CN110549198A - 内球面磨床 - Google Patents

Abstract

一种内球面磨床，包括床身，床身上端安装摇摆臂，摇摆臂为由垂直轴、水平延伸部构成，水平延伸部上设有第一导轨，垂直轴下端通过第一带传动机构与正反转伺服电机连接，第一导轨上滑动配合磨盘主轴基座，磨盘主轴基座的磨盘主轴右端通过第二带传动机构与第一电机连接，磨盘通过安装轴与磨盘主轴左端连接固定，磨盘外圆周的斜面安装部设有多个磨条，水平延伸部上端固定驱动磨盘主轴基座的第一伺服电机，该伺服电机电机轴与第一螺杆连接，床身上端安装的第二导轨上滑动配合头架主轴基座，头架主轴左端通过第三带传动机构与第二电机连接，头架主轴右端固定工件夹具，床身上端安装驱动头架主轴基座的第二伺服电机，该伺服电机电机轴与第二螺杆连接。

Description

内球面磨床

技术领域

本发明涉及一种磨床，特别涉及一种内球面磨床。

背景技术

球阀是管道切断介质的关键阀门，其包括球体和阀座，球体与阀座之间的密封面为球面，其中阀座的密封面为内球面。目前，阀座密封内球面的加工通常是在硬化后通过车床对内球面进行车削加工，由于车床的加工精度不高，加工出来的密封面的尺寸精度、真球度及粗糙度均不能满足设计精度要求。因此为了达到良好的密封效果，球体和阀座需要依靠人工进行相互的研磨，这种加工方式的加工周期长，降低了生产效率，所需的工人数量也大，增加了生产成本。而且，对于超音速喷涂硬质合金制作而成的阀座，阀座硬质合金层与基体结合的强度较低，喷涂的硬质合金层也较薄，所以不能在车床上对阀座内球面车削加工，只能用磨削方式对密封面进行加工。现在采用的都是先磨削一个密封角度，再依靠人工对阀座与球体进行相互的研磨，以达到球阀的密封要求。这种加工方式所使用的人工量更大，加工时间更长，大大降低了生产效率，极不利于批量生产，降低了生产商的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种内球面磨床，其可自动加工工件的内球面，大大减少了工人数量，降低了生产成本，内球面的磨削效率及精度也高，提高了加工效率。

本发明的技术方案是：一种内球面磨床，包括床身，所述床身上端安装一摇摆臂，所述摇摆臂为由垂直轴和设于垂直轴上端的水平延伸部构成的T型结构，所述水平延伸部上设有第一导轨，所述垂直轴通过轴承与床身配合，垂直轴下端通过第一带传动机构与正反转伺服电机连接，所述第一导轨上滑动配合一磨盘主轴基座，所述磨盘主轴基座的磨盘主轴右端通过第二带传动机构与第一电机连接，所述磨盘主轴轴心线与摇摆臂的垂直轴的轴心延长线垂直相交，一磨盘通过安装轴与磨盘主轴左端连接固定，所述磨盘外圆周环绕设有一斜面安装部，该斜面安装部设有圆周均匀分布的多个用于磨削工件内球面的磨条，各磨条轴心线的后延端均与磨盘主轴的轴心线相交于同一点，所述摇摆臂的水平延伸部上端固定第一伺服电机，该第一伺服电机的电机轴固定连接一第一螺杆，所述第一螺杆与磨盘主轴基座螺纹配合连接，所述床身上端安装第二导轨，所述第二导轨上滑动配合头架主轴基座，所述头架主轴基座的头架主轴左端通过第三带传动机构与第二电机连接，所述头架主轴右端固定安装工件夹具，所述头架主轴轴心线与磨盘主轴轴心线在同一水平面上，并与摇摆臂的垂直轴的轴心延长线垂直相交，所述床身上端安装第二伺服电机，该第二伺服电机电机轴固定连接一第二螺杆，所述第二螺杆与头架主轴基座螺纹配合连接。

