CN108561578B - 一种球体的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种球体及其加工方法，属于机械技术领域。它解决了现有技术中存在的球体研磨精度不高、圆度产生偏差等技术问题。本技术方案包括一种球体，包括金属制成的球体本体，球体本体沿任意轴线开设有一个中心孔，中心孔的两端贯穿球体本体，还包括一种球体的加工方法，将研磨套的下端部固定在所述安装盘上，将支杆的内端部插接在球体本体的中心孔内且将两者可拆卸固定，将球体本体放置在研磨套上，启动驱动源一带动研磨套沿竖直轴线方向转动，驱动驱动源二带动支杆沿水平轴线方向转动，支杆带动球体本体同步转动使球体本体和研磨套之间产生运动轨迹垂直交错的研磨运动，研磨至球体本体的外球面达到预设精度要求后停止研磨，取出下料。

Description

一种球体的加工方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种球体及其加工方法。
背景技术
球体主要包括球阀的阀芯，球阀的阀芯一般中间开设有中心孔，用于装配在球阀的阀体内，阀芯的球面和阀座相接触，通过转动阀芯起到开启和关闭球阀的功能。阀芯的球面在制造中精度要求很高，在粗加工后需要进行研磨，通过研磨达到更高的精度及和阀座的适配性。另外，球体也可以包括其他类似这种阀芯结构但应用于其他领域的零部件。
现有的这种球体研磨机如专利CN201420469091.9所公开的一种球体自动研磨机，包括机架、主轴机构、磨头机构，主轴机构由主轴、主轴轴承座、主轴电机组成，主轴安装在主轴轴承座内，并由传动机构与主轴电机的转轴连接，主轴的端部安装球体胀紧装置，磨头机构由磨头、磨头轴承座、磨头电机组成；主要是主轴轴承座通过滑台安装于机架上；磨头由左磨头和右磨头组成，左磨头和右磨头分别通过左轴承座和右轴承座安装在摇摆机构的左右滑台上。实现球体自动研磨，具有生产效率高、研磨出来的球体质量稳定可靠等特点，适用于小口径球体的球面研磨机床。
但是上述研磨机存在一些缺陷，比如需要左右两个磨头配合使用，这样设备更加复杂，两个磨头对正的精度要求高，刚性的电机主轴承受力大，在加工的时候可能会窜动，影响加工的精度，导致研磨出来的球体精度不高，圆度产生偏差，导致球阀的阀芯和阀座配合后漏水。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，其解决的技术问题是：如何实现磨头和球体自动对正且全方位的研磨，从而确保研磨精度。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
技术方案一：
一种球体，包括金属制成的球体本体，所述球体本体沿任意轴线开设有一个中心孔，所述中心孔的两端贯穿所述球体本体，所述球体本体在所述中心孔的两端边缘处具有与该中心孔轴线垂直的环形平面，所述环形平面的中轴线和中心孔的中轴线相重合，且所述环形平面沿中心孔的端部边缘线环绕在中心孔的外围，所述外球面上还开设有一条键槽，所述键槽位于两个环形平面之间，所述球体本体的外球面具有一层碳化硅层。
球体本体可以应用在球阀内作为阀芯，中心孔可以作为通水孔，环形平面可以和密封圈相抵靠实现密封，键槽可以用于安装阀杆，起到传动的作用，外球面可以用于转动后的密封，碳化硅层可以提高研磨后的光洁度和圆度，从而提高阀芯的密封性。
技术方案二：
