一种光学自由曲面超精密柔性制造系统
阅读：586发布：2020-10-20
专利汇可以提供一种光学自由曲面超精密柔性制造系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种光学自由曲面超精密柔性制造系统，属于智能制造及光学自由曲面制造及超精密加工技术领域。所述光学自由曲面超精密柔性制造系统包括均设置X轴导向机构、Y轴导向机构、Z轴导向机构、在线检测 机械臂 、重 力 平衡装置和 工作台 的3D打印模 块 、 铣削 模块、磨削模块和 抛光 模块，3D打印模块还包括两个回转 自由度 的打印头，铣削模块还包括 铣刀 刀库和铣刀更换机械臂，磨削模块还包括 砂轮 刀库、砂轮修磨器和砂轮更换修磨机械臂，抛光模块还包括气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂和气囊更换修磨机械臂。所述光学自由曲面超精密柔性制造系统，其结构新颖、操作方便，能够实现复杂光学自由曲面高 质量 、高效率的超精密加工。，下面是一种光学自由曲面超精密柔性制造系统专利的具体信息内容。
1.一种光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，包括依次设置的3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块；
所述3D打印模块包括X轴导向机构一、Y轴导向机构一、Z轴导向机构一、两个回转自由度的打印头、在线检测机械臂一和重力平衡装置一；所述Y轴导向机构一的顶部安装有X轴导向机构一，所述X轴导向机构一的顶部安装有3D打印工作台，所述3D打印工作台上安装有零点定位系统一，所述零点定位系统一上安装工件夹具，所述工件夹具上安装基板；所述Z轴导向机构一包括Z轴立柱一、Z轴导轨滑块一、Z轴电机丝杠机构一和Z轴提升板一；所述重力平衡装置一与Z轴提升板一连接，所述Z轴提升板一的底部通过打印头连接法兰与两个回转自由度的打印头连接；
所述铣削模块包括X轴导向机构二、Y轴导向机构二、Z轴导向机构二、铣刀刀库、在线检测机械臂二、铣刀更换机械臂、两个回转自由度的工作台二和重力平衡装置二；所述Z轴导向机构二包括Z轴立柱二、Z轴导轨滑块二、Z轴电机丝杠机构二和Z轴提升板二；所述重力平衡装置二与Z轴提升板二连接，所述Z轴提升板二底部安装有Y轴导向机构二，所述Y轴导向机构二底部安装有X轴导向机构二，所述X轴导向机构二底部通过铣削主轴连接法兰与铣削主轴组件连接；所述铣刀更换机械臂前端安装有铣刀夹手和工件搬运夹手；所述两个回转自由度的工作台二上安装零点定位系统二；
所述磨削模块包括X轴导向机构三、Y轴导向机构三、Z轴导向机构三、两个回转自由度的工作台三、砂轮刀库、砂轮修磨器、在线检测机械臂三、砂轮更换修磨机械臂和重力平衡装置三；所述Z轴导向机构三包括Z轴立柱三、Z轴导轨滑块三、Z轴电机丝杠机构三和Z轴提升板三；所述重力平衡装置三与Z轴提升板三连接，所述Z轴提升板三的底部安装有Y轴导向机构三，所述Y轴导向机构三的底部安装有X轴导向机构三，所述X轴导向机构三的底部通过磨削主轴连接法兰与磨削主轴组件连接；所述砂轮更换修磨机械臂前端安装有砂轮夹手和工件搬运夹手；所述两个回转自由度的工作台三上安装零点定位系统三；
所述抛光模块包括X轴导向机构四、Y轴导向机构四、Z轴导向机构四、两个回转自由度的工作台四、气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂四、气囊更换修磨机械臂和重力平衡装置四；所述Z轴导向机构四包括Z轴立柱四、Z轴导轨滑块四、Z轴电机丝杠机构四和Z轴提升板四；所述重力平衡装置四与Z轴提升板四连接，所述Z轴提升板四的底部安装有Y轴导向机构四，所述Y轴导向机构四的底部安装有X轴导向机构四，所述X轴导向机构四的底部通过抛光主轴连接法兰与抛光主轴组件连接；所述气囊更换修磨机械臂前端安装有抛光气囊夹手和工件搬运夹手；所述超声喷雾机械臂前端安装有抛光液超声喷洒雾化机构，所述两个回转自由度的工作台四上安装有零点定位系统四。
2.根据权利要求1所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，还包括机床顶板、机床底座和机床底板，所述机床底板安装在机床底座上，所述3D打印模块的Z轴立柱一、Y轴导向机构一和在线检测机械臂一均安装在机床底板上；所述铣削模块的Z轴立柱二、两个回转自由度的工作台二、铣刀刀库、在线检测机械臂二和铣刀更换机械臂均安装在机床底板上；所述磨削模块的Z轴立柱三、两个回转自由度的工作台三、砂轮刀库、砂轮修磨器、在线检测机械臂三和砂轮更换修磨机械臂均安装在机床底板上；所述抛光模块的Z轴立柱四、两个回转自由度的工作台四、气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂四和气囊更换修磨机械臂均安装在机床底板上；所述机床顶板安装在Z轴立柱一、Z轴立柱二、Z轴立柱三和Z轴立柱四的顶部；所述3D打印模块的重力平衡装置一和Z轴电机丝杆机构一均安装在机床顶板上；所述铣削模块的重力平衡装置二和Z轴电机丝杆机构二均安装在机床顶板上；所述磨削模块的重力平衡装置三和Z轴电机丝杆机构三均安装在机床顶板上；所述抛光模块的重力平衡装置四和Z轴电机丝杆机构四均安装在机床顶板上。
3.根据权利要求2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，所述3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块之中，每个模块均设置至少两个Z轴立柱；每个Z轴立柱分为两个或者三个连接柱，Z轴立柱分为两个连接柱时，其中一个连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为二形成两个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用两个独立的连接柱；Z轴立柱分为三个连接柱时，位于两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，位于中间的连接柱与机床顶板连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为三形成三个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用三个独立的连接柱；Z轴立柱与机床顶板的连接面高于Z轴导轨滑块安装槽的上端面。
4.根据权利要求2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，所述3D打印工作台、两个回转自由度的工作台二、两个回转自由度的工作台三、两个回转自由度的工作台四、铣刀更换机械臂、砂轮更换修磨机械臂和气囊更换修磨机械臂在机床底板上进行精确定位，用以保证相邻模块坐标转换的实现；所述在线检测机械臂一、在线检测机械臂二、在线检测机械臂三、在线检测机械臂四、超声喷雾机械臂、铣刀刀库、砂轮刀库、气囊刀库、砂轮修磨器和气囊修磨器在机床底板上精确定位，用以保证各模块内坐标转换的实现。
5.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，所述铣刀更换机械臂、砂轮更换修磨机械臂、气囊更换修磨机械臂、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂一、在线检测机械臂二、在线检测机械臂三和在线检测机械臂四均分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者
7自由度串联型机器人。
6.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，在线检测机械臂一前端安装有激光干涉测头，用于对3D打印过程中熔池状况进行检测，并且对光学自由曲面3D打印过后进行面形精度检测；在线检测机械臂二前端安装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面铣削过后进行清洗风干和面形精度检测，并且对铣削过程中铣刀的磨损状况进行检测；在线检测机械臂三前端安装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面磨削过后进行清洗风干和面形精度检测，并且对磨削过程中砂轮的磨损状况进行检测；在线检测机械臂四前端安装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面抛光过后进行清洗风干和面形精度检测，并且对抛光过程中抛光气囊的磨损状况进行检测。
7.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，所述重力平衡装置一、重力平衡装置二、重力平衡装置三和重力平衡装置四均分别包括油缸、油缸连接法兰、连接螺栓和连接螺母，所述油缸通过油缸连接法兰与机床顶板连接，所述油缸的活塞杆通过连接螺栓和连接螺母与Z轴提升板连接。
8.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，磨削主轴组件和磨削主轴连接法兰的轴线成45°夹角。
9.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，铣削模块、磨削模块和抛光模块均设置有废液收集槽，所述废液收集槽安装在机床底板上，所述废液收集槽设置有废液收集孔，用于对废液进行回收。
10.根据权利要求1或2所述的光学自由曲面超精密柔性制造系统，其特征在于，光学自由曲面超精密柔性制造系统还包括防护系统，所述防护系统包括内防护系统和外防护系统；所述内防护系统包括3D打印模块内防护系统、铣削模块内防护系统、磨削模块内防护系统和抛光模块内防护系统；所述外防护系统包括制造系统左侧防护罩、制造系统右侧防护罩、3D打印模块后侧防护罩、铣削模块后侧防护罩、磨削模块后侧防护罩、抛光模块后侧防护罩、3D打印模块前下侧防护罩、铣削模块前下侧防护罩、磨削模块前下侧防护罩、抛光模块前下侧防护罩、3D打印模块防护门装置、铣削模块防护门装置、磨削模块防护门装置和抛光模块防护门装置。
一种光学自由曲面超精密柔性制造系统
技术领域
[0001] 本发明涉及智能制造及光学自由曲面制造及超精密加工技术领域，特别涉及一种光学自由曲面超精密柔性制造系统。
背景技术
[0002] 柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，可进行零件产品加工过程的自动控制、故障自动诊断和处理，以及制造信息的
自动采集和处理，同时可自动控制和管理零件产品、刀具和工装等的运输和存储过程，适用
于多品种、中小批量生产。通过编制不同自动化加工工艺，柔性制造系统可对具有相同零件
特征的多种零件进行柔性化加工。
自动采集和处理，同时可自动控制和管理零件产品、刀具和工装等的运输和存储过程，适用
于多品种、中小批量生产。通过编制不同自动化加工工艺，柔性制造系统可对具有相同零件
特征的多种零件进行柔性化加工。
[0003] 现有的加工装置功能单一，只能进行离散式制造，在实际加工时需要的设备多，并且占有较大的厂房面积，增加了生产成本，而且，在需要进行多种加工工艺时需要二次装
夹，导致加工精度和效率降低，再有，现有的加工装置多为悬臂式结构，具有刚性不足、装置悬空部重力引起Z轴导向精度降低的缺点。
夹，导致加工精度和效率降低，再有，现有的加工装置多为悬臂式结构，具有刚性不足、装置悬空部重力引起Z轴导向精度降低的缺点。
发明内容
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] 所述3D打印模块包括X轴导向机构一、Y轴导向机构一、Z轴导向机构一、两个回转自由度的打印头、在线检测机械臂一和重力平衡装置一；所述Y轴导向机构一的顶部安装有
X轴导向机构一，所述X轴导向机构一的顶部安装有3D打印工作台，所述3D打印工作台上安
装有零点定位系统一，所述零点定位系统一上安装工件夹具，所述工件夹具上安装基板；所
述Z轴导向机构一包括Z轴立柱一、Z轴导轨滑块一、Z轴电机丝杠机构一和Z轴提升板一；所
述重力平衡装置一与Z轴提升板一连接，所述Z轴提升板一的底部通过打印头连接法兰与两
个回转自由度的打印头连接；
X轴导向机构一，所述X轴导向机构一的顶部安装有3D打印工作台，所述3D打印工作台上安
装有零点定位系统一，所述零点定位系统一上安装工件夹具，所述工件夹具上安装基板；所
述Z轴导向机构一包括Z轴立柱一、Z轴导轨滑块一、Z轴电机丝杠机构一和Z轴提升板一；所
述重力平衡装置一与Z轴提升板一连接，所述Z轴提升板一的底部通过打印头连接法兰与两
个回转自由度的打印头连接；
[0008] 所述铣削模块包括X轴导向机构二、Y轴导向机构二、Z轴导向机构二、铣刀刀库、在线检测机械臂二、铣刀更换机械臂、两个回转自由度的工作台二和重力平衡装置二；所述Z
轴导向机构二包括Z轴立柱二、Z轴导轨滑块二、Z轴电机丝杠机构二和Z轴提升板二；所述重
力平衡装置二与Z轴提升板二连接，所述Z轴提升板二底部安装有Y轴导向机构二，所述Y轴
导向机构二底部安装有X轴导向机构二，所述X轴导向机构二底部通过铣削主轴连接法兰与
铣削主轴组件连接；所述铣刀更换机械臂前端安装有铣刀夹手和工件搬运夹手；所述两个
回转自由度的工作台二上安装零点定位系统二；
轴导向机构二包括Z轴立柱二、Z轴导轨滑块二、Z轴电机丝杠机构二和Z轴提升板二；所述重
力平衡装置二与Z轴提升板二连接，所述Z轴提升板二底部安装有Y轴导向机构二，所述Y轴
导向机构二底部安装有X轴导向机构二，所述X轴导向机构二底部通过铣削主轴连接法兰与
铣削主轴组件连接；所述铣刀更换机械臂前端安装有铣刀夹手和工件搬运夹手；所述两个