所述磨盘的斜面安装部上设有圆周均匀分布的多个安装磨条的固定孔，所述磨条插入固定孔中通过螺钉压紧固定。

所述磨盘设有一圆心孔，所述安装轴左端穿过磨盘圆心孔与一锁紧螺母配合固定磨盘。

所述磨盘主轴轴心设有一莫氏锥度孔，所述安装轴右端设置莫氏锥度轴段，该轴段插入莫氏锥度孔中，形成安装轴与磨盘主轴的莫氏锥度连接。

所述摇摆臂的垂直轴通过轴承安装在床身上端中部设置的通孔中，所述垂直轴通过轴肩限位轴承，所述床身位于通孔下端安装有一端盖，该端盖抵住轴承形成限位，端盖圆心设有供垂直轴延伸出的圆心孔。

所述磨盘主轴、头架主轴分别通过轴承支承于基座上设置的轴承安装孔中，各基座的左右两侧壁分别固定一限位板，所述限位板抵住轴承形成限位，各限位板均设有让位主轴的孔。

所述第一电机通过螺栓固定支承在一安装支架上，所述安装支架下端与磨盘主轴基座固定连接。

所述第二电机通过螺栓固定在头架主轴基座上。

所述工件夹具为三爪卡盘或四爪卡盘。

采用上述技术方案：包括床身，所述床身上端安装一摇摆臂，所述摇摆臂为由垂直轴和设于垂直轴上端的水平延伸部构成的T型结构，所述水平延伸部上设有第一导轨，所述垂直轴通过轴承与床身配合，垂直轴下端通过第一带传动机构与正反转伺服电机连接，所述第一导轨上滑动配合一磨盘主轴基座，所述磨盘主轴基座的磨盘主轴右端通过第二带传动机构与第一电机连接，所述磨盘主轴轴心线与摇摆臂的垂直轴的轴心延长线垂直相交，一磨盘通过安装轴与磨盘主轴左端连接固定，所述磨盘外圆周环绕设有一斜面安装部，该斜面安装部设有圆周均匀分布的多个用于磨削工件内球面的磨条，各磨条轴心线的后延端均与磨盘主轴的轴心线相交于同一点，所述摇摆臂的水平延伸部上端固定第一伺服电机，该第一伺服电机的电机轴固定连接一第一螺杆，所述第一螺杆与磨盘主轴基座螺纹配合连接，所述床身上端安装第二导轨，所述第二导轨上滑动配合头架主轴基座，所述头架主轴基座的头架主轴左端通过第三带传动机构与第二电机连接，所述头架主轴右端固定安装工件夹具，所述头架主轴轴心线与磨盘主轴轴心线在同一直线上，所述床身上端安装第二伺服电机，该第二伺服电机电机轴固定连接一第二螺杆，所述第二螺杆与头架主轴基座螺纹配合连接。其中的各电机均与控制器PLC电连接，通过PLC便可控制各电机的工作，使得该磨床可自动加工工件的内球面，自动化的加工大大减少了工人的数量，只需一个磨床的操作工即可，大大降低了生产成本。工作时，先将待加工的工件固定在工件夹具上，再通过第二伺服电机驱动头架主轴基座在第二导轨上滑动，使工件停留在合适的磨削位置。之后再根据工件内球面的磨削宽度，设置好正反转伺服电机的摇摆角度，并选择好合适的磨盘，将需要数量的磨条安装在磨盘上，再将磨盘安装在安装轴上。然后通过第一伺服电机驱动磨盘主轴基座在第一导轨上滑动，使磨盘停留在合适的磨削位置，此时各磨条均与工件内球面垂直。调整完成后，通过PLC设置好正反转伺服电机的正反转周期，再启动第一、二电机及正反转伺服电机启动工作即可。此时，第二电机驱动工件旋转，第一电机驱动磨盘旋转，正反转伺服电机驱动摇摆臂绕垂直轴的轴心线摆动使磨盘作圆弧摆动，在磨削过程中，通过第二伺服电机的驱动进给，使工件沿第二导轨进行移动，可以调整工件的磨削深度；通过第一伺服电机的驱动进给，使磨盘沿第一导轨进行移动，可以适当调整工件内球面的磨削半径，并可作为磨料磨损补偿用，由此实现了对工件内球面的自动化加工。该磨床的加工精度高，所加工出来的内球面的尺寸精度、真球度及粗糙度均可满足工件的精度要求。而且，其加工的效率也高，大大缩短了加工周期，更有利于批量生产，提高了生产效率，与人工研磨相比其所生产出来的产品合格率也更高，提高了市场竞争力。该磨床适用于球阀阀座内球面的加工，其可直接磨削超音速喷涂硬质合金制作而成的球阀阀座，所磨削出来的阀座内球面的精度高，保证了球阀的高密封性能。另外，因磨条始终与工件内球面垂直，在磨削过程中不再需要对磨条进行修整，就可达到理想的磨削效果。