一种球体的加工方法，其特征在于，准备金属棒料，将棒料切割为球体本体，粗加工球体本体外圆，用铣床沿球体本体任意轴线铣出中心孔，使所述中心孔的两端贯穿所述球体本体，使球体本体在所述中心孔的两端边缘处铣出具有与该中心孔轴线垂直的环形平面，使所述环形平面的中轴线和中心孔的中轴线相重合，且使所述环形平面沿中心孔的端部边缘线环绕在中心孔的外围，外球面上铣出一条键槽，所述键槽位于两个环形平面之间，在球体本体的外球面喷涂一层碳化硅层，制作主要由碳化硅制成的圆柱形研磨套，在研磨套的一个端面挖出一个圆柱形的研磨凹腔，研磨凹腔的直径小于球体本体的直径，在研磨凹腔的上端边缘铣出与所述球体本体半径相同的倒圆面，将研磨套的下端部固定在所述安装盘上，将支杆的内端部插接在球体本体的中心孔内且将两者可拆卸固定，将球体本体放置在研磨套上，由于球体本体受自重影响压弯支杆使球体本体的外球面和研磨套的倒圆面相接触并抵靠，启动驱动源一带动研磨套沿竖直轴线方向转动，驱动驱动源二带动支杆沿水平轴线方向转动，支杆带动球体本体同步转动使球体本体和研磨套之间产生运动轨迹垂直交错的研磨运动，研磨至球体本体的外球面达到预设精度要求后停止研磨，取出下料。
球体本体可以应用在球阀内作为阀芯，中心孔可以作为通水孔，环形平面可以和密封圈相抵靠实现密封，键槽可以用于安装阀杆，起到传动的作用，外球面可以用于转动后的密封，碳化硅层可以提高研磨后的光洁度和圆度，从而提高阀芯的密封性。由于驱动源一的输出轴沿竖直方向，驱动源二的输出轴沿水平方向，使得研磨套的转动方向和球体的转动方向相垂直，两者的运动轨迹是近似于垂直交错的，这样，能够对球体的外球面进行全方位的研磨，无死角。另外，由于支杆是呈半柔性状，当球体安装在支杆内端上时，支杆受力弯曲或倾斜，使得球体的外球面在自重作用下和研磨套相抵靠，从而研磨的力道主要来自于球体的自重，能够使得研磨更加均匀，使得加工后的球体的圆度更精确。另外，加工的时候球体和研磨设备更加容易对正，不需要精确调整位置，从这一点上也节省了人力，使得加工更加傻瓜化但精度却保证，能够提高自动化程度，节约加工成本。
上述加工方法所利用的球体研磨机如下：包括机架，其特征在于，所述机架上转动连接有一个用于对目标球体进行研磨的研磨头或者用于固定外置式研磨套的安装盘，所述研磨头/安装盘的轴线沿竖直方向，所述机架上固定有一个驱动源一，所述驱动源一和研磨头/安装盘相连接且能驱动研磨头/安装盘绕自身轴线转动，所述机架上还固定有驱动源二，所述驱动源二位于研磨头/ 安装盘的一侧，所述驱动源二具有沿水平方向的输出轴，所述机架上方还设有一根支杆，所述支杆的外端和驱动源二的输出轴相固连且驱动源二能带动支杆转动，所述支杆的内端能够位于研磨头/安装盘的正上方且用于固定目标球体，所述支杆呈半柔性状且当内端受径向外力时能向下弯曲或倾斜。
其原理如下：将球体固定在支杆的外端部，如果机架上安装的是研磨头，直接将球体和研磨头相接触，如果是安装盘，则需要外置一个研磨套，将球体和研磨套相接触，启动驱动源一和驱动源二，由于驱动源一的输出轴沿竖直方向，驱动源二的输出轴沿水平方向，使得研磨头/研磨套的转动方向和球体的转动方向相垂直，两者的运动轨迹是近似于垂直交错的，这样，能够对球体的外球面进行全方位的研磨，无死角。另外，由于支杆是呈半柔性状，当球体安装在支杆内端上时，支杆受力弯曲或倾斜，使得球体的外球面在自重作用下和研磨头/研磨套相抵靠，从而研磨的力道主要来自于球体的自重，能够使得研磨更加均匀，使得加工后的球体的圆度更精确。另外，加工的时候球体和研磨设备更加容易对正，不需要精确调整位置，从这一点上也节省了人力，使得加工更加傻瓜化但精度却保证，能够提高自动化程度，节约加工成本。
