CN102848301B - 一种数控球面副研磨机及研磨方法 - Google Patents

Abstract

一种数控球面副研磨机及研磨方法，属于机械制造领域。在加工过程中球体沿其轴线旋转，两个密封座的阀座分别在与球体旋转轴线垂直的平面内旋转；对研时两个密封座的阀座与球体接触，并施加一个研磨正压力；两个旋转运动合成一个研磨轨迹。一种数控球面副研磨机，床身连接数控转台、左数控滑板和右数控滑板；数控转台连接球体夹具；左数控滑板连接左阀座主轴箱；左阀座主轴箱连接左阀座夹具；右数控滑板连接右阀座主轴箱；右阀座主轴箱连接右阀座夹具；被加工球体连接球体夹具。本发明的有益效果：提高加工效率5倍以上。易于保证加工质量，能够提高加工速度。可提高球体研磨形状精度和球阀的密封效果，摆脱繁重的体力劳动。

Description

一种数控球面副研磨机及研磨方法

技术领域

本发明涉及一种数控球面副研磨机及研磨方法，适用于阀门制造业，用于硬密封球阀中球体及阀座的精加工，属于机械制造领域。

背景技术

现代石油化工等行业使用的中、大型球阀对于安全性能的要求非常高，球阀必须耐火耐高温才能保证易燃易爆流体输送的安全性能。非金属软密封副在高温条件下很快就会融化时效，从长远考虑同时还存在着材料老化的问题。解决的办法是采用金属硬密封副：每个球阀结构上有两个密封座，全部采用金属材料。

由于球阀的密封性能要求很高，金属材料硬密封副的应用首先要解决的是阀座的加工工艺问题。球阀的球体通常是用磨削的方法精加工，而阀座则是用与球体的对研的方式来解决精加工问题。最终要保证阀座与球体表面充分吻合，以达到所要求的密封效果。

目前国内阀门制造业的球面副研磨主要采用两种方式：

1、大型球阀主要采用手工研磨的方式：即将阀座放在球体上手工摆动研磨，每个阀座都要在球体开启的位置和关闭的不同位置研磨，且每次只能研磨一个阀座。由于没有专用设备，只能采用这种劳动强度大，效率低的加工方式。

2、中、小型球阀采用机动研磨的方式：与手工研磨的原理相同，只是阀座的摆动采用机动的方式。这种方式虽然降低了体力劳动强度，但还存在加工原理上的缺陷---即其研磨轨迹不是一个连续的球面。因此这种方法加工质量差，并且加工效率也较低。

国外目前应用的自动研磨机（如ARGUS公司），采用的是液压控制驱动模式。因为液压控制参数无法精确量化，这种方式无法在加工过程中保证稳定的加工工艺参数（如研磨表面压力、研磨速度等），同时也不利于自动化程度的提高。设备体积大及功耗大，容易造成对环境的污染。

目前球阀硬密封副的数控化研磨还是一项空白。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种数控球面副研磨机及研磨方法，为球阀硬密封副的精加工提供一种新型的数控研磨设备：在对设备结构、研磨轨迹及控制方式研究的基础上，提高目前的球阀硬密封副的研磨工艺水平，填补国内装备制造业的一项空白。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

含有以下步骤：

在加工过程中球体沿其轴线旋转，两个密封座的阀座分别在与球体旋转轴线垂直的平面内旋转；

对研时两个密封座的阀座与球体接触，并施加一个研磨正压力；

两个旋转运动合成一个研磨轨迹。

一种数控球面副研磨机,包括数控转台、床身、球体夹具、左数控滑板、左阀座主轴箱、左阀座夹具、右数控滑板、右阀座主轴箱、右阀座夹具；

床身连接数控转台、左数控滑板和右数控滑板；

数控转台连接球体夹具；

左数控滑板连接左阀座主轴箱；左阀座主轴箱连接左阀座夹具；

右数控滑板连接右阀座主轴箱；右阀座主轴箱连接右阀座夹具；

被加工球体连接球体夹具。

本发明的有益效果：

1．经工艺试验比较，这种加工方法比现在使用的机械摆动加工方式可提高加工效率5倍以上。

2.球阀球面副三件对研比两件对研的方式易于保证加工质量，同时又能够提高加工速度。

3.这种加工方式在球体上形成一个连续加工表面，而机械摆动研磨形成的则是一个断续的加工表面，可提高球体研磨形状精度和球阀的密封效果。

4.与液压及简单机械传动方式相比，研磨压力及研磨速度等基本参数可由数控系统及伺服系统精确控制。

5.研磨设备数控化有利于提高自动化程度，摆脱繁重的体力劳动，避免研磨加工对环境的污染。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的原理结构示意图；

