CN102785141B - 一种用于类似球阀中密封环加工的内球面磨床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内球面磨削加工技术，特别是一种用于类似球阀中的密封环内球面加工的内球面磨床，它包含滑鞍、移动工作台、头架、磨头和头架Z向进给系统，其中，在所述滑鞍上设有Z向导轨；所述移动工作台设置在Z向导轨上，所述头架安装固定在所述移动工作台上，所述头架Z向进给控制系统输出端连接在所述的移动工作台上；所述头架中的头架主轴输出端连接电磁无心夹具；所述磨头中的磨头主轴中心线与所述头架主轴中心线相垂直。其目的是为了设计一种能够对类似球阀中的密封环内球面进行加工且尺寸精度和加工精度高的内球面磨床。与现有技术相比，具有设备刚性高、动态性能良好，工件装夹方便快捷，加工适用范围广，尺寸精度和加工精度易于控制等优点。

Description

一种用于类似球阀中密封环加工的内球面磨床

技术领域

本发明涉及内球面磨削加工技术，特别是一种用于类似球阀中的密封环内球面加工的内球面磨床。

技术背景

目前，球阀中的密封环多采用软密封形式，采用软密封的缺点是：其耐磨性、耐腐蚀及耐高温性能差，而且更换操作复杂。另一种则多是“线接触”型硬密封，此方法缺点是对加工精度及装配工艺技术要求极高，比较难获得很好的密封效果。

目前，类似球阀中的密封环内球面的加工大多采用“成形法”进行磨削加工，需配置砂轮修正器，即将砂轮经过砂轮修正器修正成近似于球面R值，后靠紧工件进行磨削加工。此法的缺点一是尺寸精度低，较难获得很好的内球面圆度，球面须磨削区域越大精度越低，二是对于磨削范围局限性大，当工件要求为凹型内球面时则无法实现磨削加工。

发明内容

本发明的目的是设计一种能够对类似球阀中的密封环内球面进行加工且尺寸精度和加工精度高的内球面磨床。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术解决方案：一种用于类似球阀中密封环加工的内球面磨床，它包含滑鞍、移动工作台、头架、磨头和头架Z向进给控制系统，其中：

在所述滑鞍上设有Z向导轨，所述移动工作台设置在Z向导轨上，在所述移动工作台上安装固定所述的头架；所述头架Z向进给控制系统包含Z向交流伺服电机和Z向滚珠丝杆副驱动装置，所述Z向滚珠丝杆副驱动装置输出端连接在所述的移动工作台上；

所述头架包括头架主轴、电磁无心夹具和头架主轴电机驱动装置，所述头架主轴电机驱动装置输出端连接头架主轴，所述头架主轴输出端连接所述电磁无心夹具；

所述磨头主轴电机驱动装置中的电机底座安装固定在所述磨头垫台上，所述磨头主轴电机驱动装置输出端连接所述磨头主轴，所述磨头主轴中心线与所述头架主轴中心线相垂直，所述磨头主轴输出端连接所述砂轮组，所述磨头主轴通过所述磨头主轴安装架固定在所述磨头垫台上。

本发明为了加工过程中的对刀需要及要求加工工件装卸上、下方便，对技术方案进行进一步设置：

设有头架X向移动控制装置，它包含底座、X向驱动系统，所述底座位于机床的最底部，在所述底座上设有用于滑鞍移动的X向导轨和用于安装所述磨头垫台的固定平台，所述滑鞍设置在所述底座的X向导轨上；所述X向驱动系统包含X向交流伺服电机和X向滚珠丝杆副驱动装置，所述X向滚珠丝杆副驱动装置输出端连接在所述的滑鞍上。