作为进一步优选，所述支杆包括自外向内依次排列的外杆体、中杆体和内杆体，所述外杆体的外端和驱动源二的输出轴固定，该外杆体的内端和中杆体的外端通过万向节相连接，所述中杆体的内端部为导套段，所述内杆体的外端部为导杆段，该导杆段插接在导套段内，所述内杆体的内端部为用于和目标球体相连接的连接部。当球体安装在内杆体的内端部时，内杆体对中杆体产生径向力，中杆体和外杆体由于万向节的存在发生偏转，从而使得支杆整体呈弯曲或倾斜状，同时内杆体和中杆体由于导杆段和导套段的配合关系，两者可以产生沿轴向的伸缩，从而使得球体可以自由的调整位置和研磨设备接触，实现磨头和球体自动对正。
作为进一步优选，所述导套段内腔中设有弹簧，所述弹簧的一端抵靠在导套段内腔的底部，该弹簧的另一端抵靠在导杆段上，所述导杆段的截面形状为矩形，所述导套段的内腔截面与导杆段的截面相配合。设置弹簧的作用是使导杆段和导套段具有预紧力，使得导杆段具有向外伸出的运动趋势，当球体安装在内杆体上时，使得球体和研磨设备的抵靠得更紧，两者的截面为矩形使得两者不会转动只会伸缩，确保支杆能带动球体转动。
作为进一步优选，所述研磨头具有开口朝上的研磨凹腔，所述研磨凹腔的上缘面具有倒圆面或倒角面，所述倒圆面或倒角面处具有碳化硅层。球体固定在支杆内端后，在自重作用下使支杆弯曲或倾斜，然后球体落在研磨凹腔的上端口，一般研磨凹腔的直径小于球体的外径，所以球体的外球面和研磨凹腔上的倒圆面或倒角面相抵靠，在两者发生相对移动时产生研磨，碳化硅层能够提高硬度，是的研磨更加光滑。
作为进一步优选，所述安装盘上具有用于安装外置式研磨套的定位结构，定位结构为卡接孔或卡接条。研磨套一般呈柱状，可以卡接在卡接孔内，或研磨套设计成下端部有挡沿，用卡接条压在挡沿上实现固定。
作为进一步优选，所述研磨套呈柱状，该研磨套具有开口朝上的研磨凹腔，所述研磨凹腔的上缘面具有倒圆面或倒角面，所述倒圆面或倒角面处具有碳化硅层。球体固定在支杆内端后，在自重作用下使支杆弯曲或倾斜，然后球体落在研磨凹腔的上端口，一般研磨凹腔的直径小于球体的外径，所以球体的外球面和研磨凹腔上的倒圆面或倒角面相抵靠，在两者发生相对移动时产生研磨，碳化硅层能够提高硬度，是的研磨更加光滑。
作为进一步优选，所述驱动源一和驱动源二为伺服电机；或普通电机和减速器的组合。
作为进一步优选，所述机架包括水平的工作台和若干个竖直的支脚，各支脚的下端面平齐，各支脚的上端和工作台相固定，所述工作台的一侧设有两根连接臂，连接臂的内端和工作台相固连，连接臂的外端沿远离工作台的一侧延伸至工作台外，两连接臂的外端部固定有一块连接板，连接板上固定有所述的驱动源二，所述支杆的外端位于连接板的正上方。连接臂的作用使得支杆可以做的相对较长，较长的支杆在弯曲或倾斜时可以减少弯曲度或倾斜度，有利于传动。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本申请由于驱动源一的输出轴沿竖直方向，驱动源二的输出轴沿水平方向，使得研磨头/研磨套的转动方向和球体的转动方向相垂直，两者的运动轨迹是近似于垂直交错的，这样，能够对球体的外球面进行全方位的研磨，无死角。
2、本申请由于支杆是呈半柔性状，当球体安装在支杆内端上时，支杆受力弯曲或倾斜，使得球体的外球面在自重作用下和研磨头/研磨套相抵靠，从而研磨的力道主要来自于球体的自重，能够使得研磨更加均匀，使得加工后的球体的圆度更精确。另外，加工的时候球体和研磨设备更加容易对正，不需要精确调整位置，从这一点上也节省了人力，使得加工更加傻瓜化但精度却保证，能够提高自动化程度，节约加工成本。