所述磨盘的斜面安装部上设有圆周均匀分布的多个安装磨条的固定孔，所述磨条插入固定孔中通过螺钉压紧固定。磨条的安装及拆卸简便，加工不同的工件内球面时，根据内球面的直径选择对应的磨盘即可。

所述磨盘设有一圆心孔，所述安装轴左端穿过磨盘圆心孔与一锁紧螺母配合固定磨盘。磨盘与安装轴之间的连接也简单，磨盘在安装轴上通过轴肩轴向限位。

所述磨盘主轴轴心设有一莫氏锥度孔，所述安装轴右端设置莫氏锥度轴段，该轴段插入莫氏锥度孔中，形成安装轴与磨盘主轴的莫氏锥度连接。安装轴与磨盘主轴之间形成了快速装夹，方便了磨盘、磨条的更换，提高了加工效率。

所述摇摆臂的垂直轴通过两轴承安装在床身上端中部设置的通孔中，两轴承之间设有轴向限位的套筒，所述垂直轴通过轴肩限位轴承，所述床身位于通孔下端安装有一端盖，该端盖抵住轴承形成限位，端盖圆心设有供垂直轴延伸出的圆心孔。摇摆臂转动配合在床身上，摇摆臂与床身的配合好。

所述磨盘主轴、头架主轴分别通过两轴承支承于基座上设置的轴承安装孔中，两轴承之间设有轴向限位的套筒，各基座的左右两侧壁分别固定一限位板，所述限位板抵住轴承形成限位，各限位板均设有让位主轴的孔。磨盘主轴及头架主轴可转动地安装在基座上，各主轴在基座上的支承刚性和强度好。

所述第一电机通过螺栓固定支承在一安装支架上，所述安装支架下端与磨盘主轴基座固定连接，安装支架方便了第一电机的安装。

所述第二电机通过螺栓固定在头架主轴基座上，第二电机的安装也方便。

所述工件夹具为三爪卡盘或四爪卡盘，三爪卡盘或四爪卡盘由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构组成，能快速找准中心，节约了工件的装夹时间。

本内球面磨床可自动加工工件的内球面，自动化的加工大大减少了工人的数量，只需一个磨床的操作工即可，大大降低了生产成本。该磨床的加工精度高，所加工出来的内球面的尺寸精度、真球度及粗糙度均可满足磨削的精度要求。而且，其加工的效率也高，大大缩短了加工周期，更有利于批量生产，提高了生产效率，与人工研磨相比其所生产出来的产品合格率也更高，提高了市场竞争力。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为摇摆臂的结构示意图；

图3为磨盘的结构示意图。

附图中，1为第二电机，2为第三带传动机构，3为第三从动皮带轮，4为头架主轴基座，5为第二螺杆，6为第一螺杆，7为第二导轨，8为摇摆臂，8-1 为垂直轴，8-2为水平延伸部，9为第一带传动机构，10为第一从动皮带轮，11 为正反转伺服电机，12为工件夹具，13为阀座，14为磨条，15为磨盘，15-1 为斜面安装部，15-2为圆心孔，15-3为固定孔，16为安装轴，17为磨盘主轴， 18为第二带传动机构，19为第一电机，20为第二从动皮带轮，21为磨盘主轴基座，22为头架主轴，23为锁紧螺母，24为第一导轨，25为床身，25-1为通孔，26为限位板，27为端盖，28为轴承安装孔，29为安装支架，30为第二伺服电机，31为第一伺服电机。