回转自由度的工作台二上安装零点定位系统二；
[0009] 所述磨削模块包括X轴导向机构三、Y轴导向机构三、Z轴导向机构三、两个回转自由度的工作台三、砂轮刀库、砂轮修磨器、在线检测机械臂三、砂轮更换修磨机械臂和重力
平衡装置三；所述Z轴导向机构三包括Z轴立柱三、Z轴导轨滑块三、Z轴电机丝杠机构三和Z
轴提升板三；所述重力平衡装置三与Z轴提升板三连接，所述Z轴提升板三的底部安装有Y轴
导向机构三，所述Y轴导向机构三的底部安装有X轴导向机构三，所述X轴导向机构三的底部
通过磨削主轴连接法兰与磨削主轴组件连接；所述砂轮更换修磨机械臂前端安装有砂轮夹
手和工件搬运夹手；所述两个回转自由度的工作台三上安装零点定位系统三；
平衡装置三；所述Z轴导向机构三包括Z轴立柱三、Z轴导轨滑块三、Z轴电机丝杠机构三和Z
轴提升板三；所述重力平衡装置三与Z轴提升板三连接，所述Z轴提升板三的底部安装有Y轴
导向机构三，所述Y轴导向机构三的底部安装有X轴导向机构三，所述X轴导向机构三的底部
通过磨削主轴连接法兰与磨削主轴组件连接；所述砂轮更换修磨机械臂前端安装有砂轮夹
手和工件搬运夹手；所述两个回转自由度的工作台三上安装零点定位系统三；
[0010] 所述抛光模块包括X轴导向机构四、Y轴导向机构四、Z轴导向机构四、两个回转自由度的工作台四、气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂四、气囊更换修磨机械臂和重力平衡装置四；所述Z轴导向机构四包括Z轴立柱四、Z轴导轨滑块四、Z轴电机
丝杠机构四和Z轴提升板四；所述重力平衡装置四与Z轴提升板四连接，所述Z轴提升板四的
底部安装有Y轴导向机构四，所述Y轴导向机构四的底部安装有X轴导向机构四，所述X轴导
向机构四的底部通过抛光主轴连接法兰与抛光主轴组件连接；所述气囊更换修磨机械臂前
端安装有抛光气囊夹手和工件搬运夹手；所述超声喷雾机械臂前端安装有抛光液超声喷洒
雾化机构，所述两个回转自由度的工作台四上安装有零点定位系统四。
丝杠机构四和Z轴提升板四；所述重力平衡装置四与Z轴提升板四连接，所述Z轴提升板四的
底部安装有Y轴导向机构四，所述Y轴导向机构四的底部安装有X轴导向机构四，所述X轴导
向机构四的底部通过抛光主轴连接法兰与抛光主轴组件连接；所述气囊更换修磨机械臂前
端安装有抛光气囊夹手和工件搬运夹手；所述超声喷雾机械臂前端安装有抛光液超声喷洒
雾化机构，所述两个回转自由度的工作台四上安装有零点定位系统四。
[0011] 进一步的，所述光学自由曲面超精密柔性制造系统还包括机床顶板、机床底座和机床底板，所述机床底板安装在机床底座上，所述3D打印模块的Z轴立柱一、Y轴导向机构一
和在线检测机械臂一均安装在机床底板上；所述铣削模块的Z轴立柱二、两个回转自由度的
工作台二、铣刀刀库、在线检测机械臂二和铣刀更换机械臂均安装在机床底板上；所述磨削
模块的Z轴立柱三、两个回转自由度的工作台三、砂轮刀库、砂轮修磨器、在线检测机械臂三和砂轮更换修磨机械臂均安装在机床底板上；所述抛光模块的Z轴立柱四、两个回转自由度
的工作台四、气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂四和气囊更换修磨
机械臂均安装在机床底板上；所述机床顶板安装在Z轴立柱一、Z轴立柱二、Z轴立柱三和Z轴
立柱四的顶部；所述3D打印模块的重力平衡装置一和Z轴电机丝杆机构一均安装在机床顶
板上；所述铣削模块的重力平衡装置二和Z轴电机丝杆机构二均安装在机床顶板上；所述磨
削模块的重力平衡装置三和Z轴电机丝杆机构三均安装在机床顶板上；所述抛光模块的重
力平衡装置四和Z轴电机丝杆机构四均安装在机床顶板上。
和在线检测机械臂一均安装在机床底板上；所述铣削模块的Z轴立柱二、两个回转自由度的
工作台二、铣刀刀库、在线检测机械臂二和铣刀更换机械臂均安装在机床底板上；所述磨削
模块的Z轴立柱三、两个回转自由度的工作台三、砂轮刀库、砂轮修磨器、在线检测机械臂三和砂轮更换修磨机械臂均安装在机床底板上；所述抛光模块的Z轴立柱四、两个回转自由度
的工作台四、气囊刀库、气囊修磨器、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂四和气囊更换修磨
机械臂均安装在机床底板上；所述机床顶板安装在Z轴立柱一、Z轴立柱二、Z轴立柱三和Z轴
立柱四的顶部；所述3D打印模块的重力平衡装置一和Z轴电机丝杆机构一均安装在机床顶
板上；所述铣削模块的重力平衡装置二和Z轴电机丝杆机构二均安装在机床顶板上；所述磨
削模块的重力平衡装置三和Z轴电机丝杆机构三均安装在机床顶板上；所述抛光模块的重
力平衡装置四和Z轴电机丝杆机构四均安装在机床顶板上。
[0012] 进一步的，所述3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块之中，每个模块均设置至少两个Z轴立柱；每个Z轴立柱分为两个或者三个连接柱，Z轴立柱分为两个连接柱时，
其中一个连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板连接，具体设置方式
为：Z轴立柱的上部一分为二形成两个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用两
个独立的连接柱；Z轴立柱分为三个连接柱时，位于两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑块安装
槽，位于中间的连接柱与机床顶板连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为三形成三
个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用三个独立的连接柱；Z轴立柱与机床顶
板的连接面高于Z轴导轨滑块安装槽的上端面。
其中一个连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板连接，具体设置方式
为：Z轴立柱的上部一分为二形成两个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用两
个独立的连接柱；Z轴立柱分为三个连接柱时，位于两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑块安装
槽，位于中间的连接柱与机床顶板连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为三形成三
个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用三个独立的连接柱；Z轴立柱与机床顶
板的连接面高于Z轴导轨滑块安装槽的上端面。
[0013] 进一步的，所述3D打印工作台、两个回转自由度的工作台二、两个回转自由度的工作台三、两个回转自由度的工作台四、铣刀更换机械臂、砂轮更换修磨机械臂和气囊更换修
磨机械臂在机床底板上进行精确定位，用以保证相邻模块坐标转换的实现；所述在线检测
机械臂一、在线检测机械臂二、在线检测机械臂三、在线检测机械臂四、超声喷雾机械臂、铣刀刀库、砂轮刀库、气囊刀库、砂轮修磨器和气囊修磨器在机床底板上精确定位，用以保证
各模块内坐标转换的实现。
磨机械臂在机床底板上进行精确定位，用以保证相邻模块坐标转换的实现；所述在线检测
机械臂一、在线检测机械臂二、在线检测机械臂三、在线检测机械臂四、超声喷雾机械臂、铣刀刀库、砂轮刀库、气囊刀库、砂轮修磨器和气囊修磨器在机床底板上精确定位，用以保证
各模块内坐标转换的实现。
[0014] 进一步的，所述铣刀更换机械臂、砂轮更换修磨机械臂、气囊更换修磨机械臂、超声喷雾机械臂、在线检测机械臂一、在线检测机械臂二、在线检测机械臂三和在线检测机械
臂四均分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自
由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人。
臂四均分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自
由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人。
[0015] 进一步的，在线检测机械臂一前端安装有激光干涉测头，用于对3D打印过程中熔池状况进行检测，并且对光学自由曲面3D打印过后进行面形精度检测；在线检测机械臂二
前端安装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面铣削过后进行清洗风干和
面形精度检测，并且对铣削过程中铣刀的磨损状况进行检测；在线检测机械臂三前端安装
有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面磨削过后进行清洗风干和面形精度
检测，并且对磨削过程中砂轮的磨损状况进行检测；在线检测机械臂四前端安装有激光干
涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面抛光过后进行清洗风干和面形精度检测，并
且对抛光过程中抛光气囊的磨损状况进行检测。
前端安装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面铣削过后进行清洗风干和
面形精度检测，并且对铣削过程中铣刀的磨损状况进行检测；在线检测机械臂三前端安装
有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面磨削过后进行清洗风干和面形精度
检测，并且对磨削过程中砂轮的磨损状况进行检测；在线检测机械臂四前端安装有激光干
涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面抛光过后进行清洗风干和面形精度检测，并
且对抛光过程中抛光气囊的磨损状况进行检测。
[0016] 进一步的，所述重力平衡装置一、重力平衡装置二、重力平衡装置三和重力平衡装置四均分别包括油缸、油缸连接法兰、连接螺栓和连接螺母，所述油缸通过油缸连接法兰与
机床顶板连接，所述油缸的活塞杆通过连接螺栓和连接螺母与Z轴提升板连接。
机床顶板连接，所述油缸的活塞杆通过连接螺栓和连接螺母与Z轴提升板连接。
[0017] 所述磨削主轴组件和磨削主轴连接法兰的轴线成45°夹角。
[0018] 所述铣削模块、磨削模块和抛光模块均设置有废液收集槽，所述废液收集槽安装在机床底板上，所述废液收集槽设置有废液收集孔，用于对废液进行回收。
[0019] 所述光学自由曲面超精密柔性制造系统还包括防护系统，所述防护系统包括内防护系统和外防护系统；所述内防护系统包括3D打印模块内防护系统、铣削模块内防护系统、
磨削模块内防护系统和抛光模块内防护系统；所述外防护系统包括制造系统左侧防护罩、
制造系统右侧防护罩、3D打印模块后侧防护罩、铣削模块后侧防护罩、磨削模块后侧防护
罩、抛光模块后侧防护罩、3D打印模块前下侧防护罩、铣削模块前下侧防护罩、磨削模块前
下侧防护罩、抛光模块前下侧防护罩、3D打印模块防护门装置、铣削模块防护门装置、磨削
模块防护门装置和抛光模块防护门装置。
磨削模块内防护系统和抛光模块内防护系统；所述外防护系统包括制造系统左侧防护罩、
制造系统右侧防护罩、3D打印模块后侧防护罩、铣削模块后侧防护罩、磨削模块后侧防护
罩、抛光模块后侧防护罩、3D打印模块前下侧防护罩、铣削模块前下侧防护罩、磨削模块前
下侧防护罩、抛光模块前下侧防护罩、3D打印模块防护门装置、铣削模块防护门装置、磨削
模块防护门装置和抛光模块防护门装置。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 1)本发明3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块依次设置，且均为五轴联动加工装置，能够实现复杂光学自由曲面的超精密增减材制造，加工后的工件具有低的表面
轮廓度粗糙度、低的表面残余应力和表面亚表面损伤，保证工件具有优良的光学性能；
轮廓度粗糙度、低的表面残余应力和表面亚表面损伤，保证工件具有优良的光学性能；
[0022] 2)本发明设备利用率高，生产周期短，减少设备数量和厂房面积，光学自由曲面工件通过机械臂在各模块间依次进行传递，通过零点定位系统进行定位，可以通过坐标变换
在各模块依次进行加工，相对于离散式制造，本发明制造系统不需要二次装夹，因此加工精
度和效率高；
在各模块依次进行加工，相对于离散式制造，本发明制造系统不需要二次装夹，因此加工精
度和效率高；
[0023] 3)各模块Z轴立柱均为封闭结构，并且均与重力平衡装置连接，相对于悬臂式结构，本发明制造系统具有良好的刚度、强度和稳定性；Z轴立柱一、Z轴立柱二、Z轴立柱三和Z轴立柱四均采用力学分流设计，制造系统上部重力从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导
向精度；
向精度；
[0025] 5)内防护系统对制造系统的运动部件进行进行防护，保证制造系统的精度稳定性；
[0026] 6)外防护系统对操作人员进行防护，保证人员安全。
[0028] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029] 图1是本发明实施例提供的光学自由曲面超精密柔性制造系统的主视图；
[0030] 图2是本发明实施例提供的光学自由曲面超精密柔性制造系统的内部示意图一；
[0031] 图3是本发明实施例提供的光学自由曲面超精密柔性制造系统的内部示意图二；
[0032] 图4是本发明实施例提供的光学自由曲面超精密柔性制造系统的后视图；
[0033] 图5是本发明实施例提供的外防护系统的主视图；