附图说明
图1是球体研磨机安装有球体后的结构立体示意图。
图2是球体研磨机安装有球体后的结构侧视示意图。
图3是球体研磨机不安装球体时的结构立体示意图。
图4是图3中A部放大图。
图5是球体的结构示意图。
图6是支杆的结构示意图。
图7是支杆的局部结构示意图。
图中，1机架；2研磨头；3安装盘；4驱动源一；5驱动源二；6支杆；7外杆体；8中杆体；9内杆体；10导杆段；11导套段；12研磨凹腔；13倒圆面；14工作台；15支脚；16连接板； 17连接臂；18球体本体；19中心孔；20键槽；21研磨套；22 环形平面。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本实施例包括一种球体，包括金属制成的球体本体18，球体本体18沿任意轴线开设有一个中心孔19，中心孔19的两端贯穿球体本体18，球体本体18在中心孔19的两端边缘处具有与该中心孔19轴线垂直的环形平面22，环形平面22的中轴线和中心孔 19的中轴线相重合，且环形平面22沿中心孔19的端部边缘线环绕在中心孔19的外围，外球面上还开设有一条键槽20，键槽20 位于两个环形平面22之间，球体本体18的外球面具有一层碳化硅层。球体本体18可以应用在球阀内作为阀芯，中心孔19可以作为通水孔，环形平面22可以和密封圈相抵靠实现密封，键槽 20可以用于安装阀杆，起到传动的作用，外球面可以用于转动后的密封，碳化硅层可以提高研磨后的光洁度和圆度，从而提高阀芯的密封性。
本实施例还包括一种球体的加工方法，准备金属棒料，将棒料切割为球体本体18，粗加工球体本体18外圆，用铣床沿球体本体18任意轴线铣出中心孔19，使中心孔19的两端贯穿球体本体18，使球体本体18在中心孔19的两端边缘处铣出具有与该中心孔19轴线垂直的环形平面22，使环形平面22的中轴线和中心孔19的中轴线相重合，且使环形平面22沿中心孔19的端部边缘线环绕在中心孔19的外围，外球面上铣出一条键槽20，键槽20 位于两个环形平面22之间，在球体本体18的外球面喷涂一层碳化硅层，制作主要由碳化硅制成的圆柱形研磨套21，在研磨套21 的一个端面挖出一个圆柱形的研磨凹腔12，研磨凹腔12的直径小于球体本体18的直径，在研磨凹腔12的上端边缘铣出与球体本体18半径相同的倒圆面13，将研磨套21的下端部固定在安装盘3上，将支杆6的内端部插接在球体本体18的中心孔19内且将两者可拆卸固定，将球体本体18放置在研磨套21上，由于球体本体18受自重影响压弯支杆6使球体本体18的外球面和研磨套21的倒圆面13相接触并抵靠，启动驱动源一4带动研磨套21 沿竖直轴线方向转动，驱动驱动源二5带动支杆6沿水平轴线方向转动，支杆6带动球体本体18同步转动使球体本体18和研磨套21之间产生运动轨迹垂直交错的研磨运动，研磨至球体本体 18的外球面达到预设精度要求后停止研磨，取出下料。
