）的旋转运动以及旋转工作台C（9）在机床Y轴方向运动进行调整；所述的机床加工刀具（2）通过机床X轴和Z轴向的运动进行加工位置的调整，从而配合完成整体叶盘（19）不同位置的精加工；所述机床数控系统（15）根据粗精一体加工工艺方法进行加工，即所述工业机器臂（5）粗加工一个所述整体叶盘（19）的叶片通道后，立即启动加工机床（1）对整体叶盘（19）叶片型面进行精加工，然后，再启动工业机器臂（5）粗加工另一个整体叶盘（19）的叶片通道，依次类推完成整体叶盘（19）不同位置的精加工。 2.如权利要求1所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述的旋转工作台C（9）通过其底部的第一滑槽（61）在所述的机床Y轴导轨（12）上配合滑动，所述的旋转工作台C（9）与所述支撑框架（11）之间设有用于驱动旋转工作台C（9）在所述机床Y轴导轨（12）上沿机床Y轴向运动的第一滚珠丝杠（21），驱动第一滚珠丝杠（21）的伺服电机设置在所述的加工机床（1）的床身内；用于驱动旋转工作台C（9）旋转的伺服电机设置在旋转工作台C（9）内部，所述旋转工作台C（9）的旋转轴线与所述的机床Y轴导轨（12）的轴线垂直设置；所述的伺服电机均与所述的机床数控系统（15）电连接，机床数控系统（15）通过控制伺服电机的启停从而使旋转工作台C（9）带动所述整体叶盘（19）旋转和旋转工作台C（9）在机床Y轴向的运动。 3.如权利要求2所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述旋转工作台C（9）的旋转轴线与所述机床Y轴导轨（12）的轴线垂直设置。 4.如权利要求1所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述的整体叶盘（19）通过叶盘夹具同轴安装在旋转工作台A（4）上；在所述旋转工作台A的旋转工作面（41）周向且均布设有至少3个快换工装定位孔（16），快换工装定位孔（16）用于对整体叶盘（19）的叶盘夹具进行固定和定位。 5.如权利要求1所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述的机床X和Z轴向位移装置包括：用于带动所述机床主轴（10）沿机床X轴运动加工的主轴导轨基座（8），在所述的框架（11）上设有机床X轴导轨（17），在主轴导轨基座（8）上对应机床X轴导轨（17）设有第二滑槽（62），主轴导轨基座（8）通过机床X轴导轨（17）和第二滑槽（62）配合滑动设置在框架（11）上，用于驱动所述主轴导轨基座（8）在机床X轴导轨（17）滑动的滚珠丝杠和伺服电机设置在所述的加工机床（1）的床身内，实现了所述机床主轴（10）在机床X向的加工运动；还包括用于带动机床主轴（10）沿机床Z轴运动加工的主轴基座（18），在所述的主轴导轨基座（8）上设有一对机床Z轴导轨（14），在主轴基座（18）上对应机床Z轴导轨（14）设有一对第三滑槽，主轴基座（18）通过机床Z轴导轨（14）和第三滑槽配合滑动设置在框架（11）上，用于驱动所述主轴基座（18）在机床Z轴导轨（14）滑动的第二滚珠丝杠（22）设置在机床Z轴导轨（14）之间的框架通道内，所述第二滚珠丝杠（22）的两端部和伺服电机设置在所述的主轴导轨基座（8）内，实现了所述机床主轴（10）在机床Z向的加工运动；所述的伺服电机均与所述的机床数控系统（15）连接，所述的机床数控系统（15）用于输入数控程序并分别控制所述的伺服电机，从而实现所述机床主轴（10）的机床X、Z轴方向的加工运动。 6.如权利要求1所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述的工业机器臂（5）为六自由度机器臂，包括安装在工作面上的底座（51），及在底座（51）上设有的至少一个可绕底座旋转的活动关节臂，所述的电主轴安装在活动臂端部。 7.如权利要求6所述的基于协同控制的整体叶盘粗精一体加工机床，其特征在于，所述的活动臂包括两个，所述底座（51）通过第一活动关节臂（52）与第二活动关节臂（53）的一端连接，两活动关节臂之间通过万向节连接，所述的电主轴安装在所述第二活动关节臂（53）的另一端端部。