[0034] 图6是本发明实施例提供的外防护系统的俯视图；
[0035] 图7是本发明实施例提供的不带外防护系统的光学自由曲面超精密柔性制造系统的主视图；
[0036] 图8是本发明实施例提供的不带外防护系统的光学自由曲面超精密柔性制造系统的后视图；
[0037] 图9是本发明实施例提供的不带外防护系统的光学自由曲面超精密柔性制造系统的轴侧图；
[0038] 图10是本发明实施例提供的防护门未开启时人机工程图；
[0039] 图11是本发明实施例提供的防护门开启时人机工程图；
[0040] 图12是本发明实施例提供的光学自由曲面超精密柔性制造系统的工艺流程图；
[0041] 图13是本发明实施例提供的Z轴立柱的示意图一；
[0042] 图14是本发明实施例提供的Z轴立柱的示意图二。
[0044] 光学自由曲面超精密柔性制造系统本体中：1、机床底座；2、机床底板；2-1、铣削废液收集槽；2-2、铣削废液收集孔；2-3、磨削废液收集槽；2-4、磨削废液收集孔；2-5、抛光废液收集槽；2-6、抛光废液收集孔；3、Y轴导向机构一；3-1、Y轴托板一；3-2、Y轴导轨滑块一；3-3、Y轴电机丝杠机构一；4、X轴导向机构一；4-1、X轴托板一；4-2、X轴导轨滑块一；4-3、X轴电机丝杠机构一；5、3D打印工作台；6、Z轴导向机构一；6-1、Z轴立柱一；6-2、Z轴导轨滑块一；6-3；Z轴电机丝杠机构一；6-4、Z轴提升板一；7、机床顶板；8、零点定位系统一；9、工件夹具；10、两个回转自由度的打印头；11、重力平衡装置一；11-1、油缸一；11-2、油缸连接法兰一；11-3、连接螺栓一；11-4、连接螺母一；12、打印头连接法兰；13、工件；14、基板；15、Z轴导向机构二；15-1、Z轴立柱二；15-2、Z轴导轨滑块二；15-3、Z轴电机丝杠机构二；15-4、Z轴提升板二；16、重力平衡装置二；16-1、油缸二；16-2、油缸连接法兰二；16-3、连接螺栓二；16-
4、连接螺母二；17、Y轴导向机构二；17-1、Y轴托板二；17-2、Y轴导轨滑块二；17-3、Y轴电机丝杠机构二；18、X轴导向机构二；18-1、X轴托板二；18-2、X轴导轨滑块二；18-3、X轴电机丝杠机构二；19、铣削主轴连接法兰；20、铣削主轴组件；21、重力平衡装置三；21-1、油缸三；
21-2、油缸连接法兰三；21-3、连接螺栓三；21-4、连接螺母三；22、Y轴导向机构三；22-1、Y轴托板三；22-2、Y轴导轨滑块三；22-3、Y轴电机丝杠机构三；23、X轴导向机构三；23-1、X轴托板三；23-2、X轴导轨滑块三；23-3、X轴电机丝杠机构三；24、磨削主轴连接法兰；25、磨削主轴组件；26、Z轴导向机构三；26-1、Z轴立柱三；26-2、Z轴导轨滑块三；26-3；Z轴电机丝杠机构三；26-4、Z轴提升板三；27、重力平衡装置四；27-1、油缸四；27-2、油缸连接法兰四；27-3、连接螺栓四；27-4、连接螺母四；28、Y轴导向机构四；28-1、Y轴托板四；28-2、Y轴导轨滑块四；28-3、Y轴电机丝杠机构四；29、X轴导向机构四；29-1、X轴托板四；29-2、X轴导轨滑块四；
29-3、X轴电机丝杠机构四；30、Z轴导向机构四；30-1、Z轴立柱四；30-2、Z轴导轨滑块四；30-
3；Z轴电机丝杠机构四；30-4、Z轴提升板四；31、抛光主轴连接法兰；32、抛光主轴组件；33、在线检测机械臂一；34、铣刀更换机械臂；35、铣刀刀库；36、在线检测机械臂二；37、两个回转自由度的工作台二；38、零点定位系统二；39、砂轮更换修磨机械臂；40、砂轮刀库；41、在线检测机械臂三；42、砂轮修磨器；43、两个回转自由度的工作台三；44、零点定位系统三；
45、气囊更换修磨机械臂；46、气囊刀库；47、在线检测机械臂四；48、气囊修磨器；49、两个回转自由度的工作台四；50、零点定位系统四；51、超声喷雾机械臂；
4、连接螺母二；17、Y轴导向机构二；17-1、Y轴托板二；17-2、Y轴导轨滑块二；17-3、Y轴电机丝杠机构二；18、X轴导向机构二；18-1、X轴托板二；18-2、X轴导轨滑块二；18-3、X轴电机丝杠机构二；19、铣削主轴连接法兰；20、铣削主轴组件；21、重力平衡装置三；21-1、油缸三；
21-2、油缸连接法兰三；21-3、连接螺栓三；21-4、连接螺母三；22、Y轴导向机构三；22-1、Y轴托板三；22-2、Y轴导轨滑块三；22-3、Y轴电机丝杠机构三；23、X轴导向机构三；23-1、X轴托板三；23-2、X轴导轨滑块三；23-3、X轴电机丝杠机构三；24、磨削主轴连接法兰；25、磨削主轴组件；26、Z轴导向机构三；26-1、Z轴立柱三；26-2、Z轴导轨滑块三；26-3；Z轴电机丝杠机构三；26-4、Z轴提升板三；27、重力平衡装置四；27-1、油缸四；27-2、油缸连接法兰四；27-3、连接螺栓四；27-4、连接螺母四；28、Y轴导向机构四；28-1、Y轴托板四；28-2、Y轴导轨滑块四；28-3、Y轴电机丝杠机构四；29、X轴导向机构四；29-1、X轴托板四；29-2、X轴导轨滑块四；
29-3、X轴电机丝杠机构四；30、Z轴导向机构四；30-1、Z轴立柱四；30-2、Z轴导轨滑块四；30-
3；Z轴电机丝杠机构四；30-4、Z轴提升板四；31、抛光主轴连接法兰；32、抛光主轴组件；33、在线检测机械臂一；34、铣刀更换机械臂；35、铣刀刀库；36、在线检测机械臂二；37、两个回转自由度的工作台二；38、零点定位系统二；39、砂轮更换修磨机械臂；40、砂轮刀库；41、在线检测机械臂三；42、砂轮修磨器；43、两个回转自由度的工作台三；44、零点定位系统三；
45、气囊更换修磨机械臂；46、气囊刀库；47、在线检测机械臂四；48、气囊修磨器；49、两个回转自由度的工作台四；50、零点定位系统四；51、超声喷雾机械臂；
[0045] 防护系统及辅助装置中：101、3D打印模块前下侧防护罩；102、3D打印模块防护门；103、制造系统左侧防护罩；104、3D打印模块防护门玻璃；105、3D打印模块防护门提升板；
106、3D打印模块报警装置；107、铣削模块前下侧防护罩；108、铣削模块防护门提升板；109、铣削模块防护门玻璃；110、铣削模块防护门；111、铣削模块报警装置；112、制造系统总控制器；113、磨削模块防护门提升板；114、磨削模块防护门玻璃；115、磨削模块报警装置；116、磨削模块防护门；117、抛光模块防护门提升板；118、抛光模块报警装置；119、磨削模块前下侧防护罩；120、抛光模块防护门玻璃；121、抛光模块防护门；122、制造系统右侧防护罩；
123、抛光模块前下侧防护罩；124、3D打印模块后侧防护罩；125、3D打印模块粉末收集装置；
126、铣削模块后侧防护罩；127、铣削模块油雾收集装置；128、磨削模块后侧防护罩；129、磨削模块油雾收集装置；130、抛光模块后侧防护罩；131、抛光模块油雾收集装置；132、3D打印模块X轴防护罩；133、3D打印模块Y轴防护罩；134、3D打印模块X、Y轴漏油回收盒；135、铣削模块X轴防护装置；135-1、铣削模块X轴防护罩；135-2、铣削模块X轴防护罩连接板；136、铣削模块Y轴防护装置；136-1、铣削模块Y轴防护罩连接板；136-2、铣削模块Y轴防护罩；137、铣削模块X、Y轴漏油回收盒；138、磨削模块X轴防护装置；138-1、磨削模块X轴防护罩；138-
2、磨削模块X轴防护罩连接板；139、磨削模块Y轴防护装置；139-1、磨削模块Y轴防护罩连接板；139-2、磨削模块Y轴防护罩；140、磨削模块X、Y轴漏油回收盒；141、抛光模块X轴防护装置；141-1、抛光模块X轴防护罩；141-2、抛光模块X轴防护罩连接板；142、抛光模块Y轴防护装置；139-1、抛光模块Y轴防护罩连接板；139-2、抛光模块Y轴防护罩；143、抛光模块X、Y轴漏油回收盒；144、3D打印模块Z轴丝杠防护罩；145、铣削模块Z轴丝杠防护罩；146、磨削模块Z轴丝杠防护罩；147、抛光模块Z轴丝杠防护罩；148、抛光模块防护门导向结构；149、抛光模块Z轴漏油回收盘；150、抛光模块Z轴导轨滑块防护罩；151、抛光模块防护门启闭动力装置；
151-1、抛光模块气缸后连接法兰；151-2、抛光模块气缸；151-3、抛光模块气缸前连接法兰；
152、磨削模块防护门导向结构；153、磨削模块Z轴漏油回收盘；154、磨削模块Z轴导轨滑块防护罩；155、磨削模块防护门启闭动力装置；155-1、磨削模块气缸后连接法兰；155-2、磨削模块气缸；155-3、磨削模块气缸前连接法兰；156、铣削模块防护门导向结构；157、铣削模块Z轴漏油回收盘；158、铣削模块Z轴导轨滑块防护罩；159、铣削模块防护门启闭动力装置；
159-1、铣削模块气缸后连接法兰；159-2、铣削模块气缸；159-3、铣削模块气缸前连接法兰；
160、3D打印模块防护门导向结构；161、3D打印模块Z轴漏油回收盘；162、3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩；163、3D打印模块防护门启闭动力装置；163-1、3D打印模块气缸后连接法兰；
163-2、3D打印模块气缸；163-3、3D打印模块气缸前连接法兰。
106、3D打印模块报警装置；107、铣削模块前下侧防护罩；108、铣削模块防护门提升板；109、铣削模块防护门玻璃；110、铣削模块防护门；111、铣削模块报警装置；112、制造系统总控制器；113、磨削模块防护门提升板；114、磨削模块防护门玻璃；115、磨削模块报警装置；116、磨削模块防护门；117、抛光模块防护门提升板；118、抛光模块报警装置；119、磨削模块前下侧防护罩；120、抛光模块防护门玻璃；121、抛光模块防护门；122、制造系统右侧防护罩；
123、抛光模块前下侧防护罩；124、3D打印模块后侧防护罩；125、3D打印模块粉末收集装置；
126、铣削模块后侧防护罩；127、铣削模块油雾收集装置；128、磨削模块后侧防护罩；129、磨削模块油雾收集装置；130、抛光模块后侧防护罩；131、抛光模块油雾收集装置；132、3D打印模块X轴防护罩；133、3D打印模块Y轴防护罩；134、3D打印模块X、Y轴漏油回收盒；135、铣削模块X轴防护装置；135-1、铣削模块X轴防护罩；135-2、铣削模块X轴防护罩连接板；136、铣削模块Y轴防护装置；136-1、铣削模块Y轴防护罩连接板；136-2、铣削模块Y轴防护罩；137、铣削模块X、Y轴漏油回收盒；138、磨削模块X轴防护装置；138-1、磨削模块X轴防护罩；138-
2、磨削模块X轴防护罩连接板；139、磨削模块Y轴防护装置；139-1、磨削模块Y轴防护罩连接板；139-2、磨削模块Y轴防护罩；140、磨削模块X、Y轴漏油回收盒；141、抛光模块X轴防护装置；141-1、抛光模块X轴防护罩；141-2、抛光模块X轴防护罩连接板；142、抛光模块Y轴防护装置；139-1、抛光模块Y轴防护罩连接板；139-2、抛光模块Y轴防护罩；143、抛光模块X、Y轴漏油回收盒；144、3D打印模块Z轴丝杠防护罩；145、铣削模块Z轴丝杠防护罩；146、磨削模块Z轴丝杠防护罩；147、抛光模块Z轴丝杠防护罩；148、抛光模块防护门导向结构；149、抛光模块Z轴漏油回收盘；150、抛光模块Z轴导轨滑块防护罩；151、抛光模块防护门启闭动力装置；
151-1、抛光模块气缸后连接法兰；151-2、抛光模块气缸；151-3、抛光模块气缸前连接法兰；
152、磨削模块防护门导向结构；153、磨削模块Z轴漏油回收盘；154、磨削模块Z轴导轨滑块防护罩；155、磨削模块防护门启闭动力装置；155-1、磨削模块气缸后连接法兰；155-2、磨削模块气缸；155-3、磨削模块气缸前连接法兰；156、铣削模块防护门导向结构；157、铣削模块Z轴漏油回收盘；158、铣削模块Z轴导轨滑块防护罩；159、铣削模块防护门启闭动力装置；
159-1、铣削模块气缸后连接法兰；159-2、铣削模块气缸；159-3、铣削模块气缸前连接法兰；
160、3D打印模块防护门导向结构；161、3D打印模块Z轴漏油回收盘；162、3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩；163、3D打印模块防护门启闭动力装置；163-1、3D打印模块气缸后连接法兰；
163-2、3D打印模块气缸；163-3、3D打印模块气缸前连接法兰。
具体实施方式
[0046] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“一”、“二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，本申请中，对于3D打印模块、铣削模块、磨削模块、抛光模块中的相同或者相似部件对应的用“一”、“二”、“三”、“四”进行区分。
本发明的限制。此外，术语“一”、“二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，本申请中，对于3D打印模块、铣削模块、磨削模块、抛光模块中的相同或者相似部件对应的用“一”、“二”、“三”、“四”进行区分。
[0048] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0049] 为了解决现有技术存在的问题，如图1至图14所示，本发明实施例提供了一种光学自由曲面超精密柔性制造系统，包括依次设置的3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模
块；
块；
[0050] 3D打印模块包括X轴导向机构一4、Y轴导向机构一3、Z轴导向机构一6、两个回转自由度的打印头10、在线检测机械臂一33和重力平衡装置一11；Y轴导向机构一3的顶部安装
