CN102172864B - 高硬大型球面双砂轮精密磨削方法与装备 - Google Patents

Abstract

一种机床技术领域的高硬大型球面双砂轮精密磨削方法与装备，该装置包括：立卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***和大平台，卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***固定安装在大平台上，立卧双砂轮磨削***的左端与左床身主轴***固定连接，右端与右床身尾座***连接，左床身主轴***的主轴中心线与右床身尾座***主轴中心线保持同心。本发明立卧双砂轮磨削***集成在同一大型球面精密磨削装备上，有利于冷却液对砂轮块表面的冲刷，有利于排屑、有利于对球面的冷却，从而对避免磨削烧伤、提高磨削效率、提高磨削质量具有明显效果。

Description

高硬大型球面双砂轮精密磨削方法与装备

技术领域

本发明涉及的是一种机床技术领域的精密磨削方法及装置，具体是一种高硬大型球面双砂轮精密磨削方法与装备。

背景技术

大型高精度球体是大型油气输送、大型水利、石油化工、煤化工等重大工程中大型流体、气体控制装置(大型球阀)中的关键部件。目前，大型球阀中最大的球体直径约2400mm，重量约20000kg。由于密封性和耐磨性要求，大型球体表面粗糙度和几何精度要求都很高，有些大型球体表面还进行了表面硬化处理，所以，球体表面必须经过精密磨削加工和精密研磨后才能使用。

对于这种高硬大型球体的精密磨削加工，目前采用的方法是：大型球体由主轴***和尾座***的顶尖支撑，电机通过减速后驱动球体绕主轴***中心线做旋转运动，球体转速一般在20-100rpm；砂轮磨具部件一般布置在被加工球体的后面，杯形砂轮磨具转速范围在数百转至上千转，杯形砂轮磨具的旋转中心线和被加工球体的旋转中心线处在同一水平面内并垂直相交，这样，才能保证球体磨削后的球面几何精度(球度)；砂轮磨具通过伺服电机或步进电机驱动由后向前做进给运动。通过砂轮磨具的高速旋转运动和球体的旋转运动所合成的范成运动实现了球面的精密磨削加工。由于大型球面磨削面积大，有一定的由前道工序预留的磨削余量，再加上表面的硬化处理，磨削效率问题成了大型球面磨削的一项重要难题。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：200610050360.8，名称为：自动检测数控球面磨床，主要是在机床上设有自动检测装置，实现工件在线自动检测。这类专用的数控球面磨床的砂轮磨具与被磨工件的直径是一一对应的，即一种直径的砂轮磨具对应一种直径规格的工件，这对于磨削高硬大型球面工件，其磨削效率有限。

就目前水平布置结构大型球面精密磨削装备而言，在磨削效率方面存在的问题是：在对大型球面磨削时，杯形砂轮磨具的直径大小必须覆盖整个大型球面，也就是说杯形砂轮磨具上的砂轮块与大部分球面保持在整个环状接触状态，只有在球体通孔部位，砂轮块才与球面分开，在砂轮块与球面处于整个环状接触期间，磨削产物被挤压在砂轮容屑凹坑中不能排除，砂轮块变钝，从而影响了磨削效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高硬大型球面双砂轮精密磨削方法与装备，该装备由双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***、大平台组成。双砂轮磨削***由卧式磨削部件和立式磨削部件两部分组成，其特点是：卧式磨削部件水平卧式安装在大型球面工件的后面，卧式磨削部件的第一磨削主轴的旋转中心线与左床身主轴***和右床身尾座***的主轴旋转中心线垂直相交在同一水平面内。立式磨削部件垂直仰式安装在大型球面的下面，立式磨削部件的第二磨削主轴的旋转中心线与左床身主轴***和右床身尾座***的主轴旋转中心线垂直相交在同一垂直平面内。卧式磨削部件的第一磨削主轴的旋转中心线与立式磨削部件的第二磨削的旋转中心线垂直相交在同一个垂直平面内。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种高硬大型球面双砂轮精密磨削方法，包括以下步骤：卧式磨削部件上的杯形砂轮磨具直径小于立式磨削部件的杯形砂轮磨具直径，立式磨削部件作为最终对球面进行精密磨削的装置。磨削加工时，卧式磨削部件先开始对球面进行磨削，磨削一段时间后，立式磨削部件才开始磨削。由于卧式磨削部件先开始磨削，且由于杯形砂轮磨具直径小于立式磨削部件的杯形砂轮磨具直径，所以，在大型球面的中间就形成了一个低于未磨削球面的环形球面带。这样当立式磨削部件开始磨削时，其杯形砂轮磨具上的砂轮块与球面之间的接触就变成了间隙式接触，直至后磨削的球面尺寸与已磨削的环形球面带尺寸相等时才变成了全部接触，如此交替进行磨削，直到被磨削球面到达尺寸要求为止。由于立式磨削部件砂轮磨具上的砂轮块与工件之间是间隙式接触，大大有利于磨削过程中的排屑和冷却，提高了磨削效率。