图2为本发明的总体结构示意图；

图3为本发明的阀座主轴箱结构示意图；

图4为本发明的阀座夹具与阀座主轴箱连接示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1-图4所示，数控转台37、床身38、球体夹具39、左数控滑板31、左阀座主轴箱33、左阀座夹具35、右数控滑板32、右阀座主轴箱34、右阀座夹具6；

床身38连接数控转台37、左数控滑板31和右数控滑板32；

数控转台37连接球体夹具39；

左数控滑板31连接左阀座主轴箱33；左阀座主轴箱33连接左阀座夹具35；

右数控滑板32连接右阀座主轴箱34；右阀座主轴箱34连接右阀座夹具6；

被加工的球体3连接球体夹具39；左数控滑板31、右数控滑板32固定在床身38。

左阀座主轴箱33与右阀座主轴箱34的结构相同，相对方向安装，

左阀座主轴箱33与右阀座主轴箱34的结构为：

伺服电机28连接减速电机27，减速电机27的旋转轴连接轴套25；减速电机27连接固定盘29通过螺栓26固定在壳体24，壳体24内部连接轴承31，轴承31由压盘30通过螺栓固定在壳体24内部孔中，弹性联轴器23的一端连接轴承31，轴套25连接弹性联轴器23的一端，

弹性联轴器23的另一端连接轴承21，轴承21由压盘19通过螺栓固定在壳体24的另一端的内部孔中，滚动花剑副18外圆的一端有压簧12连接，滚动花剑副18外圆的另一端有压簧32连接，压簧32、压簧12与滚动花剑副18滑动在弹性联轴器23的内孔中，

十字轴装置9与滚动花剑副18的一端联接，十字轴装置9与阀座夹具6连接，阀座夹具6的轴线4在安装时与主轴回转轴线5有一个偏心距e，十字轴装置9有铰接的十字轴。

在壳体24与十字轴装置9之间有簧套连接。

本发明的原理：

在加工过程中球阀球体沿其轴线旋转，两个密封座在与球体旋转轴线垂直的平面内旋转。三个零件对研时两个密封座与球体接触，并施加一个研磨正压力。两个旋转运动即可合成一个理想的研磨轨迹：与常用的方法相比研磨后球体的表面是一个连续的球面，可以提高球面的形状精度。阀座密封面与球体间的吻合精度也可大幅度提高，从而提高球阀的密封质量。

1.被加工球体通过专用夹具安装在一个数控转台上，可绕球体轴线转动。该回转轴定义为机床C轴。

2.球体两侧对称布置两个数控滑板：可沿球体径向进给，使阀座进入或退出研磨位置。这两个直线进给轴在机床上分别定义为X轴和Y轴。

3.两个阀座主轴箱均安装在进给滑板上，通过阀座夹具使两个阀座垂直于球体轴线回转。在机床上分别定义为A轴和B轴。

机床上总共配置5个数控轴：X、Y两个直线轴及A、B、C等三个回转轴。

球体零件对研磨工序还有如下要求：研磨表面必须大于阀座与球体的接触面。如果阀座绕阀座主轴轴线转动，那么研磨表面宽度肯定与阀座直径相等。

阀座夹具轴线在安装时与主轴回转轴线有一个偏心距e，同时使其通过一个铰接的十字轴与主轴联接。当阀座与球体表面接触旋转研磨时，阀座即沿球体表面摆动，研磨的宽度范围即可增大2e。

阀座主轴部件结构通过一个预紧的滚动花键副将十字轴、阀座夹具与主轴联接起来。滚动花键副两端各有一个压簧，两个压簧的弹簧力在非工作时处于平衡状态，可以保持整个系统的稳定性。工作时在机床X及Y轴控制下，阀套压向球体。此时左端弹簧被压缩，滚动花键副右移。弹簧力作用在球体表面形成了研磨正压力，压力的大小与弹簧的压缩量成正比。由于弹簧刚度是一个常量，由数控轴X、Y控制压缩量可达到精确控制研磨压力的目的。滚动花键副作为主轴与夹具系统之间的联接环节，可以实现径向无间隙传动,其轴向移动为滚动摩擦具有较高的灵敏度。