有X轴导向机构一4，X轴导向机构一4的顶部安装有3D打印工作台5，3D打印工作台5上安装
有零点定位系统一8，零点定位系统一8上安装工件夹具9，工件夹具9上安装基板14；Z轴导
向机构一6包括Z轴立柱一6-1、Z轴导轨滑块一6-2、Z轴电机丝杠机构一6-3和Z轴提升板一
6-4；重力平衡装置一11与Z轴提升板一6-4连接，Z轴提升板一6-4的底部通过打印头连接法
兰12与两个回转自由度的打印头10连接；
有X轴导向机构一4，X轴导向机构一4的顶部安装有3D打印工作台5，3D打印工作台5上安装
有零点定位系统一8，零点定位系统一8上安装工件夹具9，工件夹具9上安装基板14；Z轴导
向机构一6包括Z轴立柱一6-1、Z轴导轨滑块一6-2、Z轴电机丝杠机构一6-3和Z轴提升板一
6-4；重力平衡装置一11与Z轴提升板一6-4连接，Z轴提升板一6-4的底部通过打印头连接法
兰12与两个回转自由度的打印头10连接；
[0051] 铣削模块包括X轴导向机构二18、Y轴导向机构二17、Z轴导向机构二15、铣刀刀库35、在线检测机械臂二36、铣刀更换机械臂34、两个回转自由度的工作台二37和重力平衡装
置二16；Z轴导向机构二15包括Z轴立柱二15-1、Z轴导轨滑块二15-2、Z轴电机丝杠机构二
15-3和Z轴提升板二15-4；重力平衡装置二16与Z轴提升板二15-4连接，Z轴提升板二15-4底
部安装有Y轴导向机构二17，Y轴导向机构二17底部安装有X轴导向机构二18，X轴导向机构
二18底部通过铣削主轴连接法兰19与铣削主轴组件20连接；铣刀更换机械臂34前端安装有
铣刀夹手和工件搬运夹手；两个回转自由度的工作台二37上安装零点定位系统二38；
置二16；Z轴导向机构二15包括Z轴立柱二15-1、Z轴导轨滑块二15-2、Z轴电机丝杠机构二
15-3和Z轴提升板二15-4；重力平衡装置二16与Z轴提升板二15-4连接，Z轴提升板二15-4底
部安装有Y轴导向机构二17，Y轴导向机构二17底部安装有X轴导向机构二18，X轴导向机构
二18底部通过铣削主轴连接法兰19与铣削主轴组件20连接；铣刀更换机械臂34前端安装有
铣刀夹手和工件搬运夹手；两个回转自由度的工作台二37上安装零点定位系统二38；
[0052] 磨削模块包括X轴导向机构三23、Y轴导向机构三22、Z轴导向机构三26、两个回转自由度的工作台三43、砂轮刀库40、砂轮修磨器42、在线检测机械臂三41、砂轮更换修磨机
械臂39和重力平衡装置三21；Z轴导向机构三26包括Z轴立柱三26-1、Z轴导轨滑块三26-2、Z
轴电机丝杠机构三26-3和Z轴提升板三26-4；重力平衡装置三21与Z轴提升板三26-4连接，Z
轴提升板三26-4的底部安装有Y轴导向机构三22，Y轴导向机构三22的底部安装有X轴导向
机构三23，X轴导向机构三23的底部通过磨削主轴连接法兰24与磨削主轴组件25连接，磨削
主轴组件25和磨削主轴连接法兰24的轴线成45°夹角；砂轮更换修磨机械臂39前端安装有
砂轮夹手和工件搬运夹手；两个回转自由度的工作台三43上安装零点定位系统三44；
械臂39和重力平衡装置三21；Z轴导向机构三26包括Z轴立柱三26-1、Z轴导轨滑块三26-2、Z
轴电机丝杠机构三26-3和Z轴提升板三26-4；重力平衡装置三21与Z轴提升板三26-4连接，Z
轴提升板三26-4的底部安装有Y轴导向机构三22，Y轴导向机构三22的底部安装有X轴导向
机构三23，X轴导向机构三23的底部通过磨削主轴连接法兰24与磨削主轴组件25连接，磨削
主轴组件25和磨削主轴连接法兰24的轴线成45°夹角；砂轮更换修磨机械臂39前端安装有
砂轮夹手和工件搬运夹手；两个回转自由度的工作台三43上安装零点定位系统三44；
[0053] 抛光模块包括X轴导向机构四29、Y轴导向机构四28、Z轴导向机构四30、两个回转自由度的工作台四49、气囊刀库46、气囊修磨器48、超声喷雾机械臂51、在线检测机械臂四
47、气囊更换修磨机械臂45和重力平衡装置四27；Z轴导向机构四30包括Z轴立柱四30-1、Z
轴导轨滑块四30-2、Z轴电机丝杠机构四30-3和Z轴提升板四30-4；重力平衡装置四27与Z轴
提升板四30-4连接，Z轴提升板四30-4的底部安装有Y轴导向机构四28，Y轴导向机构四28的
底部安装有X轴导向机构四29，X轴导向机构四29的底部通过抛光主轴连接法兰31与抛光主
轴组件32连接；气囊更换修磨机械臂45前端安装有抛光气囊夹手和工件搬运夹手；超声喷
雾机械臂51前端安装有抛光液超声喷洒雾化机构，两个回转自由度的工作台四49上安装有
零点定位系统四50。
47、气囊更换修磨机械臂45和重力平衡装置四27；Z轴导向机构四30包括Z轴立柱四30-1、Z
轴导轨滑块四30-2、Z轴电机丝杠机构四30-3和Z轴提升板四30-4；重力平衡装置四27与Z轴
提升板四30-4连接，Z轴提升板四30-4的底部安装有Y轴导向机构四28，Y轴导向机构四28的
底部安装有X轴导向机构四29，X轴导向机构四29的底部通过抛光主轴连接法兰31与抛光主
轴组件32连接；气囊更换修磨机械臂45前端安装有抛光气囊夹手和工件搬运夹手；超声喷
雾机械臂51前端安装有抛光液超声喷洒雾化机构，两个回转自由度的工作台四49上安装有
零点定位系统四50。
[0054] 如图1至图4所示，光学自由曲面超精密柔性制造系统还包括机床顶板7、机床底座1和机床底板2，机床底板2安装在机床底座1上，3D打印模块的Z轴立柱一6-1、Y轴导向机构
一3和在线检测机械臂一33均安装在机床底板2上；铣削模块的Z轴立柱二15-1、两个回转自
由度的工作台二37、铣刀刀库35、在线检测机械臂二36和铣刀更换机械臂34均安装在机床
底板2上；磨削模块的Z轴立柱三26-1、两个回转自由度的工作台三43、砂轮刀库40、砂轮修
磨器42、在线检测机械臂三41和砂轮更换修磨机械臂39均安装在机床底板2上；抛光模块的
Z轴立柱四30-1、两个回转自由度的工作台四49、气囊刀库46、气囊修磨器48、超声喷雾机械臂51、在线检测机械臂四47和气囊更换修磨机械臂45均安装在机床底板2上；机床顶板7安
装在Z轴立柱一6-1、Z轴立柱二15-1、Z轴立柱三26-1和Z轴立柱四30-1的顶部；3D打印模块
的重力平衡装置一11和Z轴电机丝杆机构一均安装在机床顶板7上；铣削模块的重力平衡装
置二16和Z轴电机丝杆机构二均安装在机床顶板7上；磨削模块的重力平衡装置三21和Z轴
电机丝杆机构三均安装在机床顶板7上；抛光模块的重力平衡装置四27和Z轴电机丝杆机构
四均安装在机床顶板7上。
一3和在线检测机械臂一33均安装在机床底板2上；铣削模块的Z轴立柱二15-1、两个回转自
由度的工作台二37、铣刀刀库35、在线检测机械臂二36和铣刀更换机械臂34均安装在机床
底板2上；磨削模块的Z轴立柱三26-1、两个回转自由度的工作台三43、砂轮刀库40、砂轮修
磨器42、在线检测机械臂三41和砂轮更换修磨机械臂39均安装在机床底板2上；抛光模块的
Z轴立柱四30-1、两个回转自由度的工作台四49、气囊刀库46、气囊修磨器48、超声喷雾机械臂51、在线检测机械臂四47和气囊更换修磨机械臂45均安装在机床底板2上；机床顶板7安
装在Z轴立柱一6-1、Z轴立柱二15-1、Z轴立柱三26-1和Z轴立柱四30-1的顶部；3D打印模块
的重力平衡装置一11和Z轴电机丝杆机构一均安装在机床顶板7上；铣削模块的重力平衡装
置二16和Z轴电机丝杆机构二均安装在机床顶板7上；磨削模块的重力平衡装置三21和Z轴
电机丝杆机构三均安装在机床顶板7上；抛光模块的重力平衡装置四27和Z轴电机丝杆机构
四均安装在机床顶板7上。
[0055] 本实施例中，如图1所示，3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块共用机床底座1、机床底板2和机床顶板7，机床底座1可安装在隔振装置，相邻两个模块之间的Z轴立柱
可共用，比如3D打印模块与铣削模块之间的Z轴立柱可共用，铣削模块和抛光模块之间的Z
轴立柱可共用，抛光模块与磨削模块之间的Z轴立柱共用，各模块的Z轴立柱至少为两个，优
选为四个，Z轴立柱可以为单体结构，也可结构互连，机床结构尺寸可根据加工件13尺寸调
整，使主轴的两侧都有支撑点，实现制造系统的高刚性。3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块均分别包括提供X轴方向左右直线进给运动的X轴导向机构、提供Y轴方向前后直
线进给运动的Y轴导向机构和提供Z轴方向上下直线进给运动的Z轴导向机构，具体包括：如
图3所示，在3D打印模块，X轴导向机构一4提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机
构一3提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构一6提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在铣削模块，X轴导向机构二18提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
二17提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构二15提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在磨削模块，X轴导向机构三23提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
三22提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构三26提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在抛光模块，X轴导向机构四29提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
四28提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构四30提供机床Z轴方向上下直线进
给运动。X轴电机丝杠机构、Y轴电机丝杠机构和Z轴电机丝杠机构均可采用滑动丝杠机构、
滚动丝杠机构、液体静压丝杠机构、气体静压丝杠机构或磁浮式丝杠机构；当然，X轴电机丝杠机构、Y轴电机丝杠机构和Z轴电机丝杠机构可直接购买现有技术也可通过伺服电机、联
轴器、轴承座、轴承、丝杠、丝母和丝母座进行制作。X轴导轨滑块、Y轴导轨滑块和Z轴导轨滑块均采用滑动导轨滑块机构、滚动导轨滑块机构、液体静压导轨滑块机构、气体静压导轨滑
块机构或磁浮式导轨滑块机构。铣削模块、磨削模块和抛光模块均分别设置有两个回转自
由度的工作台，用以提供铣削模块、磨削模块和抛光模块A轴回转运动和C轴回转运动，具体
的，两个回转自由度的工作台二37提供铣削模块A轴回转运动和C轴回转运动，两个回转自
由度的工作台三43提供磨削模块A轴回转运动和C轴回转运动，两个回转自由度的工作台四
49可以提供抛光模块A轴回转运动和C轴回转运动；两个回转自由度的工作台为摇篮式回转
工作台或悬臂式回转工作台；3D打印模块设置有两个回转自由度的打印头10，用以提供3D
打印模块A轴回转运动和C轴回转运动。
可共用，比如3D打印模块与铣削模块之间的Z轴立柱可共用，铣削模块和抛光模块之间的Z
轴立柱可共用，抛光模块与磨削模块之间的Z轴立柱共用，各模块的Z轴立柱至少为两个，优
选为四个，Z轴立柱可以为单体结构，也可结构互连，机床结构尺寸可根据加工件13尺寸调
整，使主轴的两侧都有支撑点，实现制造系统的高刚性。3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块均分别包括提供X轴方向左右直线进给运动的X轴导向机构、提供Y轴方向前后直
线进给运动的Y轴导向机构和提供Z轴方向上下直线进给运动的Z轴导向机构，具体包括：如
图3所示，在3D打印模块，X轴导向机构一4提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机
构一3提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构一6提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在铣削模块，X轴导向机构二18提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
二17提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构二15提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在磨削模块，X轴导向机构三23提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
三22提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构三26提供机床Z轴方向上下直线进
给运动；在抛光模块，X轴导向机构四29提供机床X轴方向左右直线进给运动，Y轴导向机构
四28提供机床Y轴方向前后直线进给运动，Z轴导向机构四30提供机床Z轴方向上下直线进
给运动。X轴电机丝杠机构、Y轴电机丝杠机构和Z轴电机丝杠机构均可采用滑动丝杠机构、
滚动丝杠机构、液体静压丝杠机构、气体静压丝杠机构或磁浮式丝杠机构；当然，X轴电机丝杠机构、Y轴电机丝杠机构和Z轴电机丝杠机构可直接购买现有技术也可通过伺服电机、联
轴器、轴承座、轴承、丝杠、丝母和丝母座进行制作。X轴导轨滑块、Y轴导轨滑块和Z轴导轨滑块均采用滑动导轨滑块机构、滚动导轨滑块机构、液体静压导轨滑块机构、气体静压导轨滑