球体本体18可以应用在球阀内作为阀芯，中心孔19可以作为通水孔，环形平面22可以和密封圈相抵靠实现密封，键槽20 可以用于安装阀杆，起到传动的作用，外球面可以用于转动后的密封，碳化硅层可以提高研磨后的光洁度和圆度，从而提高阀芯的密封性。由于驱动源一4的输出轴沿竖直方向，驱动源二5的输出轴沿水平方向，使得研磨套21的转动方向和球体的转动方向相垂直，两者的运动轨迹是近似于垂直交错的，这样，能够对球体的外球面进行全方位的研磨，无死角。另外，由于支杆6是呈半柔性状，当球体安装在支杆6内端上时，支杆6受力弯曲或倾斜，使得球体的外球面在自重作用下和研磨套21相抵靠，从而研磨的力道主要来自于球体的自重，能够使得研磨更加均匀，使得加工后的球体的圆度更精确。另外，加工的时候球体和研磨设备更加容易对正，不需要精确调整位置，从这一点上也节省了人力，使得加工更加傻瓜化但精度却保证，能够提高自动化程度，节约加工成本。
本实施例包括一种用于研磨球体的研磨机，包括机架1，机架1上转动连接有一个用于对目标球体进行研磨的研磨头2或者用于固定外置式研磨套21的安装盘3，研磨头2/安装盘3的轴线沿竖直方向，机架1上固定有一个驱动源一4，驱动源一4和研磨头2/安装盘3相连接且能驱动研磨头2/安装盘3绕自身轴线转动，机架1上还固定有驱动源二5，驱动源二5位于研磨头2/安装盘3的一侧，驱动源二5具有沿水平方向的输出轴，机架1上方还设有一根支杆6，支杆6的外端和驱动源二5的输出轴相固连且驱动源二5能带动支杆6转动，支杆6的内端能够位于研磨头2/安装盘3的正上方且用于固定目标球体，支杆6呈半柔性状且当内端受径向外力时能向下弯曲或倾斜。
作为进一步优选，支杆6包括自外向内依次排列的外杆体7、中杆体8和内杆体9，外杆体7的外端和驱动源二5的输出轴固定，该外杆体7的内端和中杆体8的外端通过万向节相连接，中杆体8的内端部为导套段11，内杆体9的外端部为导杆段10，该导杆段10插接在导套段11内，内杆体9的内端部为用于和目标球体相连接的连接部。当球体安装在内杆体9的内端部时，内杆体9对中杆体8产生径向力，中杆体8和外杆体7由于万向节的存在发生偏转，从而使得支杆6整体呈弯曲或倾斜状，同时内杆体9和中杆体8由于导杆段10和导套段11的配合关系，两者可以产生沿轴向的伸缩，从而使得球体可以自由的调整位置和研磨设备接触，实现磨头和球体自动对正。
作为进一步优选，导套段11内腔中设有弹簧，弹簧的一端抵靠在导套段11内腔的底部，该弹簧的另一端抵靠在导杆段10上，导杆段10的截面形状为矩形，导套段11的内腔截面与导杆段10 的截面相配合。设置弹簧的作用是使导杆段10和导套段11具有预紧力，使得导杆段10具有向外伸出的运动趋势，当球体安装在内杆体9上时，使得球体和研磨设备的抵靠得更紧，两者的截面为矩形使得两者不会转动只会伸缩，确保支杆6能带动球体转动。
作为进一步优选，研磨头2具有开口朝上的研磨凹腔12，研磨凹腔12的上缘面具有倒圆面13或倒角面，倒圆面13或倒角面处具有碳化硅层。球体固定在支杆6内端后，在自重作用下使支杆6弯曲或倾斜，然后球体落在研磨凹腔12的上端口，一般研磨凹腔12的直径小于球体的外径，所以球体的外球面和研磨凹腔 12上的倒圆面13或倒角面相抵靠，在两者发生相对移动时产生研磨，碳化硅层能够提高硬度，是的研磨更加光滑。
作为进一步优选，安装盘3上具有用于安装外置式研磨套21 的定位结构，定位结构为卡接孔或卡接条。研磨套21一般呈柱状，可以卡接在卡接孔内，或研磨套21设计成下端部有挡沿，用卡接条压在挡沿上实现固定。
作为进一步优选，研磨套21呈柱状，该研磨套21具有开口朝上的研磨凹腔12，研磨凹腔12的上缘面具有倒圆面13或倒角面，倒圆面13或倒角面处具有碳化硅层。球体固定在支杆6内端后，在自重作用下使支杆6弯曲或倾斜，然后球体落在研磨凹腔 12的上端口，一般研磨凹腔12的直径小于球体的外径，所以球体的外球面和研磨凹腔12上的倒圆面13或倒角面相抵靠，在两者发生相对移动时产生研磨，碳化硅层能够提高硬度，是的研磨更加光滑。