被加工球体通过专用夹具安装在一个数控转台上，可绕球体轴线转动。数控转台的回转轴定义为机床C轴。

球体两侧对称布置两个数控滑板：可沿球体径向进给，数控滑板上连接阀座主轴箱，使阀座主轴箱的阀座进入或退出研磨位置。数控滑板的直线进给轴在机床上分别定义为X轴和Y轴。

两个阀座主轴箱均安装在进给滑板上，阀座主轴箱连接阀座夹具，通过阀座夹具使两个阀座垂直于球体轴线回转。在机床上分别定义为A轴和B轴。

阀座夹具结构：阀座夹具的轴线在安装时与主轴回转轴线有一个偏心距e，同时使其通过一个铰接的十字轴与主轴联接。

阀座主轴结构：通过一个预紧的滚动花键副将十字轴、阀座夹具与主轴联接起来。

滚动花键副两端各有一个压簧，两个压簧的弹簧力在非工作时处于平衡状态，可以保持整个系统的稳定性。

工作时在机床X轴及Y轴控制下，阀套压向球体。此时左端弹簧被压缩，滚动花键副右移。

弹簧力作用在球体表面形成了研磨正压力，压力的大小与弹簧的压缩量成正比。

由于弹簧刚度是一个常量，由数控轴X、Y控制压缩量可达到精确控制研磨压力的目的。

滚动花键副作为主轴与夹具系统之间的联接环节，可以实现径向无间隙传动,其轴向移动为滚动摩擦具有较高的灵敏度。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种数控球面副研磨机，其特征是包括数控转台、床身、球体夹具、左数控滑板、左阀座主轴箱、左阀座夹具、右数控滑板、右阀座主轴箱、右阀座夹具；

床身连接数控转台、左数控滑板和右数控滑板；

数控转台连接球体夹具；

左数控滑板连接左阀座主轴箱；左阀座主轴箱连接左阀座夹具；

右数控滑板连接右阀座主轴箱；右阀座主轴箱连接右阀座夹具；

被加工球体连接球体夹具；

左阀座主轴箱和右阀座主轴箱的结构为：伺服电机连接减速电机，减速电机的旋转轴连接轴套；减速电机连接固定盘，固定盘通过螺栓固定在壳体，壳体内部连接第一轴承，第一轴承由第一压盘通过螺栓固定在壳体内部孔中，弹性联轴器的一端连接第一轴承，轴套连接弹性联轴器的一端，

弹性联轴器的另一端连接第二轴承，第二轴承由第二压盘通过螺栓固定在壳体的另一端的内部孔中，滚动花键副外圆的一端有第一压簧连接，滚动花键副外圆的另一端有第二压簧连接，第二压簧、第一压簧与滚动花键副滑动在弹性联轴器的内孔中，

十字轴装置与滚动花键副的一端联接，十字轴装置与阀座夹具连接，阀座夹具的轴线在安装时与主轴回转轴线有一个偏心距e；

在壳体与十字轴装置之间有簧套连接。

2.一种数控球面副研磨方法，其特征是含有以下步骤：

在加工过程中球体沿其轴线旋转，两个密封座的阀座分别在与球体旋转轴线垂直的平面内旋转；

对研时两个密封座的阀座与球体接触，并施加一个研磨正压力；

两个旋转运动合成一个研磨轨迹；

密封座的阀座夹具轴线在安装时与密封座的主轴回转轴线有一个偏心距e，同时使其通过一个铰接的十字轴与主轴联接；当阀座与球体表面接触旋转研磨时，阀座即沿球体表面摆动，研磨的宽度范围增大2e。

3.根据权利要求2所述的一种数控球面副研磨方法，其特征是：球体通过专用夹具安装在一个数控转台上，能够绕球体轴线转动；球体两侧对称布置两个数控滑板能够沿球体径向进给，数控滑板上连接阀座主轴箱，使阀座主轴箱的阀座能够进入或退出研磨位置。

4.根据权利要求2所述的一种数控球面副研磨方法，其特征是：阀座的主轴箱安装在进给滑板上，阀座的主轴箱连接阀座夹具，通过阀座夹具使两个阀座垂直于球体轴线回转。