块机构或磁浮式导轨滑块机构。铣削模块、磨削模块和抛光模块均分别设置有两个回转自
由度的工作台，用以提供铣削模块、磨削模块和抛光模块A轴回转运动和C轴回转运动，具体
的，两个回转自由度的工作台二37提供铣削模块A轴回转运动和C轴回转运动，两个回转自
由度的工作台三43提供磨削模块A轴回转运动和C轴回转运动，两个回转自由度的工作台四
49可以提供抛光模块A轴回转运动和C轴回转运动；两个回转自由度的工作台为摇篮式回转
工作台或悬臂式回转工作台；3D打印模块设置有两个回转自由度的打印头10，用以提供3D
打印模块A轴回转运动和C轴回转运动。
[0056] 本实施例中，如图3和图4所示，在3D模块，X轴导向机构一4包括X轴托板一4-1、X轴导轨滑块一4-2和X轴电机丝杠机构一4-3；Y轴导向机构一3包括Y轴托板一3-1、Y轴导轨滑
块一3-2和Y轴电机丝杠机构一3-3。工件夹具9为真空夹具、电磁夹具、专用夹具或者组合夹
具。在铣削模块，X轴导向机构二18包括X轴托板二18-1、X轴导轨滑块二18-2和X轴电机丝杠
机构二18-3；Y轴导向机构二17包括Y轴托板二17-1、Y轴导轨滑块二17-2和Y轴电机丝杠机
构二17-3；铣刀更换机械臂34前端安装有铣刀夹手和工件搬运夹手，根据粗精铣阶段，对铣
刀进行更换，根据铣刀磨损状况对铣刀进行更换，工件搬运夹手用于把工件13从3D打印模
块向铣削模块传递。在磨削模块，X轴导向机构三23包括X轴托板三23-1、X轴导轨滑块三23-
2和X轴电机丝杠机构三23-3；Y轴导向机构三22包括Y轴托板三22-1、Y轴导轨滑块三22-2和
Y轴电机丝杠机构三22-3，砂轮更换修磨机械臂39前端安装有砂轮夹手和工件搬运夹手，根
据粗精磨阶段，对砂轮进行更换，根据砂轮磨损状况对砂轮进行修磨，工件搬运夹手用于把
工件13从铣削模块向磨削模块传递。在抛光模块，X轴导向机构四29包括X轴托板四29-1、X
轴导轨滑块四29-2和X轴电机丝杠机构四29-3；Y轴导向机构四28包括Y轴托板四28-1、Y轴
导轨滑块四28-2和Y轴电机丝杠机构四28-3，气囊更换修磨机械臂45前端安装有抛光气囊
夹手和工件搬运夹手，根据粗精抛阶段，对抛光气囊进行更换，根据抛光气囊磨损状况对抛
光气囊进行修磨，工件搬运夹手用于把工件13从磨削模块向抛光模块传递；超声喷雾机械
臂51前端安装有抛光液超声喷洒雾化机构。
块一3-2和Y轴电机丝杠机构一3-3。工件夹具9为真空夹具、电磁夹具、专用夹具或者组合夹
具。在铣削模块，X轴导向机构二18包括X轴托板二18-1、X轴导轨滑块二18-2和X轴电机丝杠
机构二18-3；Y轴导向机构二17包括Y轴托板二17-1、Y轴导轨滑块二17-2和Y轴电机丝杠机
构二17-3；铣刀更换机械臂34前端安装有铣刀夹手和工件搬运夹手，根据粗精铣阶段，对铣
刀进行更换，根据铣刀磨损状况对铣刀进行更换，工件搬运夹手用于把工件13从3D打印模
块向铣削模块传递。在磨削模块，X轴导向机构三23包括X轴托板三23-1、X轴导轨滑块三23-
2和X轴电机丝杠机构三23-3；Y轴导向机构三22包括Y轴托板三22-1、Y轴导轨滑块三22-2和
Y轴电机丝杠机构三22-3，砂轮更换修磨机械臂39前端安装有砂轮夹手和工件搬运夹手，根
据粗精磨阶段，对砂轮进行更换，根据砂轮磨损状况对砂轮进行修磨，工件搬运夹手用于把
工件13从铣削模块向磨削模块传递。在抛光模块，X轴导向机构四29包括X轴托板四29-1、X
轴导轨滑块四29-2和X轴电机丝杠机构四29-3；Y轴导向机构四28包括Y轴托板四28-1、Y轴
导轨滑块四28-2和Y轴电机丝杠机构四28-3，气囊更换修磨机械臂45前端安装有抛光气囊
夹手和工件搬运夹手，根据粗精抛阶段，对抛光气囊进行更换，根据抛光气囊磨损状况对抛
光气囊进行修磨，工件搬运夹手用于把工件13从磨削模块向抛光模块传递；超声喷雾机械
臂51前端安装有抛光液超声喷洒雾化机构。
[0057] 铣削主轴组件20包括：铣削主轴、刀柄和铣刀；磨削主轴组件25包括：磨削主轴、刀柄和砂轮；抛光主轴组件32包括：抛光主轴、刀柄和抛光气囊；铣削主轴、磨削主轴和抛光主轴分别为机械主轴、电主轴、液体静压主轴、气体静压主轴或磁悬浮主轴。
[0058] 如图3和4以及图13和14所示，3D打印模块、铣削模块、磨削模块和抛光模块之中，每个模块均设置至少两个Z轴立柱，也就是说，3D打印模块设置至少两个Z轴立柱一6-1，铣
削模块设置至少两个Z轴立柱二15-1，磨削模块设置至少两个Z轴立柱三26-1，抛光模块设
置至少两个Z轴立柱四30-1；Z轴立柱分为两个或者三个连接柱，Z轴立柱上部分为两个连接
柱时，其中一个连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板7连接，具体设
置方式为：Z轴立柱的上部一分为二形成两个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者
采用两个独立的连接柱；Z轴立柱分为三个连接柱时，位于两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑
块安装槽，位于中间的连接柱与机床顶板7连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为三
形成三个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用三个独立的连接柱；Z轴立柱与
机床顶板7的连接面高于Z轴导轨滑块安装槽的上端面。
削模块设置至少两个Z轴立柱二15-1，磨削模块设置至少两个Z轴立柱三26-1，抛光模块设
置至少两个Z轴立柱四30-1；Z轴立柱分为两个或者三个连接柱，Z轴立柱上部分为两个连接
柱时，其中一个连接柱设置有Z轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板7连接，具体设
置方式为：Z轴立柱的上部一分为二形成两个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者
采用两个独立的连接柱；Z轴立柱分为三个连接柱时，位于两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑
块安装槽，位于中间的连接柱与机床顶板7连接，具体设置方式为：Z轴立柱的上部一分为三
形成三个连接柱同时共用Z轴立柱下部制作而成，或者采用三个独立的连接柱；Z轴立柱与
机床顶板7的连接面高于Z轴导轨滑块安装槽的上端面。
[0059] 本实施例中，Z轴立柱(本文中为了简化描述通过Z轴立柱来阐述Z轴立柱一6-1、Z轴立柱二15-1、Z轴立柱三26-1和Z轴立柱四30-1的共性特征)采用力学分流设计，制造系统
上部重力从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度。如图2和3所示，Z轴立柱上部分为
两个连接柱时，适用于光学自由曲面超精密柔性制造系统的两侧，比如位于制造系统两侧
的Z轴立柱一6-1和Z轴立柱四30-1，Z轴立柱一6-1和Z轴立柱四30-1的一个连接柱设置有Z
轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板7连接，这两个连接柱可以是Z轴立柱上部一
分为二，共用Z轴立柱底部制作而成，也可以是两个独立的立柱，以实现制造系统上部重力
从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度；Z轴立柱上部分为三个连接柱时，适用于光
学自由曲面超精密柔性制造系统的中部，比如位于制造系统中部的Z轴立柱一6-1、Z轴立柱
二15-1、Z轴立柱三26-1和Z轴立柱四30-1，位于Z轴立柱两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑块
安装槽，位于Z轴立柱中间的连接柱与机床顶板7连接，这三个连接柱可以是Z轴立柱上部一
分为三，共用Z轴立柱底部制作而成，也可以是三个独立的立柱，以实现制造系统上部重力
从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度。
上部重力从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度。如图2和3所示，Z轴立柱上部分为
两个连接柱时，适用于光学自由曲面超精密柔性制造系统的两侧，比如位于制造系统两侧
的Z轴立柱一6-1和Z轴立柱四30-1，Z轴立柱一6-1和Z轴立柱四30-1的一个连接柱设置有Z
轴导轨滑块安装槽，另一个连接柱与机床顶板7连接，这两个连接柱可以是Z轴立柱上部一
分为二，共用Z轴立柱底部制作而成，也可以是两个独立的立柱，以实现制造系统上部重力
从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度；Z轴立柱上部分为三个连接柱时，适用于光
学自由曲面超精密柔性制造系统的中部，比如位于制造系统中部的Z轴立柱一6-1、Z轴立柱
二15-1、Z轴立柱三26-1和Z轴立柱四30-1，位于Z轴立柱两侧的连接柱设置有Z轴导轨滑块
安装槽，位于Z轴立柱中间的连接柱与机床顶板7连接，这三个连接柱可以是Z轴立柱上部一
分为三，共用Z轴立柱底部制作而成，也可以是三个独立的立柱，以实现制造系统上部重力
从Z轴立柱局部传出，不影响Z轴导轨导向精度。
[0060] 如图1和图2所示，3D打印工作台5、两个回转自由度的工作台二37、两个回转自由度的工作台三43、两个回转自由度的工作台四49、铣刀更换机械臂34、砂轮更换修磨机械臂
39和气囊更换修磨机械臂45在机床底板2上进行精确定位，用以保证相邻模块坐标转换的
实现；在线检测机械臂一33、在线检测机械臂二36、在线检测机械臂三41、在线检测机械臂
四47、超声喷雾机械臂51、铣刀刀库35、砂轮刀库40、气囊刀库46、砂轮修磨器42和气囊修磨器48在机床底板上精确定位，用以保证各模块内坐标转换的实现，精确定位可通过定位凸
台或工艺凹槽来实现。
39和气囊更换修磨机械臂45在机床底板2上进行精确定位，用以保证相邻模块坐标转换的
实现；在线检测机械臂一33、在线检测机械臂二36、在线检测机械臂三41、在线检测机械臂
四47、超声喷雾机械臂51、铣刀刀库35、砂轮刀库40、气囊刀库46、砂轮修磨器42和气囊修磨器48在机床底板上精确定位，用以保证各模块内坐标转换的实现，精确定位可通过定位凸
台或工艺凹槽来实现。
[0061] 铣刀更换机械臂34、砂轮更换修磨机械臂39、气囊更换修磨机械臂45、超声喷雾机械臂51、在线检测机械臂一33、在线检测机械臂二36、在线检测机械臂三41和在线检测机械
臂四47均分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6
自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人，也就是说，铣刀更换机械臂34为4自由度
SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者
7自由度串联型机器人其中的一种；砂轮更换修磨机械臂39为4自由度SCARA型机器人、4自
由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器
人其中的一种；气囊更换修磨机械臂45为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5
自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人其中的一种；超声
喷雾机械臂51为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6
自由度串联型机器人或者和7自由度串联型机器人其中的一种；同上，4个在线检测机械臂
也分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度
串联型机器人或者7自由度串联型机器人其中的一种。
臂四47均分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6
自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人，也就是说，铣刀更换机械臂34为4自由度
SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者
7自由度串联型机器人其中的一种；砂轮更换修磨机械臂39为4自由度SCARA型机器人、4自
由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器
人其中的一种；气囊更换修磨机械臂45为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5
自由度串联型机器人、6自由度串联型机器人或者7自由度串联型机器人其中的一种；超声
喷雾机械臂51为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6
自由度串联型机器人或者和7自由度串联型机器人其中的一种；同上，4个在线检测机械臂
也分别为4自由度SCARA型机器人、4自由度串联型机器人、5自由度串联型机器人、6自由度
串联型机器人或者7自由度串联型机器人其中的一种。
[0062] 在线检测机械臂一33前端安装有激光干涉测头，用于对3D打印过程中熔池状况进行检测，并且对光学自由曲面3D打印过后进行面形精度检测；在线检测机械臂二36前端安
装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面铣削过后进行清洗风干和面形精
