CN102069350A - 球瓣端面的加工方法及专用胎具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的球瓣端面的加工方法及专用胎具。该方法包括步骤a、将坯料固定在一胎具上；该胎具上设置有左基准面、右基准面和上基准面，所述左基准面和右基准面之间的夹角与球瓣左端面和右端面的理论夹角大小相等；b、分别以所述左基准面、右基准面以及上基准面为基准在所述坯料上加工出球瓣的左端面、右端面以及上端面；在加工后坯料上剩余的下端料头上设置定位物；c、将坯料旋转180°并重新安装到所述胎具上，使当所述定位物与胎具的上基准面之间刚好处于某预设的相对位置时，球瓣上已加工的上端面与所述上基准面之间的夹角与球瓣上端面和下端面的理论夹角大小相等；d、以所述上基准面为基准在坯料上加工出球瓣的下端面，使加工出的下端面与胎具的上基准面平行。

Description

球瓣端面的加工方法及专用胎具

技术领域

本发明涉及空心球体的制造。所述空心球体是由多个球瓣焊接形成，本发明具体涉及的是球瓣端面的加工方法及专用胎具。

背景技术

某零件是一个直径达几米的空心球体，在该球体的整个表面上分布有多个通孔。由于对这些孔的加工精度有严格要求，合理的制造工艺是先将多块由板材模锻并经过后续机械加工所形成的球瓣焊接成空心球体，然后再以相同的基准在该空心球体的表面开孔。为确保空心球体的加工精度，必须保证球瓣的加工精度。下面结合说明书附图对目前球瓣加工中所面临的问题进行说明。

如图1～2所示，空心球体2由多片形状、大小完全相同的球瓣1所构成的(图中仅示出了其中一片球瓣)。如图3～6所示，该球瓣1为一个六面体，包括内外两个球面以及分别通过球心的四个端面，即左端面101、右端面102、上端面103和下端面104。其中，左端面101和右端面102分别为该球瓣1长度方向的两端面，上端面103和下端面104则分别为该球瓣1宽度方向的两端面。当然，也可以将所述左端面101和右端面102设为该球瓣1宽度方向的两端面，而将上端面103和下端面104设为该球瓣1长度方向的两端面。由于上述这四个端面均指向球心，因此如图2和图6所示，所述左端面101和右端面102的延长线必然交于该球心并形成一夹角β；如图1和图4所示，所述上端面103和下端面104的延长线同样交于该球心并形成一夹角α。

如图19所示，将两个球瓣1进行焊接时依赖这两个球瓣的端面进行定位，因此上述左端面101、右端面102、上端面103和下端面104的加工精度十分重要。实际上，只要能准确的加工出上述左端面101、右端面102、上端面103和下端面104，即便在这些端面上加工出的焊接用坡口8存在较大误差，也不会影响球瓣之间的焊接精度。因此，加工球瓣1的关键是确保球瓣1的左端面101、右端面102、上端面103和下端面104的加工精度。

由于板材模锻并经过内外球面精加工后所形成的坯料3的四个端面是不确定的，因此不可能作为球瓣1的左端面101、右端面102、上端面103和下端面104的加工基准，造成球瓣端面的加工没有合适的基准。此外，由于所述左端面101、右端面102、上端面103和下端面104均为空间曲面，它们的加工通常依赖多轴联动的大型数控机床，而目前尚无现成的满足要求的加工设备。为此，必须开发一种用于加工球瓣的四个端面的新技术，从而在现有加工条件下满足球瓣四个向心端面的精确加工要求。

发明内容

本发明所解决的一个技术问题是提供一种高精度的球瓣端面的加工方法。

解决上述技术问题的技术方案是：本发明方法包括如下步骤：

a、将坯料固定在一胎具上；该胎具上设置有左基准面、右基准面和上基准面，所述左基准面和右基准面之间的夹角与球瓣左端面和右端面的理论夹角大小相等；

b、分别以所述左基准面、右基准面以及上基准面为基准在所述坯料上加工出球瓣的左端面、右端面以及上端面，使加工出的左端面与所述左基准面平行，使加工出的右端面与所述右基准面平行，使加工出的上端面与所述上基准面平行；此外，在加工后坯料上所剩余的下端料头上设置定位物；

c、将坯料旋转180°并重新安装到所述胎具上，使所述下端料头从胎具的正下端翻转到胎具的正上端，然后按下述要求对坯料的安装位置进行调整后固定：即当所述定位物与胎具的上基准面之间刚好处于某预设的相对位置时，球瓣上已加工的上端面与所述上基准面之间的夹角与球瓣上端面和下端面的理论夹角大小刚好相等；

d、以所述上基准面为基准在坯料上加工出球瓣的下端面，使加工出的下端面与胎具的上基准面平行。

经过上述四个步骤后，即可加工出球瓣的四个端面。上述方法的主要特点在于：

一、将加工基准转移到专用胎具上，这样可直接、快速的加工出球瓣的其中三个端面，即左端面、右端面和上端面。具体来讲，由于胎具左基准面和右基准面之间的夹角与球瓣左端面和右端面的理论夹角大小相等，因此球瓣的左端面与右端面的夹角和距离完全就由胎具左基准面和右基准面之间的夹角和距离来控制；而球瓣的上端面也可以依据胎具的上基准面先加工出来，后续再通过球瓣下端面的加工来控制球瓣上端面与下端面的夹角和距离。