本发明为了磨头主轴中心高度调节方便，对技术方案进行进一步设置：

在所述磨头上设有磨头主轴等高调节装置，所述磨头主轴等高调节装置包含磨头主轴安装过渡板、磨头主轴连接板、等高调整螺杆、等高调整销，在所述磨头主轴安装架上设有调整螺杆安装孔和调整销安装孔，在所述等高调整销上设有螺纹孔，所述等高调整销一端固定在所述磨头主轴安装过渡板一边，所述等高调整销另一端安装在调整销安装孔中，所述等高调整螺杆穿过调整螺杆安装孔与等高调整销上的所述螺纹孔相连接，所述等高调整螺杆由固定螺钉紧固在所述磨头主轴安装架上，所述磨头主轴连接板一边固定在磨头主轴上，所述磨头主轴连接板另一边与所述磨头主轴安装过渡板一边螺钉固定连接。

在本发明中，承载在滑鞍和工作台上的头架通过头架X向移动控制装置移动到与磨头主轴相匹配的位置后，头架主轴通过电磁无心夹具驱动工件沿水平X轴作旋转，磨头主轴驱动砂轮沿与水平X轴垂直的水平Z轴作旋转，同时头架Z向进给系统通过工作台带动头架移动，使头架主轴通过电磁无心夹具带动工件沿Z轴方向进给，从而以“范成法”的加工方法实现砂轮上的砂条与工件的交互磨削，形成磨削内球面的最终效果。

本发明对工件的磨削加工进给是由Z向进给系统控制完成的，可以通过控制Z向磨削进给量及进给速度直接控制磨削球面尺寸大小及精度，加工尺寸及精度易于控制而且精度高。对于不同规格不同表面质量要求的工件，可以适时调整磨头主轴及头架主轴的转速及Z向进给速度来控制磨削加工精度，加工精度控制、调整方便。

附图说明

图1为本发明的机构原理图

图2为本发明产品的外形立体结构图。

图3为本发明产品结构分解图。

图4为本发明中磨头结构分解图。

图5为磨头结构主视图。

图6为图5中K部位的放大视图。

图7为本发明中头架结构分解图。

图中：1.X向驱动系统，1-1.X向交流伺服电机，1-2.X向滚珠丝杆副驱动装置；2.底座；3.头架Z向进给控制系统，3-1.Z向交流伺服电机，3-2.Z向滚珠丝杆副驱动装置；4.滑鞍；5.移动工作台；6.头架主轴电机驱动装置，7.头架主轴；8.电磁无心夹具；9.工件；11.砂轮组；10.磨头主轴；12.磨头主轴电机驱动装置；13.磨头垫台；14.头架；15.磨头；16.X向导轨；17.用于安装磨头垫台的固定平台；18.Z向导轨；19.磨头主轴安装过渡板；20.螺纹孔；21.等高调整螺杆；22.调整螺杆安装孔；23.磨头主轴安装架；24.调整销安装孔；25.等高调整销；26.磨头主轴连接板；27.螺钉；28.无心夹具底座；29.电磁线圈；30.电磁线圈盖；31.铁芯；32.工件连接吸盘；33.工件支承定位装置；34.头架箱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步进行详细说明。

如图1-图3所示，本实施例包含滑鞍4、移动工作台5、头架14、磨头15、头架Z向进给控制系统3和头架X向移动控制装置，其中：

所述头架X向移动控制装置主要用于控制头架14的X向移动，使工件具有上、下装卸的适当空间，方便加工工件上、下装卸，所述头架X向移动控制装置包含底座2、X向驱动系统1，所述底座2位于机床的最底部，在所述底座2上设有用于滑鞍4移动的X向导轨16和用于安装磨头垫台的固定平台17，所述滑鞍4设置在所述底座的X向导轨16上；所述X向驱动系统1包含X向交流伺服电机1-1和X向滚珠丝杆副驱动装置1-2，所述X向滚珠丝杆副驱动装置1-2输出端连接在所述的滑鞍4上。

在所述滑鞍4上设有Z向导轨18，所述移动工作台5设置在所述的Z向导轨18上，在所述移动工作台5上安装固定所述的头架14。

再如图3所示，所述头架Z向进给控制系统3包含Z向交流伺服电机3-1和Z向滚珠丝杆副驱动装置3-2，所述Z向滚珠丝杆副驱动装置3-2输出端连接在所述的移动工作台5上，它主要用于控制头架Z向的进给量。