度检测，并且对铣削过程中铣刀的磨损状况进行检测；在线检测机械臂三41前端安装有激
光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面磨削过后进行清洗风干和面形精度检
测，并且对磨削过程中砂轮的磨损状况进行检测；在线检测机械臂四47前端安装有激光干
涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面抛光过后进行清洗风干和面形精度检测，并
且对抛光过程中抛光气囊的磨损状况进行检测。
装有激光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面铣削过后进行清洗风干和面形精
度检测，并且对铣削过程中铣刀的磨损状况进行检测；在线检测机械臂三41前端安装有激
光干涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面磨削过后进行清洗风干和面形精度检
测，并且对磨削过程中砂轮的磨损状况进行检测；在线检测机械臂四47前端安装有激光干
涉测头和清洗风干装置，用于对光学自由曲面抛光过后进行清洗风干和面形精度检测，并
且对抛光过程中抛光气囊的磨损状况进行检测。
[0063] 如图1至图4所示，重力平衡装置一11、重力平衡装置二16、重力平衡装置三21和重力平衡装置四27均分别包括油缸、油缸连接法兰、连接螺栓和连接螺母，油缸通过油缸连接
法兰与机床顶板7连接，油缸的活塞杆通过连接螺栓和连接螺母与Z轴提升板连接，油缸的
提升力为提升板及下方部件的重力。如图4所示，在3D打印模块，重力平衡装置包括油缸一
11-1、油缸连接法兰一11-2、连接螺栓一11-3和连接螺母一11-4，重力平衡装置一11平衡Z
轴提升板一6-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在铣削模块，重力平衡装置包括油
缸二16-1、油缸连接法兰二16-2、连接螺栓二16-3和连接螺母二16-4，重力平衡装置二16平
衡Z轴提升板二15-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在磨削模块，重力平衡装置包
括油缸三21-1、油缸连接法兰三21-2、连接螺栓三21-3和连接螺母三21-4，重力平衡装置三
21平衡Z轴提升板三26-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在抛光模块，重力平衡装
置包括油缸四27-1、油缸连接法兰四27-2、连接螺栓四27-3和连接螺母四27-4，重力平衡装
置四27平衡Z轴提升板四30-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度。
法兰与机床顶板7连接，油缸的活塞杆通过连接螺栓和连接螺母与Z轴提升板连接，油缸的
提升力为提升板及下方部件的重力。如图4所示，在3D打印模块，重力平衡装置包括油缸一
11-1、油缸连接法兰一11-2、连接螺栓一11-3和连接螺母一11-4，重力平衡装置一11平衡Z
轴提升板一6-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在铣削模块，重力平衡装置包括油
缸二16-1、油缸连接法兰二16-2、连接螺栓二16-3和连接螺母二16-4，重力平衡装置二16平
衡Z轴提升板二15-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在磨削模块，重力平衡装置包
括油缸三21-1、油缸连接法兰三21-2、连接螺栓三21-3和连接螺母三21-4，重力平衡装置三
21平衡Z轴提升板三26-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度；在抛光模块，重力平衡装
置包括油缸四27-1、油缸连接法兰四27-2、连接螺栓四27-3和连接螺母四27-4，重力平衡装
置四27平衡Z轴提升板四30-4以下的重量，保持机床具有良好的刚度。
[0064] 如图2所示，铣削模块、磨削模块和抛光模块均设置有废液收集槽，废液收集槽安装在机床底板2上，废液收集槽设置有废液收集孔，用于对废液进行回收。具体的，铣削模块设置有铣削废液收集槽2-1，铣削废液收集槽2-1设置有铣削废液收集孔2-2，用于对铣削废
液进行回收；磨削模块设置有磨削废液收集槽2-3，磨削废液收集槽2-3设置有磨削废液收
集孔2-4，用于对磨削废液进行回收；抛光模块设置有抛光废液收集槽2-5，抛光废液收集槽
2-5设置有抛光废液收集孔2-6，用于对抛光废液进行回收。
液进行回收；磨削模块设置有磨削废液收集槽2-3，磨削废液收集槽2-3设置有磨削废液收
集孔2-4，用于对磨削废液进行回收；抛光模块设置有抛光废液收集槽2-5，抛光废液收集槽
2-5设置有抛光废液收集孔2-6，用于对抛光废液进行回收。
[0065] 如图5至图9所示，光学自由曲面超精密柔性制造系统还包括防护系统，防护系统包括内防护系统和外防护系统；内防护系统包括3D打印模块内防护系统、铣削模块内防护
系统、磨削模块内防护系统和抛光模块内防护系统；外防护系统包括制造系统左侧防护罩
103、制造系统右侧防护罩122、3D打印模块后侧防护罩124、铣削模块后侧防护罩126、磨削
模块后侧防护罩128、抛光模块后侧防护罩130、3D打印模块前下侧防护罩101、铣削模块前
下侧防护罩107、磨削模块前下侧防护罩119、抛光模块前下侧防护罩123、3D打印模块防护
门装置、铣削模块防护门装置、磨削模块防护门装置和抛光模块防护门装置，外防护系统的
各个结构均为钣金防护结构。
系统、磨削模块内防护系统和抛光模块内防护系统；外防护系统包括制造系统左侧防护罩
103、制造系统右侧防护罩122、3D打印模块后侧防护罩124、铣削模块后侧防护罩126、磨削
模块后侧防护罩128、抛光模块后侧防护罩130、3D打印模块前下侧防护罩101、铣削模块前
下侧防护罩107、磨削模块前下侧防护罩119、抛光模块前下侧防护罩123、3D打印模块防护
门装置、铣削模块防护门装置、磨削模块防护门装置和抛光模块防护门装置，外防护系统的
各个结构均为钣金防护结构。
[0066] 如图7至图9所示，3D打印模块内防护系统包括用于防护X轴导轨滑块一4-2和X轴电机丝杠机构一4-3的3D打印模块X轴防护罩132、用于防护Y轴导轨滑块一3-2和Y轴电机丝
杠机构一3-3的3D打印模块Y轴防护罩133、用于防护Z轴电机丝杠机构一6-3的3D打印模块Z
轴丝杠防护罩144和用于Z轴导轨滑块机构一的3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩162，防护罩
均为风琴防护罩。具体的，3D打印模块X轴防护罩132分为左右两侧且均为风琴防护罩，分别
与X轴托板一4-1和Y轴托板一3-1连接；3D打印模块Y轴防护罩133分为前后两侧且均为风琴
防护罩，分别与Y轴托板一3-1和3D打印工作台5连接；3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩162也
为风琴防护罩，其与Z轴立柱一6-1和Z轴提升板一6-4连接；3D打印模块Z轴丝杠防护罩144
分为上下两侧且均为风琴防护罩，其与机床顶板7、Z轴提升板一6-4和机床底板2连接。3D打
印模块设置3D打印模块Z轴漏油回收盘161，可以实现3D打印模块Z轴润滑油的回收；3D打印
模块设置3D打印模块X、Y轴漏油回收盒134，可以实现3D打印模块X、Y轴润滑油的回收。
杠机构一3-3的3D打印模块Y轴防护罩133、用于防护Z轴电机丝杠机构一6-3的3D打印模块Z
轴丝杠防护罩144和用于Z轴导轨滑块机构一的3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩162，防护罩
均为风琴防护罩。具体的，3D打印模块X轴防护罩132分为左右两侧且均为风琴防护罩，分别
与X轴托板一4-1和Y轴托板一3-1连接；3D打印模块Y轴防护罩133分为前后两侧且均为风琴
防护罩，分别与Y轴托板一3-1和3D打印工作台5连接；3D打印模块Z轴导轨滑块防护罩162也
为风琴防护罩，其与Z轴立柱一6-1和Z轴提升板一6-4连接；3D打印模块Z轴丝杠防护罩144
分为上下两侧且均为风琴防护罩，其与机床顶板7、Z轴提升板一6-4和机床底板2连接。3D打
印模块设置3D打印模块Z轴漏油回收盘161，可以实现3D打印模块Z轴润滑油的回收；3D打印
模块设置3D打印模块X、Y轴漏油回收盒134，可以实现3D打印模块X、Y轴润滑油的回收。
[0067] 如图7至图9所示，铣削模块内防护系统包括铣削模块X轴防护装置135、铣削模块Y轴防护装置136、用于防护Z轴电机丝杠机构二15-3的铣削模块Z轴丝杠防护罩145和用于防
护Z轴导轨滑块二15-2的铣削模块Z轴导轨滑块防护罩158；铣削模块X轴防护装置135包括
用于防护X轴导轨滑块二18-2和X轴电机丝杠机构二18-3的铣削模块X轴防护罩135-1，以及
铣削模块X轴防护罩连接板135-2；铣削模块Y轴防护装置136包括铣削模块Y轴防护罩连接
板136-1和用于防护Y轴导轨滑块二17-2和Y轴电机丝杠机构二17-3的铣削模块Y轴防护罩
136-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，铣削模块X轴防护罩135-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板二18-1和铣削模块X轴防护罩连接板135-2连接；铣削模块Y
轴防护罩136-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板二17-1和铣削模块Y轴防
护罩连接板136-1连接；铣削模块Z轴导轨滑块防护罩158也为风琴防护罩，其与Z轴立柱二
15-1和Z轴提升板二15-4连接；铣削模块Z轴丝杠防护罩145分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板二15-4和机床底板2连接。铣削模块设置有铣削模块Z轴漏油
回收盘157，可以实现Z轴润滑油的回收；铣削模块设置有铣削模块X、Y轴漏油回收盒137，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
护Z轴导轨滑块二15-2的铣削模块Z轴导轨滑块防护罩158；铣削模块X轴防护装置135包括
用于防护X轴导轨滑块二18-2和X轴电机丝杠机构二18-3的铣削模块X轴防护罩135-1，以及
铣削模块X轴防护罩连接板135-2；铣削模块Y轴防护装置136包括铣削模块Y轴防护罩连接
板136-1和用于防护Y轴导轨滑块二17-2和Y轴电机丝杠机构二17-3的铣削模块Y轴防护罩
136-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，铣削模块X轴防护罩135-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板二18-1和铣削模块X轴防护罩连接板135-2连接；铣削模块Y
轴防护罩136-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板二17-1和铣削模块Y轴防
护罩连接板136-1连接；铣削模块Z轴导轨滑块防护罩158也为风琴防护罩，其与Z轴立柱二
15-1和Z轴提升板二15-4连接；铣削模块Z轴丝杠防护罩145分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板二15-4和机床底板2连接。铣削模块设置有铣削模块Z轴漏油
回收盘157，可以实现Z轴润滑油的回收；铣削模块设置有铣削模块X、Y轴漏油回收盒137，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
[0068] 如图7至图9所示，磨削模块内防护系统包括磨削模块X轴防护装置138、磨削模块Y轴防护装置139、用于防护Z轴电机丝杠机构三26-3的磨削模块Z轴丝杠防护罩146和用于防
护Z轴导轨滑块三26-2的磨削模块Z轴导轨滑块防护罩154；磨削模块X轴防护装置138包括
用于防护X轴导轨滑块三23-2和X轴电机丝杠机构三23-3的磨削模块X轴防护罩138-1，以及
磨削模块X轴防护罩连接板138-2；磨削模块Y轴防护装置139包括磨削模块Y轴防护罩连接
板139-1和用于防护Y轴导轨滑块三22-2和Y轴电机丝杠机构三22-3的磨削模块Y轴防护罩
139-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，磨削模块X轴防护罩138-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板三23-1和磨削模块X轴防护罩连接板138-2连接；磨削模块Y
轴防护罩139-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板三22-1和磨削模块Y轴防
护罩连接板139-1连接；磨削模块Z轴导轨滑块防护罩154也为风琴防护罩，其与Z轴立柱三
26-1和Z轴提升板三26-4连接；磨削模块Z轴丝杠防护罩146分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板三26-4和机床底板2连接。磨削模块设置有磨削模块Z轴漏油
回收盘153，可以实现Z轴润滑油的回收；磨削模块设置有磨削模块X、Y轴漏油回收盒140，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