二、巧妙的实现了球瓣上端面与下端面之间的夹角和距离的控制。由于难以在坯料的下方设置机械切削设备，因此球瓣下端面的加工必须移到胎具的上端进行，因此也就必须对坯料进行180°的旋转，使上述加工后坯料上剩余的下端料头从胎具的正下端翻转到胎具的正上端。但由于球瓣的左端面、右端面和上端面均为空间曲面，当坯料进行180°翻转后，这些曲面的空间位置和方向均会发生变化，此时如果还是仅依靠胎具的上基准面来加工球瓣的下端面，将无法对球瓣上端面与下端面的夹角和距离进行约束。本发明的一个巧妙之处在于提前在所述下端料头上设置定位物，进而在坯料旋转180°后通过控制该定位物与胎具的上基准面之间的相对位置来控制球瓣上端面与下端面的夹角和距离。

作为对上述方案的进一步优化，所述定位物采用分别设置在所述下端料头两端面上的定位体；在步骤c中，使当第一定位体与胎具上基准面之间的垂直距离处于第一设定值，同时第二定位体与胎具上基准面之间的垂直距离处于第二设定值时，球瓣上已加工的上端面与所述胎具上基准面之间的夹角与球瓣上端面和下端面的理论夹角大小相等。所述定位体可以采用球头销。

本发明还提供了一种上述方法的专用胎具。该胎具的特点是设置有用于加工球瓣左端面和右端面的左基准面和右基准面，以及用于加工球瓣上端面和下端面的上基准面，所述左基准面和右基准面之间的夹角与球瓣左端面和右端面的理论夹角大小相等。具体的，该胎具包括用于安装坯料的支撑主体，所述左基准面、右基准面和上基准面分类别设置在该支撑主体的左端面、右端面和上端面上。

本发明的有益效果是：通过该方法及专用胎具可以快速、准确的加工出球瓣的四个端面，为球瓣间的组合焊接提供精确定位基础。

附图说明

图1为空心球体的由球瓣构成的示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为球瓣的主视图。

图4为图3的右视图。

图5为球瓣右端面的正投影图。

图6为图3的俯视图。

图7为将坯料安装在胎具上后的立体示意图。

图8为图7的主视图。

图9为图8的右视图。

图10为将坯料安装在胎具上后，球瓣右端面的正投影图。

图11为将坯料安装在胎具上后，球瓣左端面的正投影图。

图12为图8的俯视图。

图13为在球瓣右端面的正投影状态下，对球瓣左端面进行加工时的示意图。

图14为分别对球瓣左端面和右端面进行加工的立体示意图。

图15为对球瓣上端面进行加工的立体示意图。

图16为对球瓣下端进行加工的立体示意图(此时坯料已在图15的基础上旋转了180°，下端料头已从胎具的正下端翻转到胎具的正上端)。

图17为图16的主视图。

图18为图17的右视图。

图19为图18的局部示意图。

图20为球瓣端面的坡口示意图。

图21为图14中A处的局部放大图。

其中，图17和图18示出了定位物与胎具上基准面之间的位置关系。

图中标记为：球瓣1、左端面101、右端面102、上端面103、下端面104、空心球体2、坯料3、下端料头301、胎具4、支撑主体400、左基准面401、右基准面402、上基准面403、切边机5、运动方向501、铣床6、运动方向601、球头销7、坡口8、夹角α、夹角β、夹角γ、垂直距离L1、第一设定值W1、垂直距离L2、第二设定值W2、距离D。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

设每个球瓣1的左端面101和右端面102分别为该球瓣1长度方向的两端面，每个球瓣1的上端面103和下端面104则分别为该球瓣1宽度方向的两端面。设空心球体2由12片形状、大小完全相同的球瓣1所构成，此时，如图3～6，每球瓣1的左端面101和右端面102的理论夹角β为90°，同时上端面103和下端面104的理论夹角α为45°。下面具体说明对该球瓣1的左端面101、右端面102、上端面103和下端面104的加工方法。

首先，如图7～12所示，将坯料3固定在一胎具4上，该胎具4上设置有左基准面401、右基准面402和上基准面403，所述左基准面401和右基准面402之间的夹角与球瓣1左端面101和右端面102的理论夹角β大小相等，即为90°。