再如图1所示，所述头架14包括头架主轴7、电磁无心夹具8和头架主轴电机驱动装置6，所述头架主轴电机驱动装置输出端连接头架主轴7，所述头架主轴7输出端连接所述电磁无心夹具8。

如图7所示，所述电磁无心夹具包含无心夹具底座28、电磁线圈29、电磁线圈盖30、铁芯31、工件连接吸盘32和工件支承定位装置33，所述电磁线圈29安装在所述无心夹具底座28上，并由所述电磁线圈盖30固定盖住，所述无心夹具底座28固定在头架箱体34上，所述铁芯31一端连接所述头架主轴7，所述铁芯31另一端连接所述的工件连接吸盘32，所述工件支承定位装置33固定连接在无心夹具底座28上，

工作时，工件9以磨削过的外圈及一个端面在夹具上的支承定位装置33定位后，利用电磁线圈29所产生的吸力将工件的端面紧吸在磁极端面(即工件连接吸盘32)上，由于工件与磁极之间的偏心，当磁极绕头架主轴7旋转时，磁极就迫使工件9绕其本身的中心回转，由于两者存在偏心，因而磁极与工件之间产生滑动，于是磁极端面与工件端面便产生一个摩擦力矩和一个通过工件轴心并垂直于两个回旋中心的摩擦合力。前者迫使工件作回转，后者则使工件紧帖于磁极上，从而实现工件获得稳定的回转运动。

由于采用了电磁无心夹具装夹工件，工件中心不与主轴中心重合，但工件的中心位置随着被磨主面的尺寸和形状变化而变化，或承受支承面的直径不同而不同，即工件加工时无固定的中心位置，谓为无心装夹，因此其加工精度不受主轴旋转精度的影响。

如图4所示，所述磨头15包括磨头垫台13、磨头主轴10、砂轮组11、磨头主轴安装架23、磨头主轴电机驱动装置12和磨头主轴等高调节装置，所述磨头垫台13下端安装固定在所述底座的固定平台17上，上端固定连接所述磨头主轴电机驱动装置12中的电机底座，磨头主轴电机驱动装置12输出端连接所述磨头主轴10，所述磨头主轴10中心线与所述头架主轴7中心线相垂直，所述磨头主轴10输出端连接所述砂轮组11。

再如图4、图5、图6所示，所述磨头主轴等高调节装置设在所述磨头主轴安装架23与所述磨头主轴10之间，其主要作用是方便磨头主轴中心高度安装调试，所述磨头主轴等高调节装置包含磨头主轴安装过渡板19、磨头主轴连接板26、等高调整螺杆21、等高调整销25，在所述磨头主轴安装架23上设有调整螺杆安装孔22和调整销安装孔24，在所述等高调整销25上设有螺纹孔20，所述等高调整销25一端固定在所述磨头主轴安装过渡板19一边，所述等高调整销25另一端安装在调整销安装孔24中，所述等高调整螺杆21穿过调整螺杆安装孔22与等高调整销上的所述螺纹孔20相连接，所述等高调整螺杆21由固定螺钉27紧固在所述磨头主轴安装架23上，所述磨头主轴连接板26一边固定在磨头主轴10上，所述磨头主轴连接板26另一边与所述磨头主轴安装过渡板23一边螺钉固定连接。

工作时，头架X向移动控制装置通过滑鞍、移动工作台将头架移动到与磨头主轴相匹配的位置后，头架主轴通过电磁无心夹具驱动工件沿水平X轴作旋转，磨头主轴驱动砂轮沿与水平X轴垂直的水平Z轴作旋转，同时头架Z向进给系统通过移动工作台带动头架移动，使头架主轴通过电磁无心夹具带动工件沿Z轴方向进给，从而以“范成法”的加工方法实现砂轮上的砂条与工件的交互磨削，形成磨削内球面的最终效果。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、设备刚性高、动态性能良好。由于床身部分导轨采用预加负荷的滚动导轨副，各数控轴交流伺服电机及滚珠丝杆副驱动，刚性高、动态性能良好；