具体实施方式

参见图1至图3，一种内球面磨床，包括床身25，所述床身25上端安装一摇摆臂8，所述摇摆臂8为由垂直轴8-1和设于垂直轴8-1上端的水平延伸部8-2 构成的T型结构。所述水平延伸部8-2上设有第一导轨24，所述垂直轴8-1通过两轴承与床身25上端中部设置的通孔25-1配合，所述垂直轴8-1上端通过轴肩限位轴承，所述床身25位于通孔25-1下端通过螺栓安装有一端盖27，该端盖27抵住轴承形成限位，端盖27圆心设有供垂直轴8-1延伸出的中心孔，摇摆臂8转动配合在床身25的通孔25-1中，摇摆臂8与床身25的配合好。垂直轴 8-1下端通过第一带传动机构9与正反转伺服电机11连接，第一带传动机构9 的第一从动皮带轮10与垂直轴8-1下端通过键周向固定，垂直轴8-1下端安装有限位第一从动皮带轮10的螺母，第一带传动机构9的主动皮带轮与正反转伺服电机11的电机轴固定连接，正反转伺服电机11通过螺栓固定在床身25上。所述第一导轨24上滑动配合一磨盘主轴基座21，所述磨盘主轴基座21的磨盘主轴17右端通过第二带传动机构18与第一电机19连接，第一电机19为无极调速电机。所述第一电机19通过螺栓固定支承在一安装支架29上，所述安装支架29下端与磨盘主轴基座21固定连接，安装支架29方便了第一电机19的安装。第二带传动机构18的第二从动皮带轮20与磨盘主轴17右端通过键周向固定，第二带传动机构18的主动皮带轮与第一电机19的电机轴固定连接。所述磨盘主轴17轴心线与摇摆臂8的垂直轴8-1的轴心延长线垂直相交，一磨盘 15通过安装轴16与磨盘主轴17左端连接固定，所述磨盘主轴17轴心设有一莫氏锥度孔，所述安装轴16右端设置莫氏锥度轴段，该轴段插入莫氏锥度孔中，形成安装轴16与磨盘主轴17的莫氏锥度连接。或者，安装轴16与磨盘主轴17 之间还可使用其它惯常使用的快速装夹连接方式。本实施例选择通过莫氏锥度连接安装轴16与磨盘主轴17。安装轴16与磨盘主轴17之间形成了快速装夹，方便了磨盘15的更换，提高了加工效率。所述磨盘15设有一圆心孔15-2，所述安装轴16左端穿过磨盘15圆心孔15-2与一锁紧螺母23配合固定磨盘15。磨盘15与安装轴16之间的连接也简单，磨盘15在安装轴16上通过轴肩轴向限位。所述磨盘15外圆周环绕设有一斜面安装部15-1，该斜面安装部15-1设有的多个用于磨削阀座13内球面的磨条14。所述磨盘15的斜面安装部15-1上设有圆周均匀分布的多个安装磨条14的固定孔15-3，所述磨条14插入固定孔15-3 中通过螺钉压紧固定，该螺钉螺纹配合在斜面安装部15-1上设置的螺纹孔中，各螺纹孔均与固定孔15-3垂直。磨条14的安装及拆卸简便，方便了磨条14的更换，加工不同的阀座13内球面时，根据内球面直径的大小选择对应的磨盘15 即可。各磨条14轴心线的后延端均与磨盘主轴17的轴心线相交于同一点，所述摇摆臂8的水平延伸部8-2上端固定第一伺服电机31，该第一伺服电机31的电机轴固定连接第一螺杆6，所述第一螺杆6与磨盘主轴基座21上固定的螺母螺纹配合连接。所述床身25上端安装第二导轨7，所述第二导轨7上滑动配合头架主轴基座4，所述头架主轴基座4的头架主轴22左端通过第三带传动机构 2与第二电机1连接，所述第二电机1为无级调速电机，所述第二电机1通过螺栓固定在头架主轴基座4上，第二电机1的安装也方便。第三带传动机构2的第三从动皮带轮3与头架主轴22通过键周向固定连接，第三带传动机构2的主动皮带轮与第二电机1的电机轴固定连接。所述头架主轴22右端固定安装工件夹具12，所述工件夹具12为三爪卡盘或四爪卡盘，或者也可为机床上惯常使用工装夹具，本实施例选择为三爪卡盘的工件夹具。三爪卡盘由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构组成，能快速找准中心，节约了阀座13磨削时的装夹时间。所述头架主轴22轴心线与磨盘主轴17轴心线在同一水平面上，并与摇摆臂8 的垂直轴8-1的轴心延长线垂直相交。所述磨盘主轴17、头架主轴22分别通过两轴承支承于相应基座上设置的轴承安装孔28中，各主轴上分别套有位于的两轴承之间轴向限位套，各基座的左右两侧壁分别固定一限位板26，所述限位板 26抵住支承主轴的轴承对轴承形成限位。各限位板26均设有让位主轴的孔，磨盘主轴17及头架主轴22均可转动地安装在对应的基座上，各主轴在基座上的支承刚性和强度好。所述床身25上端安装第二伺服电机30，该第二伺服电机 30电机轴固定连接第二螺杆5，所述第二螺杆5与头架主轴基座4上固定的螺母螺纹配合连接。磨盘主轴基座21与头架主轴基座4的位置调节简便，通过PLC 控制即可，磨盘主轴基座21与头架主轴基座4调节的位置也更准确。上述的各电机均与控制器PLC电连接，通过PLC便可控制各电机的工作。