坯料3是由板材模锻并经过内外球面精加工后所形成。在图7～12中，虚线部分表示最终形成的球瓣1。从图中可以看出，坯料3的四个端面与最终形成的球瓣1的左端面101、右端面102、上端面103和下端面104之间分别存在一定距离的加工余量。由于坯料3的四个端面是不确定的空间曲面，无法作为球瓣1的左端面101、右端面102、上端面103和下端面104的加工基准面，因此必须依赖胎具4上的左基准面401、右基准面402和上基准面403作为加工基准。

在将坯料3安装在一胎具4上时，应考虑坯料3的安装位置必须为后续对球瓣1每个端面的加工均留有足够的余量。因此，应尽量使坯料3在胎具4上的安装位置适中，使坯料3的上端面与胎具4的上基准面403之间、坯料3的左端面与胎具4的左基准面401之间以及坯料3的右端面与胎具4的右基准面402之间距离合理。

如图13～15所示，在将坯料3固定在胎具4上后，分别以所述左基准面401、右基准面402以及上基准面403为基准在所述坯料3上加工出球瓣1的左端面101、右端面102以及上端面103，使加工出的左端面101与所述左基准面401平行，使加工出的右端面102与所述右基准面402平行，使加工出的上端面103与所述上基准面403平行；此外，还要在加工后坯料3上所剩余的下端料头301上设置定位物。

根据图12可以看出，球瓣1的左端面101和右端面102分别与胎具4的左基准面401和右基准面402平行；根据图8～11可以看出，球瓣1的上端面103与胎具4的上基准面403平行。

如图13～14，在加工左端面101或右端面102时，只需将切边机5的切刀盘沿着左基准面401或者右基准面402上下运动(即沿运动方向501运动)就可以加工出左端面101或右端面102。显然，左端面101和右端面102之间的距离只需通过控制左端面101与左基准面401的距离以及右端面102与右基准面402之间的距离就可以确定。由于切刀盘仅需平面联动就能够完成上述加工，因此省去了使用空间坐标联动的设备来加工左端面101或右端面102。

又如图15所示，在加工上端面103时，只需将铣床6的铣刀沿胎具4的上基准面403水平运动(即沿运动方向601运动)就可以加工出上端面103。在上述附图中，加工出的上端面103刚好与胎具4的上基准面403位于同一平面上，但在实际操作中最好使上端面103略高于上基准面403，以免铣到胎具4。

又如图13～15、图20所示，所述定位物采用分别设置在所述下端料头301两端面上的球头销7。如图15，当加工出左端面101和右端面102以后，分别在下端料头301两端面上设置第一球头销7和第二球头销7，使第一球头销7和第二球头销7与胎具4的上基准面403之间的垂直距离为D。

此后，如图16～18所示，将坯料3旋转180°并重新安装到所述胎具4上，使所述下端料头301从胎具4的正下端翻转到胎具4的正上端，然后对坯料3的安装位置进行调整，使第一球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L1处于第一设定值W1，同时第二球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L2处于第二设定值W2，之后再将坯料3固定在胎具4上。

如图18所示，当第一球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L1处于第一设定值W1，同时第二球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L2处于第二设定值W2时，球瓣1上已加工的上端面103与所述胎具4上基准面403之间的夹角与球瓣1上端面103和下端面104的理论夹角α大小刚好相等，即等于45°。在本例中，所述第一设定值W1与第二设定值W2显然是相等的。

如图19所示，前面所述距离D与第一设定值W1或第二设定值W2之间存在对应关系，即当前面所述距离D改变时，为使球瓣1上已加工的上端面103与所述胎具4上基准面403之间的夹角与球瓣1上端面103和下端面104的理论夹角α大小刚好相等，第一设定值W1或第二设定值W2也应该相应的调整。在设计阶段，可以根据下端料头301的余量大小来设定距离D的具体数值，进而推算出第一设定值W1或第二设定值W2的具体数值。

经过上述操作后，再以所述上基准面403为基准在坯料3上加工出球瓣1的下端面104，使加工出的下端面104与胎具4的上基准面403平行。这样即加工出了球瓣的四个端面。

上述方法中所使用的专用胎具包括用于安装坯料3的支撑主体400，该支撑主体400的左端面、右端面和上端面上分别设置有用于加工球瓣1左端面101和右端面102的左基准面401和右基准面402，以及用于加工球瓣1上端面103和下端面104的上基准面403，所述左基准面401和右基准面402之间的夹角与球瓣1左端面101和右端面102的理论夹角β大小相等，即为90°。