本发明涉及一种高硬大型球面双砂轮精密磨削装置，包括：立卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***和大平台，其中：立卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***固定安装在大平台上，立卧双砂轮磨削***的左端与左床身主轴***固定连接，右端与右床身尾座***连接，左床身主轴***的主轴中心线与右床身尾座***主轴中心线保持同心。

所述的立卧双砂轮磨削***由卧式磨削部件和立式磨削部件两部分组成，其中：立式磨削部件的后端与卧式磨削部件固定连接，卧式磨削部件水平卧式安装于大型球面工件的后侧，立式磨削部件垂直仰式安装在大型球面的下面。

所述的卧式磨削部件，包括：卧式磨削床身、第一伺服电机、第一同步带轮、第一同步带、滚珠丝杆轴承座、滚珠丝杆轴承、滚珠丝杆螺母副、第二同步带轮、卧式磨削主轴箱、电主轴、第三同步带轮、第二同步带、第四同步带轮、涨紧套、第一磨削主轴、第一杯形砂轮磨具，其中，第一伺服电机通过第一同步带轮、第一同步带、第二同步带轮，滚珠丝杆螺母副驱动卧式磨削主轴箱做进给运动；电主轴通过第三同步带轮、第二同步带、第四同步带轮、涨紧套、第一磨削主轴、驱动第一杯形砂轮磨具做旋转运动，实现对大型球面水平方向上的磨削。

所述的第一磨削主轴的旋转中心线与左床身主轴***和右床身尾座***的主轴旋转中心线垂直相交在同一水平面内。

所述的立式磨削部件包括：立式磨削机座、花键套轴承座、第二螺旋伞齿轮、第一螺旋伞齿轮、花键套、花键套轴承、联轴器、变频电机、第二磨削主轴套筒、第二伺服电机、齿轮、齿条、第二磨削主轴、第二磨削主轴轴承、第二杯形砂轮磨具、砂轮块，其中，变频电机固定安装在大平台上，通过联轴器把旋转动力传递到第一螺旋伞齿轮，再通过第二螺旋伞齿轮把旋转动力传递到花键套；花键套与第二螺旋伞齿轮通过螺栓联接成一个整体结构，花键套的外圆通过花键套轴承固定在花键套轴承座内；第二磨削主轴通过主轴轴承固定在第二磨削主轴套筒中，在第二磨削主轴套筒的侧壁固定了一段齿条，通过第一伺服电机、齿轮驱动齿条上下移动，从而驱动第二磨削主轴套筒和第二磨削主轴上下移动；第二磨削主轴的下端为花键轴，套装在花键套中，第二杯形砂轮磨具通过螺栓固定在第二磨削主轴顶端，于是，变频电机通过第一螺旋伞齿轮、第二螺旋伞齿轮、花键套把旋转动力传递到第二磨削主轴和第二杯形砂轮磨具，实现垂直仰式的由下往上对大型球面的磨削。

所述的第二磨削主轴的旋转中心线与左床身主轴***和右床身尾座***的主轴旋转中心线垂直相交在同一垂直平面内。

所述的第一磨削主轴的旋转中心线与立式磨削部件的第二磨削主轴的旋转中心线垂直相交在同一个垂直平面内。

本发明具有以下特点及效果：

立卧双砂轮磨削***集成在同一大型球面精密磨削装备上，用不同直径的两种砂轮磨具对球面进行磨削，由于小直径砂轮磨具在大型球面中部先磨削出一条一定宽度环形球面带，为大直径砂轮磨具的砂轮块与工件之间造就了一种间隙式磨削的条件，这大大有利于冷却液对砂轮块表面的冲刷，有利于排屑、有利于对球面的冷却，从而对避免磨削烧伤、提高磨削效率、提高磨削质量具有明显效果。

附图说明

图1为发明的高硬大型球面双砂轮精密磨削装备总体示意图；

图2为本发明立卧双砂轮磨削***的局部剖视图；

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：大平台1、左床身主轴***2、左床身主轴***主轴3、大型球面工件4、立卧双砂轮磨削***5、右床身尾座***主轴6、右床身尾座***7。其连接关系为：左床身主轴***2、立卧双砂轮磨削***5、右床身尾座***7固定安装在大平台1上。立卧双砂轮磨削***5左端用螺栓与左床身主轴***2联接，右端用螺栓与右床身尾座***7联接，左床身主轴***2的主轴3中心线与右床身尾座***7的主轴6中心线必须保持同心。