护Z轴导轨滑块三26-2的磨削模块Z轴导轨滑块防护罩154；磨削模块X轴防护装置138包括
用于防护X轴导轨滑块三23-2和X轴电机丝杠机构三23-3的磨削模块X轴防护罩138-1，以及
磨削模块X轴防护罩连接板138-2；磨削模块Y轴防护装置139包括磨削模块Y轴防护罩连接
板139-1和用于防护Y轴导轨滑块三22-2和Y轴电机丝杠机构三22-3的磨削模块Y轴防护罩
139-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，磨削模块X轴防护罩138-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板三23-1和磨削模块X轴防护罩连接板138-2连接；磨削模块Y
轴防护罩139-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板三22-1和磨削模块Y轴防
护罩连接板139-1连接；磨削模块Z轴导轨滑块防护罩154也为风琴防护罩，其与Z轴立柱三
26-1和Z轴提升板三26-4连接；磨削模块Z轴丝杠防护罩146分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板三26-4和机床底板2连接。磨削模块设置有磨削模块Z轴漏油
回收盘153，可以实现Z轴润滑油的回收；磨削模块设置有磨削模块X、Y轴漏油回收盒140，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
[0069] 如图7至图9所示，抛光模块内防护系统包括抛光模块X轴防护装置141、抛光模块Y轴防护装置142、用于防护Z轴电机丝杠机构四30-3的抛光模块Z轴丝杠防护罩147和用于防
护Z轴导轨滑块四30-2的抛光模块Z轴导轨滑块防护罩150；抛光模块X轴防护装置141包括
用于防护X轴导轨滑块四29-2和X轴电机丝杠机构四29-3的抛光模块X轴防护罩141-1，以及
抛光模块X轴防护罩连接板141-2；抛光模块Y轴防护装置142包括抛光模块Y轴防护罩连接
板139-1和用于防护Y轴导轨滑块四28-2和Y轴电机丝杠机构四28-3的抛光模块Y轴防护罩
139-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，抛光模块X轴防护罩141-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板四29-1和抛光模块X轴防护罩连接板141-2连接；抛光模块Y
轴防护罩139-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板四28-1和抛光模块Y轴防
护罩连接板139-1连接；抛光模块Z轴导轨滑块防护罩150也为风琴防护罩，其与Z轴立柱四
30-1和Z轴提升板四30-4连接；抛光模块Z轴丝杠防护罩147分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板四30-4和机床底板2连接。抛光模块设置有抛光模块Z轴漏油
回收盘149，可以实现Z轴润滑油的回收；抛光模块设置有抛光模块X、Y轴漏油回收盒143，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
护Z轴导轨滑块四30-2的抛光模块Z轴导轨滑块防护罩150；抛光模块X轴防护装置141包括
用于防护X轴导轨滑块四29-2和X轴电机丝杠机构四29-3的抛光模块X轴防护罩141-1，以及
抛光模块X轴防护罩连接板141-2；抛光模块Y轴防护装置142包括抛光模块Y轴防护罩连接
板139-1和用于防护Y轴导轨滑块四28-2和Y轴电机丝杠机构四28-3的抛光模块Y轴防护罩
139-2；上述防护罩均为风琴防护罩。具体的，抛光模块X轴防护罩141-1分为左右两侧且均
为风琴防护罩，分别与X轴托板四29-1和抛光模块X轴防护罩连接板141-2连接；抛光模块Y
轴防护罩139-2分为前后两侧且均为风琴防护罩，分别与Y轴托板四28-1和抛光模块Y轴防
护罩连接板139-1连接；抛光模块Z轴导轨滑块防护罩150也为风琴防护罩，其与Z轴立柱四
30-1和Z轴提升板四30-4连接；抛光模块Z轴丝杠防护罩147分为上下两侧且均为风琴防护
罩，其与机床顶板7、Z轴提升板四30-4和机床底板2连接。抛光模块设置有抛光模块Z轴漏油
回收盘149，可以实现Z轴润滑油的回收；抛光模块设置有抛光模块X、Y轴漏油回收盒143，可以实现X、Y轴润滑油的回收。
[0070] 如图5至图9所示，3D打印模块防护门装置、铣削模块防护门装置、磨削模块防护门装置和抛光模块防护门装置均分别包括防护门、防护门导向结构、防护门提升板、气缸前连
接法兰、气缸和气缸后连接法兰，气缸设置在Z轴立柱的后端，其通过气缸前连接法兰和气
缸后连接法兰与Z轴立柱连接，气缸的顶杆穿过机床顶板7与防护门提升板连接，防护门提
升板与防护门的顶部连接，防护门与防护门导向结构滑动连接，防护门可沿着防护门导向
结构进行垂直方向的滑动，防护门导向结构安装在Z轴立柱的前端。上述防护门装置安装每
个模块设置有4个Z轴立柱的情况下。气缸为各模块防护门装置的开启、关闭提供动力。具体
的，3D打印模块防护门装置包括3D打印模块防护门102、3D打印模块防护门导向结构160、3D
打印模块防护门提升板105、3D打印模块气缸前连接法兰163-3、3D打印模块气缸163-2和3D
打印模块气缸后连接法兰163-1，3D打印模块气缸前连接法兰163-3、3D打印模块气缸163-2
和3D打印模块气缸后连接法兰163-1共同构成3D打印模块防护门启闭动力装置163，3D打印
模块防护门102开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱后端的两个3D打印模块气缸163-2
提供，通过3D打印模块防护门提升板105与3D打印模块防护门102进行连接，3D打印模块防
护门导向结构160安置在机床前Z轴立柱前端，通过3D打印模块防护门导向结构160，3D打印
模块防护门102可以实现垂直方向的运动，3D打印模块防护门102上设置有3D打印模块防护
门玻璃104，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。铣削模块防护门装置包括铣削模
块防护门110、铣削模块防护门导向结构156、铣削模块防护门提升板108、铣削模块气缸前
连接法兰159-3、铣削模块气缸159-2和铣削模块气缸后连接法兰159-1，铣削模块气缸前连
接法兰159-3、铣削模块气缸159-2和铣削模块气缸后连接法兰159-1共同构成铣削模块防
护门启闭动力装置159，铣削模块防护门110开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱后端的
两个铣削模块气缸159-2提供，通过铣削模块防护门提升板108与铣削模块防护门110进行
连接，铣削模块防护门导向结构156安置在机床前Z轴立柱前端，通过铣削模块防护门导向
结构156，铣削模块防护门110可以实现垂直方向的运动，铣削模块防护门110上设置铣削模
块防护门玻璃109，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。磨削模块防护门装置包括
磨削模块防护门116、磨削模块防护门导向结构152、磨削模块防护门提升板113、磨削模块
气缸前连接法兰155-3、磨削模块气缸155-2和磨削模块气缸后连接法兰155-1，磨削模块气
缸前连接法兰155-3、磨削模块气缸155-2和磨削模块气缸后连接法兰155-1共同构成磨削
模块防护门启闭动力装置155，磨削模块防护门116开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱
后端的两个磨削模块气缸155-2提供，通过磨削模块防护门提升板113与磨削模块防护门
116进行连接，磨削模块防护门导向结构152安置在机床前Z轴立柱前端，通过磨削模块防护
门导向结构152，磨削模块防护门116可以实现垂直方向的运动，磨削模块防护门116上设置
磨削模块防护门玻璃114，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。抛光模块防护门装
置包括抛光模块防护门121、抛光模块防护门导向结构148、抛光模块防护门提升板117、抛
光模块气缸前连接法兰151-3、抛光模块气缸151-2和抛光模块气缸后连接法兰151-1，抛光
模块气缸前连接法兰151-3、抛光模块气缸151-2和抛光模块气缸后连接法兰151-1共同构
成抛光模块防护门启闭动力装置151，抛光模块防护门121开启、关闭动力由设置在机床前Z
轴立柱后端的两个抛光模块气缸151-2提供，通过抛光模块防护门提升板117与抛光模块防
护门121进行连接，抛光模块防护门导向结构148安置在机床前Z轴立柱前端，通过抛光模块
防护门导向结构148，抛光模块防护门121可以实现垂直方向的运动，抛光模块防护门121上
设置抛光模块防护门玻璃120，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。
接法兰、气缸和气缸后连接法兰，气缸设置在Z轴立柱的后端，其通过气缸前连接法兰和气
缸后连接法兰与Z轴立柱连接，气缸的顶杆穿过机床顶板7与防护门提升板连接，防护门提
升板与防护门的顶部连接，防护门与防护门导向结构滑动连接，防护门可沿着防护门导向
结构进行垂直方向的滑动，防护门导向结构安装在Z轴立柱的前端。上述防护门装置安装每
个模块设置有4个Z轴立柱的情况下。气缸为各模块防护门装置的开启、关闭提供动力。具体
的，3D打印模块防护门装置包括3D打印模块防护门102、3D打印模块防护门导向结构160、3D
打印模块防护门提升板105、3D打印模块气缸前连接法兰163-3、3D打印模块气缸163-2和3D
打印模块气缸后连接法兰163-1，3D打印模块气缸前连接法兰163-3、3D打印模块气缸163-2
和3D打印模块气缸后连接法兰163-1共同构成3D打印模块防护门启闭动力装置163，3D打印
模块防护门102开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱后端的两个3D打印模块气缸163-2
提供，通过3D打印模块防护门提升板105与3D打印模块防护门102进行连接，3D打印模块防
护门导向结构160安置在机床前Z轴立柱前端，通过3D打印模块防护门导向结构160，3D打印
模块防护门102可以实现垂直方向的运动，3D打印模块防护门102上设置有3D打印模块防护
门玻璃104，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。铣削模块防护门装置包括铣削模
块防护门110、铣削模块防护门导向结构156、铣削模块防护门提升板108、铣削模块气缸前
连接法兰159-3、铣削模块气缸159-2和铣削模块气缸后连接法兰159-1，铣削模块气缸前连
接法兰159-3、铣削模块气缸159-2和铣削模块气缸后连接法兰159-1共同构成铣削模块防
护门启闭动力装置159，铣削模块防护门110开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱后端的
两个铣削模块气缸159-2提供，通过铣削模块防护门提升板108与铣削模块防护门110进行
连接，铣削模块防护门导向结构156安置在机床前Z轴立柱前端，通过铣削模块防护门导向
结构156，铣削模块防护门110可以实现垂直方向的运动，铣削模块防护门110上设置铣削模
块防护门玻璃109，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。磨削模块防护门装置包括
磨削模块防护门116、磨削模块防护门导向结构152、磨削模块防护门提升板113、磨削模块
气缸前连接法兰155-3、磨削模块气缸155-2和磨削模块气缸后连接法兰155-1，磨削模块气
缸前连接法兰155-3、磨削模块气缸155-2和磨削模块气缸后连接法兰155-1共同构成磨削
模块防护门启闭动力装置155，磨削模块防护门116开启、关闭动力由设置在机床前Z轴立柱
后端的两个磨削模块气缸155-2提供，通过磨削模块防护门提升板113与磨削模块防护门
116进行连接，磨削模块防护门导向结构152安置在机床前Z轴立柱前端，通过磨削模块防护
门导向结构152，磨削模块防护门116可以实现垂直方向的运动，磨削模块防护门116上设置
磨削模块防护门玻璃114，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。抛光模块防护门装
置包括抛光模块防护门121、抛光模块防护门导向结构148、抛光模块防护门提升板117、抛
光模块气缸前连接法兰151-3、抛光模块气缸151-2和抛光模块气缸后连接法兰151-1，抛光
模块气缸前连接法兰151-3、抛光模块气缸151-2和抛光模块气缸后连接法兰151-1共同构
成抛光模块防护门启闭动力装置151，抛光模块防护门121开启、关闭动力由设置在机床前Z
轴立柱后端的两个抛光模块气缸151-2提供，通过抛光模块防护门提升板117与抛光模块防
护门121进行连接，抛光模块防护门导向结构148安置在机床前Z轴立柱前端，通过抛光模块
防护门导向结构148，抛光模块防护门121可以实现垂直方向的运动，抛光模块防护门121上
设置抛光模块防护门玻璃120，以便操作人员对制造系统内部状态进行观察。
[0071] 如图10和图11所示，根据制造系统护门未开启时人机工程图可见操作人员能够方便操作和对制造系统内部状态进行观察。根据制造系统防护门开启时人机工程图，操作人