需要指出的是，上述的支撑主体400最好采用与坯料3的外球面焊接的方式来固定坯料3。为此，支撑主体400上应具有多个用于与坯料3的外球面焊接的部分，这些部分与坯料3的接触点必然可拟合成一个与坯料3的外球面具有相同半径的球面。将坯料3旋转180°并重新安装到所述胎具4上以后，胎具4仍然是通过上述这些接触点来支撑并焊接坯料3。因此，只要能够确保第一球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L1处于第一设定值W1，同时第二球头销7与胎具4上基准面403之间的垂直距离L2处于第二设定值W2，就能够准确的使球瓣1上已加工的上端面103与所述胎具4上基准面403之间的夹角与球瓣1上端面103和下端面104的理论夹角α大小刚好相等。

另外，申请人还需要特别指出的是，要将12片形状、大小完全相同的球瓣1焊接成空心球体2，必然先要在这些球瓣1的四个端面上加工出坡口8。如图20所示，在球瓣1的各端面上靠球瓣1的内外球面均有坡口8，但这些坡口8与球瓣1端面之间的夹角γ是相等的。图20示出了两个球瓣1的连接关系，即这两个球瓣1之间仍通过相对的端面来定位。因此，保证两个球瓣1之间焊接精度的决定因素仍然是球瓣1端面的加工精度，而非坡口8的加工精度。

这些坡口8可以在加工球瓣1端面时进行加工，比如在上述方法的基础上直接更换切边机5和铣床6的刀具，就可以加工出坡口8。当然，也可以在球瓣1的四个端面都加工好以后再来加工坡口8。

Claims (6)

1.球瓣端面的加工方法，该方法包括以下步骤：

a、将坯料(3)固定在一胎具(4)上；该胎具(4)上设置有左基准面(401)、右基准面(402)和上基准面(403)，所述左基准面(401)和右基准面(402)之间的夹角与球瓣(1)左端面(101)和右端面(102)的理论夹角(β)大小相等；

b、分别以所述左基准面(401)、右基准面(402)以及上基准面(403)为基准在所述坯料(3)上加工出球瓣(1)的左端面(101)、右端面(102)以及上端面(103)，使加工出的左端面(101)与所述左基准面(401)平行，使加工出的右端面(102)与所述右基准面(402)平行，使加工出的上端面(103)与所述上基准面(403)平行；在加工后坯料(3)上所剩余的下端料头(301)上设置定位物；

c、将坯料(3)旋转180°并重新安装到所述胎具(4)上，使所述下端料头(301)从胎具(4)的正下端翻转到胎具(4)的正上端，然后按下述要求对坯料(3)的安装位置进行调整后固定：即当所述定位物与胎具(4)的上基准面(403)之间刚好处于某预设的相对位置时，球瓣(1)上已加工的上端面(103)与所述上基准面(403)之间的夹角与球瓣(1)上端面(103)和下端面(104)的理论夹角(α)大小刚好相等；

d、以所述上基准面(403)为基准在坯料(3)上加工出球瓣(1)的下端面(104)，使加工出的下端面(104)与胎具(4)的上基准面(403)平行。

2.如权利要求1所述的球瓣端面的加工方法，其特征在于：针对左端面(101)和右端面(102)的理论夹角(β)为90°，同时上端面(103)和下端面(104)的理论夹角(α)为45°的球瓣，设计胎具(4)左基准面(401)和右基准面(402)之间的夹角为90°，胎具(4)上基准面(403)同时与所述左基准面(401)和右基准面(402)垂直。

3.如权利要求1或2所述的球瓣端面的加工方法，其特征在于：所述定位物采用分别设置在所述下端料头(301)两端面上的定位体(7)；在步骤c中，使当第一定位体(7)与胎具(4)上基准面(403)之间的垂直距离(L1)处于第一设定值(W1)，同时第二定位体(7)与胎具(4)上基准面(403)之间的垂直距离(L2)处于第二设定值(W2)时，球瓣(1)上已加工的上端面(103)与所述胎具(4)上基准面(403)之间的夹角与球瓣(1)上端面(103)和下端面(104)的理论夹角(α)大小相等。

4.上述方法的专用胎具，其特征在于：该胎具上设置有用于加工球瓣(1)左端面(101)和右端面(102)的左基准面(401)和右基准面(402)，以及用于加工球瓣(1)上端面(103)和下端面(104)的上基准面(403)，所述左基准面(401)和右基准面(402)之间的夹角与球瓣(1)左端面(101)和右端面(102)的理论夹角(β)大小相等。

5.如权利要求4所述的专用胎具，其特征在于：所述胎具(4)左基准面(401)和右基准面(402)之间的夹角为90°，上基准面(403)同时与所述左基准面(401)和右基准面(402)垂直。

6.如权利要求4或5所述的专用胎具，其特征在于：该胎具包括用于安装坯料(3)的支撑主体(400)，所述左基准面(401)、右基准面(402)和上基准面(403)分类别设置在该支撑主体(400)的左端面、右端面和上端面上。

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