该内球面磨床可自动加工工件阀座13的内球面，自动化的加工大大减少了工人的数量，只需一个磨床的操作工即可，大大降低了生产成本。工作时，先将待加工的阀座13固定在三爪卡盘上，再通过PLC控制第二伺服电机30工作，驱动第二螺杆5旋转，由此带动与第二螺杆5螺纹配合的头架主轴基座4在第二导轨7上滑动，使阀座13停留在合适的磨削位置。不同大小的阀座13内球面的球心始终固定在摇摆臂8的垂直轴8-1轴心延长线与磨盘主轴17轴心延长线的交点处。之后再根据阀座13内球面的磨削宽度，通过PLC设置好正反转伺服电机11的正反转周期，即设定好正反转伺服电机11的摇摆角度，并选择好合适的磨盘15，将需要数量的磨条14安装在磨盘15上，再将磨盘15安装在安装轴16上，其中磨条的数量以2～8根为宜。然后通过PLC控制第一伺服电机 31工作，驱动第一螺杆6旋转，由此带动与第一螺杆6螺纹配合的磨盘主轴基座21在第一导轨24上滑动，使磨盘主轴基座21停留在合适的磨削位置。此时，各磨条14均与阀座13的内球面垂直。调整完成后，启动第一、二电机及正反转伺服电机11工作即可。此时，第二电机1驱动阀座13旋转，第一电机19驱动磨盘15旋转，正反转伺服电机11驱动摇摆臂8绕垂直轴8-1的轴心线摆动使磨盘15作圆弧摆动，在磨削过程中，通过第二伺服电机30的驱动进给，使工件沿第二导轨7进行移动，可以调整工件的磨削深度；通过第一伺服电机31的驱动进给，使磨盘15沿第一导轨24进行移动，可以适当调整工件内球面的磨削半径，并可作为磨料磨损补偿用，由此实现了对阀座13内球面的自动化加工。该磨床的加工精度高，所加工出来的内球面的尺寸精度、真球度及粗糙度均可满足磨削的精度要求。而且，其加工的效率也高，大大缩短了加工周期，更有利于批量生产，提高了生产效率，与人工研磨相比其所生产出来的产品合格率也更高，提高了市场竞争力。该磨床适用于球阀阀座内球面的加工，也适用于其它内球面零件的磨削，其可直接磨削超音速喷涂硬质合金制作而成的球阀阀座，所磨削出来的阀座13内球面的精度高，保证了球阀的高密封性能。且因磨条14始终与阀座内球面垂直，在磨削过程中不再需要对磨条14进行修整，就可达到理想的磨削效果。