2、工件装夹方便快捷，由装夹产生的工件变形量小。由于采用电磁无心夹具装夹工件，装夹方便快捷，由装夹产生的工件变形量小。

3、加工适用范围广。由于可配备多种规格尺寸磨头主轴及砂轮，必要情况下可更换砂轮或磨头主轴，满足φ160-φ510内球面直径大表面接触球面密封型工件的磨削加工。同时，突破了当前多采用“成型法”磨削加工难以满足要求大表面接触内球面密封型工件加工的局限性。

4、安装调试方便。由于设有磨头主轴等高调节装置，对磨头主轴中心安装高度调试非常方便，对刀快捷简单。

5、尺寸精度易于控制。由于设有头架Z向进给系统，可以通过控制Z向磨削进给量直接控制磨削尺寸精度，尺寸精度易于控制而且精度高。

6、加工精度高且易于控制。对于不同规格不同表面质量要求的工件，可以适时调整磨头主轴及头架主轴的转速及Z向进给速度来控制磨削加工精度，加工精度控制调整方便。

Claims (1)

1.一种用于类似球阀中密封环加工的内球面磨床，其特征在于它包含滑鞍(4)、移动工作台(5)、头架(14)、磨头(15)、头架Z向进给控制系统(3)、头架X向移动控制装置和磨头主轴等高调节装置，其中： 

在所述滑鞍(4)上设有Z向导轨(18)，所述移动工作台(5)设置在Z向导轨(18)上，在所述移动工作台(5)上安装固定所述的头架(14)； 

所述头架Z向进给控制系统(3)包含Z向交流伺服电机(3-1)和Z向滚珠丝杆副驱动装置(3-2)，所述Z向滚珠丝杆副驱动装置(3-2)输出端连接在所述的移动工作台(5)上； 

所述头架(14)包括头架主轴(7)、电磁无心夹具(8)和头架主轴电机驱动装置(6)，所述头架主轴电机驱动装置输出端连接头架主轴(7)，所述头架主轴(7)输出端连接所述电磁无心夹具(8)； 

所述磨头(15)包括磨头垫台(13)、磨头主轴(10)、砂轮组(11)、磨头主轴安装架(23)和磨头主轴电机驱动装置(12)，所述磨头主轴电机驱动装置(12)中的电机底座安装固定在所述磨头垫台(13)上，所述磨头主轴电机驱动装置(12)输出端连接所述磨头主轴(10)，所述磨头主轴(10)中心线与所述头架主轴(7)中心线相垂直，所述磨头主轴(10)输出端连接所述砂轮组(11)，所述磨头主轴(10)通过所述磨头主轴安装架(23)固定在所述磨头垫台(13)上； 

所述头架X向移动控制装置包含底座(2)、X向驱动系统(1)，所述底座(2)位于机床的最底部，在所述底座(2)上设有用于滑鞍(4)移动的X向导轨(16)和用于安装磨头垫台(13)的固定平台(17)，所述滑鞍(4)设 置在所述底座的X向导轨(16)上；所述X向驱动系统(1)包含X向交流伺服电机(1-1)和X向滚珠丝杆副驱动装置(1-2)，所述X向滚珠丝杆副驱动装置(1-2)输出端连接在所述的滑鞍(4)上； 

所述磨头主轴等高调节装置包含磨头主轴安装过渡板(19)、磨头主轴连接板(26)、等高调整螺杆(21)、等高调整销(25)，在所述磨头主轴安装架(23)上设有调整螺杆安装孔(22)和调整销安装孔(24)，在所述等高调整销(25)上设有螺纹孔(20)，所述等高调整销(25)一端固定在所述磨头主轴安装过渡板(19)一边，所述等高调整销(25)另一端安装在调整销安装孔(24)中，所述等高调整螺杆(21)穿过调整螺杆安装孔(22)与等高调整销上的所述螺纹孔(20)相连接，所述等高调整螺杆(21)由固定螺钉(27)紧固在所述磨头主轴安装架(23)上，所述磨头主轴连接板(26)一边固定在磨头主轴(10)上，所述磨头主轴连接板(26)另一边与所述磨头主轴安装过渡板(19)一边螺钉固定连接。