作为进一步优选，驱动源一4和驱动源二5为伺服电机；或普通电机和减速器的组合。
作为进一步优选，机架1包括水平的工作台14和若干个竖直的支脚15，各支脚15的下端面平齐，各支脚15的上端和工作台 14相固定，工作台14的一侧设有两根连接臂17，连接臂17的内端和工作台14相固连，连接臂17的外端沿远离工作台14的一侧延伸至工作台14外，两连接臂17的外端部固定有一块连接板16，连接板16上固定有的驱动源二5，支杆6的外端位于连接板16 的正上方。连接臂17的作用使得支杆6可以做的相对较长，较长的支杆6在弯曲或倾斜时可以减少弯曲度或倾斜度，有利于传动。其原理如下：将球体固定在支杆6的外端部，如果机架1上安装的是研磨头2，直接将球体和研磨头2相接触，如果是安装盘3，则需要外置一个研磨套21，将球体和研磨套21相接触，启动驱动源一4和驱动源二5，由于驱动源一4的输出轴沿竖直方向，驱动源二5的输出轴沿水平方向，使得研磨头2/研磨套21的转动方向和球体的转动方向相垂直，两者的运动轨迹是近似于垂直交错的，这样，能够对球体的外球面进行全方位的研磨，无死角。另外，由于支杆6是呈半柔性状，当球体安装在支杆6内端上时，支杆6受力弯曲或倾斜，使得球体的外球面在自重作用下和研磨头2/研磨套21相抵靠，从而研磨的力道主要来自于球体的自重，能够使得研磨更加均匀，使得加工后的球体的圆度更精确。另外，加工的时候球体和研磨设备更加容易对正，不需要精确调整位置，从这一点上也节省了人力，使得加工更加傻瓜化但精度却保证，能够提高自动化程度，节约加工成本。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种球体加工方法，其特征在于，准备金属棒料，将棒料切割为球体本体(18)，粗加工球体本体(18)外圆，用铣床沿球体本体(18)任意轴线铣出中心孔(19)，使所述中心孔(19)的两端贯穿所述球体本体(18)，使球体本体(18)在所述中心孔(19)的两端边缘处铣出具有与该中心孔(19)轴线垂直的环形平面(22)，使所述环形平面(22)的中轴线和中心孔(19)的中轴线相重合，且使所述环形平面(22)沿中心孔(19)的端部边缘线环绕在中心孔(19)的外围，外球面上铣出一条键槽(20)，所述键槽(20)位于两个环形平面(22)之间，在球体本体(18)的外球面喷涂一层碳化硅层，制作主要由碳化硅制成的圆柱形研磨套(21)，在研磨套(21)的一个端面挖出一个圆柱形的研磨凹腔(12)，研磨凹腔(12)的直径小于球体本体(18)的直径，在研磨凹腔(12)的上端边缘铣出与所述球体本体(18)半径相同的倒圆面(13)，将研磨套(21)的下端部固定在安装盘(3)上，将支杆(6)的内端部插接在球体本体(18)的中心孔(19)内且将两者可拆卸固定，将球体本体(18)放置在研磨套(21)上，由于球体本体(18)受自重影响压弯支杆(6)使球体本体(18)的外球面和研磨套(21)的倒圆面(13)相接触并抵靠，启动驱动源一(4)带动研磨套(21)沿竖直轴线方向转动，驱动驱动源二(5)带动支杆(6)沿水平轴线方向转动，支杆(6)带动球体本体(18)同步转动使球体本体(18)和研磨套(21)之间产生运动轨迹垂直交错的研磨运动，研磨至球体本体(18)的外球面达到预设精度要求后停止研磨，取出下料。
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