Claims (9)

1.一种内球面磨床，包括床身(25)，其特征在于：所述床身(25)上端安装一摇摆臂(8)，所述摇摆臂(8)为由垂直轴(8-1)和设于垂直轴(8-1)上端的水平延伸部(8-2)构成的T型结构，所述水平延伸部(8-2)上设有第一导轨(24)，所述垂直轴(8-1)通过轴承与床身(25)配合，垂直轴(8-1)下端通过第一带传动机构(9)与正反转伺服电机(11)连接，所述第一导轨(24)上滑动配合一磨盘主轴基座(21)，所述磨盘主轴基座(21)的磨盘主轴(17)右端通过第二带传动机构(18)与第一电机(19)连接，所述磨盘主轴(17)轴心线与摇摆臂(8)的垂直轴(8-1)的轴心延长线垂直相交，一磨盘(15)通过安装轴(16)与磨盘主轴(17)左端连接固定，所述磨盘(15)外圆周环绕设有一斜面安装部(15-1)，该斜面安装部(15-1)设有圆周均匀分布的多个用于磨削工件内球面的磨条(14)，各磨条(14)轴心线的后延端均与磨盘主轴(17)的轴心线相交于同一点，所述摇摆臂(8)的水平延伸部(8-2)上端固定第一伺服电机(31)，该第一伺服电机(31)的电机轴固定连接一第一螺杆(6)，所述第一螺杆(6)与磨盘主轴基座(21)螺纹配合连接，所述床身(25)上端安装第二导轨(7)，所述第二导轨(7)上滑动配合头架主轴基座(4)，所述头架主轴基座(4)的头架主轴(22)左端通过第三带传动机构(2)与第二电机(1)连接，所述头架主轴(22)右端固定安装工件夹具(12)，所述头架主轴(22)轴心线与磨盘主轴(17)轴心线在同一水平面上，并与摇摆臂(8)的垂直轴(8-1)的轴心延长线垂直相交，所述床身(25)上端安装第二伺服电机(30)，该第二伺服电机(30)电机轴固定连接一第二螺杆(5)，所述第二螺杆(5)与头架主轴基座(4)螺纹配合连接。

2.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述磨盘(15)的斜面安装部(15-1)上设有圆周均匀分布的多个安装磨条(14)的固定孔(15-3)，所述磨条(14)插入固定孔(15-3)中通过螺钉压紧固定。

3.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述磨盘(15)设有一圆心孔(15-2)，所述安装轴(16)左端穿过磨盘(15)圆心孔(15-2)与一锁紧螺母(23)配合固定磨盘(15)。

4.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述磨盘主轴(17)轴心设有一莫氏锥度孔，所述安装轴(16)右端设置莫氏锥度轴段，该轴段插入莫氏锥度孔中，形成安装轴(16)与磨盘主轴(17)的莫氏锥度连接。

5.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述摇摆臂(8)的垂直轴(8-1)通过轴承安装在床身(25)上端中部设置的通孔(25-1)中，所述垂直轴(8-1)通过轴肩限位轴承，所述床身(25)位于通孔(25-1)下端安装有一端盖(27)，该端盖(27)抵住轴承形成限位，端盖(27)圆心设有供垂直轴(8-1)延伸出的中心孔。

6.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述磨盘主轴(17)、头架主轴(22)分别通过轴承支承于基座上设置的轴承安装孔(28)中，各基座的左右两侧壁分别固定一限位板(26)，所述限位板(26)抵住轴承形成限位，各限位板(26)均设有让位主轴的孔。

7.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述第一电机(1)通过螺栓固定支承在一安装支架(29)上，所述安装支架(29)下端与磨盘主轴基座(21)固定连接。

8.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述第二电机(19)通过螺栓固定在头架主轴基座(4)上。

9.根据权利要求1所述的内球面磨床，其特征在于：所述工件夹具(12)为三爪卡盘或四爪卡盘。