员能够方便对工件13进行取放，也可对制造系统进行修理维护。本发明实现了操作人员在
工作生产和生活活动的过程中所处的环境的舒适性和安全性，从而保证操作人的生命安
全、身体的健康、舒适度和工作高效等。
员能够方便对工件13进行取放，也可对制造系统进行修理维护。本发明实现了操作人员在
工作生产和生活活动的过程中所处的环境的舒适性和安全性，从而保证操作人的生命安
全、身体的健康、舒适度和工作高效等。
[0072] 本发明在实际使用时，根据实际需要，可以增设现有技术中的制造系统总控制器112、传感系统、激光器、送粉器、纳米MQL装置、超声雾化喷洒系统、润滑系统、冷却系统、漏油回收装置、粉末收集装置、油雾收集装置、机床报警装置、拖链装置、液压系统、气动系统、照明装置、摄像装置和电控柜等辅助装置。这些辅助装置的具体安装和功能根据使用者的
具体需求确定。比如可以通过制造系统总控制器112实现对各加工模块和其它辅助装置的
综合控制，以实现复杂光学自由曲面工件13的智能化加工，可采用如下控制步骤：S1：系统
开机，制造系统总控制器112控制3D模块重力平衡装置启动，保证3D打印模块Z轴的导向精
度，之后对输入到制造系统总控制器112中的光学曲面模型进行打印，在线检测机械臂一33
进行对打印熔池的在线检测，熔池检测合格，则继续进行打印，如检测不合格，则更改工艺
参数继续进行打印，打印结束后在线检测机械臂一33对光学曲面面型进行检测，面型检测
合格，则打印结束，工件夹具9对光学曲面零件进行夹紧，如检测不合格，则更改工艺参数继续进行打印；S2：制造系统总控制器112控制铣刀更换机械臂34通过搬运夹手将工件夹具9
及光学曲面零件从3D打印模块搬运至铣削模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置
二16启动，保证铣削模块Z轴的导向精度，之后对光学曲面零件进行粗精铣削，铣削过程中
根据刀具使用情况通过在线检测机械臂二36对铣刀磨损情况进行检测，通过铣刀更换机械
臂34和铣刀刀库35对铣刀进行更换，粗精铣各阶段加工完成后，在线检测机械臂二36对光
学曲面零件面型粗糙度进行检测，检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精铣检测合
格；S3:制造系统总控制器112控制砂轮更换修磨机械臂39通过搬运夹手将工件夹具9及光
学曲面零件从铣削模块搬运至磨削模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置三21启
动，保证磨削模块Z轴的导向精度，之后对光学曲面零件进行粗精磨削，磨削过程中根据砂
轮使用情况通过在线检测机械臂三41对铣刀磨损情况进行检测，通过砂轮更换修磨机械臂
39和砂轮刀库40对砂轮进行更换，通过砂轮更换修磨机械臂39和砂轮修磨器42对砂轮修
磨，粗精磨各阶段加工完成后，在线检测机械臂三41对光学曲面零件面型粗糙度进行检测，
检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精磨检测合格；S4：制造系统总控制器112控制
气囊更换修磨机械臂45通过搬运夹手将工件夹具9及光学曲面零件从磨削模块搬运至抛光
模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置四27启动，保证抛光模块Z轴的导向精度，之
后对光学曲面零件进行粗精抛光，制造系统总控制器112根据抛光过程中光学曲面零件和
抛光气囊的相对位姿，反解出超声喷雾机械臂51的位姿，以最佳的喷雾角度对抛光液进行
喷洒，抛光过程中根据气囊使用情况通过在线检测机械臂四47对气囊磨损情况进行检测，
通过气囊更换修磨机械臂45和气囊刀库46对气囊进行更换，通过气囊更换修磨机械臂45和
气囊修磨器48对气囊修磨，粗精抛各阶段加工完成后，在线检测机械臂四47对光学曲面零
件面型粗糙度进行检测，检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精抛检测合格后加工
结束。再比如铣削模块和磨削模块可采用纳米MQL(最小量润滑)技术。再比如各模块亦可增
加超声装置进行超声制造。比如制造系统设置3D打印模块报警装置106，制造系统总控制器
112通过现有技术中的传感系统获得的3D打印模块异常信号，传输给3D打印模块报警装置
106进行报警；制造系统设置有铣削模块报警装置111，制造系统总控制器112通过传感系统
获得的铣削模块异常信号，传输给铣削模块报警装置111进行报警；制造系统设置磨削模块
报警装置115，制造系统总控制器112通过传感系统获得的磨削模块异常信号，传输给磨削
模块报警装置115进行报警；制造系统设置抛光模块报警装置118，制造系统总控制器112通
过传感系统获得的抛光模块异常信号，传输给抛光模块报警装置118进行报警。当然，在制
造系统实际使用的过程中的其他功能也可根据情况通过制造系统总控制器112进行控制，
比如通过制造系统总控制器112控制各模块防护门的开启、关闭。再比如3D打印模块设置3D
打印模块粉末收集装置125，以排除制造系统内部产生的热量，减少制造系统的热变形，影
响加工精度，也可排除制造系统内的粉尘；铣削模块、磨削模块和抛光模块对应设置有铣削
模块油雾收集装置127、磨削模块油雾收集装置129和抛光模块油雾收集装置131，以排除制
造系统内部产生的热量，减少制造系统的热变形，影响加工精度，也可排除制造系统内的油
雾。比如通过物料搬运、在线检测和加工工具更换等辅助装置，实现加工检测柔性化、自动
化和智能化。
具体需求确定。比如可以通过制造系统总控制器112实现对各加工模块和其它辅助装置的
综合控制，以实现复杂光学自由曲面工件13的智能化加工，可采用如下控制步骤：S1：系统
开机，制造系统总控制器112控制3D模块重力平衡装置启动，保证3D打印模块Z轴的导向精
度，之后对输入到制造系统总控制器112中的光学曲面模型进行打印，在线检测机械臂一33
进行对打印熔池的在线检测，熔池检测合格，则继续进行打印，如检测不合格，则更改工艺
参数继续进行打印，打印结束后在线检测机械臂一33对光学曲面面型进行检测，面型检测
合格，则打印结束，工件夹具9对光学曲面零件进行夹紧，如检测不合格，则更改工艺参数继续进行打印；S2：制造系统总控制器112控制铣刀更换机械臂34通过搬运夹手将工件夹具9
及光学曲面零件从3D打印模块搬运至铣削模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置
二16启动，保证铣削模块Z轴的导向精度，之后对光学曲面零件进行粗精铣削，铣削过程中
根据刀具使用情况通过在线检测机械臂二36对铣刀磨损情况进行检测，通过铣刀更换机械
臂34和铣刀刀库35对铣刀进行更换，粗精铣各阶段加工完成后，在线检测机械臂二36对光
学曲面零件面型粗糙度进行检测，检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精铣检测合
格；S3:制造系统总控制器112控制砂轮更换修磨机械臂39通过搬运夹手将工件夹具9及光
学曲面零件从铣削模块搬运至磨削模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置三21启
动，保证磨削模块Z轴的导向精度，之后对光学曲面零件进行粗精磨削，磨削过程中根据砂
轮使用情况通过在线检测机械臂三41对铣刀磨损情况进行检测，通过砂轮更换修磨机械臂
39和砂轮刀库40对砂轮进行更换，通过砂轮更换修磨机械臂39和砂轮修磨器42对砂轮修
磨，粗精磨各阶段加工完成后，在线检测机械臂三41对光学曲面零件面型粗糙度进行检测，
检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精磨检测合格；S4：制造系统总控制器112控制
气囊更换修磨机械臂45通过搬运夹手将工件夹具9及光学曲面零件从磨削模块搬运至抛光
模块，制造系统总控制器112控制重力平衡装置四27启动，保证抛光模块Z轴的导向精度，之
后对光学曲面零件进行粗精抛光，制造系统总控制器112根据抛光过程中光学曲面零件和
抛光气囊的相对位姿，反解出超声喷雾机械臂51的位姿，以最佳的喷雾角度对抛光液进行
喷洒，抛光过程中根据气囊使用情况通过在线检测机械臂四47对气囊磨损情况进行检测，
通过气囊更换修磨机械臂45和气囊刀库46对气囊进行更换，通过气囊更换修磨机械臂45和
气囊修磨器48对气囊修磨，粗精抛各阶段加工完成后，在线检测机械臂四47对光学曲面零
件面型粗糙度进行检测，检测不合格则更改工艺参数进行加工，直到精抛检测合格后加工
结束。再比如铣削模块和磨削模块可采用纳米MQL(最小量润滑)技术。再比如各模块亦可增
加超声装置进行超声制造。比如制造系统设置3D打印模块报警装置106，制造系统总控制器
112通过现有技术中的传感系统获得的3D打印模块异常信号，传输给3D打印模块报警装置
106进行报警；制造系统设置有铣削模块报警装置111，制造系统总控制器112通过传感系统
获得的铣削模块异常信号，传输给铣削模块报警装置111进行报警；制造系统设置磨削模块
报警装置115，制造系统总控制器112通过传感系统获得的磨削模块异常信号，传输给磨削
模块报警装置115进行报警；制造系统设置抛光模块报警装置118，制造系统总控制器112通
过传感系统获得的抛光模块异常信号，传输给抛光模块报警装置118进行报警。当然，在制
造系统实际使用的过程中的其他功能也可根据情况通过制造系统总控制器112进行控制，
比如通过制造系统总控制器112控制各模块防护门的开启、关闭。再比如3D打印模块设置3D
打印模块粉末收集装置125，以排除制造系统内部产生的热量，减少制造系统的热变形，影
响加工精度，也可排除制造系统内的粉尘；铣削模块、磨削模块和抛光模块对应设置有铣削
模块油雾收集装置127、磨削模块油雾收集装置129和抛光模块油雾收集装置131，以排除制
造系统内部产生的热量，减少制造系统的热变形，影响加工精度，也可排除制造系统内的油
雾。比如通过物料搬运、在线检测和加工工具更换等辅助装置，实现加工检测柔性化、自动
化和智能化。
[0073] 本发明在实际使用时，可以增设人工智能的专家系统，每次加工时把材料和工艺参数输入专家系统，专家系统记录加工检测数据并进行学习，通过学习算法计算结果对工
艺参数进行优化，本发明增设专家系统后的工艺流程图如图12所示。
艺参数进行优化，本发明增设专家系统后的工艺流程图如图12所示。
[0074] 本发明在使用时，需要在恒温恒湿的条件下工作。
[0075] 本发明在使用时，工件13通过铣刀更换机械臂34、砂轮更换修磨机械臂39和气囊更换修磨机械臂45在各模块间依次进行传递，通过零点定位系统进行定位，通过坐标变换
在各模块依次进行加工，以保证加工精度。本发明根据实际情况对四个模块工作台间的距
离以及铣刀更换机械臂34、砂轮更换修磨机械臂39和气囊更换修磨机械臂45在机床底板2
上进行精确定位，用以保证坐标转换的实现。
在各模块依次进行加工，以保证加工精度。本发明根据实际情况对四个模块工作台间的距
离以及铣刀更换机械臂34、砂轮更换修磨机械臂39和气囊更换修磨机械臂45在机床底板2
上进行精确定位，用以保证坐标转换的实现。
[0076] 本发明在使用时，制造系统本体比如底座，立柱，顶板，底板，提升板，托板结构材料可采用天然花岗岩，该材料经过长期自然时效，采用这种材料的机床具有优异的结构稳定性和精度保持性，该材料并具有优良的振动阻尼性和低热膨胀系数，可以满足超精密加
工需求。机床结构材料亦可根据实际需要采用铸造金属材料、锻造金属材料或3D打印金属
材料等。
工需求。机床结构材料亦可根据实际需要采用铸造金属材料、锻造金属材料或3D打印金属
材料等。
[0077] 本发明在使用时，五轴联动加工装置可以通过把两个回转自由度的工作台转换为固定工作台、分度台、单回转工作台、回转分度工作台、角度头、单摆头、摆角头和万能头变为三轴联动加工装置、三轴半轴联动加工装置、四轴联动加工装置、四轴半轴联动加工装置
和五轴联动加工装置。
和五轴联动加工装置。
[0079] 本发明在使用时，内防护系统亦可增加对机械臂、刀库和修磨器的防护装置，X轴、Y轴和Z轴导轨滑块防护罩亦可为铠甲防护罩。
[0080] 本发明在使用时，本发明各模块及各模块的组合亦可转变为单独的装备，各模块结构可以转变为坐标测量机、压力机、龙门机床等其它具有高刚性、高精度的装备。
[0081] 本发明在使用时，加入各模块Z轴电机丝杠机构由本实施例单点驱动可以转化为Z轴立柱中安装Z轴电机丝杠机构的四点驱动等其它驱动形式。
[0082] 本发明在使用时，加入各模块XYZ轴导轨滑块数量和布置形式由力学计算确定。
[0083] 本发明在使用时，气缸和油缸可以同等替换为电动缸等动力装置。
[0084] 本发明在使用时，制造系统外防护3D打印模块前下侧防护可涂装成红色，铣削模块前下侧防护可涂装成黄色，磨削模块前下侧防护可涂装成蓝色，抛光模块前下侧防护可
涂装成绿色，其余皆涂装成白色。防护门采用造型设计，3D打印模块上边缘可印有“增”字
样，铣削模块上边缘可印有“铣”字样，磨削模块上边缘可印有“磨”字样，抛光模块上边缘可印有“抛”字样，运用人机工程学、色彩学和美学等设计方法，具有良好的宜人性、使用性和时尚性。
涂装成绿色，其余皆涂装成白色。防护门采用造型设计，3D打印模块上边缘可印有“增”字
样，铣削模块上边缘可印有“铣”字样，磨削模块上边缘可印有“磨”字样，抛光模块上边缘可印有“抛”字样，运用人机工程学、色彩学和美学等设计方法，具有良好的宜人性、使用性和时尚性。
[0085] 本发明公开的实施例中，只说明了与本实施例公开涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
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