如图2所示，所述的立卧双砂轮磨削***5由卧式磨削部件和立式磨削部件两部分组成，立式磨削部件的立式磨削机座24后端用螺栓与卧式磨削部件的卧式磨削床身8联接。其特征是：卧式磨削部件水平卧式安装在大型球面工件4的后面，卧式磨削部件上的第一磨削主轴22的旋转中心线与左床身主轴***2和右床身尾座***7的主轴旋转中心线垂直相交在同一水平面内。立式磨削部件垂直仰式安装在大型球面4的下面，立式磨削部件的第二磨削主轴36的旋转中心线与左床身主轴***2和右床身尾座***7的主轴旋转中心线垂直相交在同一垂直平面内。卧式磨削部件的第一磨削主轴22的旋转中心线与立式磨削部件的第二磨削主轴36的旋转中心线垂直相交在同一个垂直平面内。

所述的卧式磨削部件包括：卧式磨削床身8、第一伺服电机9、第一同步带轮10、第一同步带11、滚珠丝杆轴承座12、滚珠丝杆轴承13、滚珠丝杆螺母副14、第二同步带轮15、卧式磨削主轴箱16、电主轴17、第三同步带轮18、第二同步带19、第四同步带轮20、涨紧套21、卧式磨削主轴22、第一杯形砂轮磨具23。其中，第一伺服电机9固定安装在卧式磨削床身8上，通过第一同步带轮10、第一同步带11、第二同步带轮15，滚珠丝杆螺母副14驱动卧式磨削主轴箱16做进给运动，滚珠丝杆螺母副14通过滚珠丝杆轴承13转动安装在滚珠丝杆轴承座12内、滚珠丝杆轴承座12固定安装在卧式磨削床身8上；电主轴17固定安装在卧式磨削主轴箱16中，第四同步带轮20用涨紧套21固定在第一磨削主轴22的尾部，第一杯形砂轮磨具23用螺钉固定安装在第一磨削主轴22的前端，电主轴17通过第三同步带轮18、第二同步带19、第四同步带轮20驱动第一杯形砂轮磨具23做旋转运动。

所述的立式磨削部件，包括：立式磨削机座24、花键套轴承座25、第二螺旋伞齿轮26、第一螺旋伞齿轮27、花键套28、花键套轴承29、联轴器30、变频电机31、第二磨削主轴套筒32、第二伺服电机33、齿轮34、齿条35、第二磨削主轴36、第二磨削主轴轴承37、第二杯形砂轮磨具38、砂轮块39。其中，变频电机31固定安装在大平台1上，通过联轴器30把旋转动力传递到第一螺旋伞齿轮27，再通过第二螺旋伞齿轮26把旋转动力传递到花键套28；花键套28与第二螺旋伞齿轮26通过螺栓联接成一个整体结构，花键套28的外圆通过花键套轴承29固定在花键套轴承座25内；第二磨削主轴36通过第二磨削主轴轴承37旋转固定在第二磨削主轴套筒32中，在第二磨削主轴套筒32的侧壁固定了一段齿条35，通过第二伺服电机33、齿轮34驱动齿条35上下移动，从而驱动第二磨削主轴套筒32和第二磨削主轴36上下移动；第二磨削主轴36的下端为花键轴，套装在花键套28中，于是，变频电机31通过第一螺旋伞齿轮27、第二螺旋伞齿轮26、花键套28把旋转动力传递给第二磨削主轴36；第二杯形砂轮磨具38通过螺栓固定在第二磨削主轴36顶端，砂轮块39固定形砂轮磨具38上，实现垂直仰式的从下往上对球面的磨削。

Claims (4)

1.一种高硬大型球面双砂轮精密磨削装置，其特征在于，包括：立卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***和大平台，其中：立卧双砂轮磨削***、左床身主轴***、右床身尾座***固定安装在大平台上，立卧双砂轮磨削***的左端与左床身主轴***固定连接，右端与右床身尾座***连接，左床身主轴***的主轴中心线与右床身尾座***主轴中心线保持同心；

所述的立卧双砂轮磨削***由卧式磨削部件和立式磨削部件两部分组成，其中：立式磨削部件的后端与卧式磨削部件固定连接，卧式磨削部件水平卧式安装于大型球面工件的后侧，立式磨削部件垂直仰式安装在大型球面的下面。

2.根据权利要求1所述的高硬大型球面双砂轮精密磨削装置，其特征是，所述的卧式磨削部件，包括：卧式磨削床身、第一伺服电机、第一同步带轮、第一同步带、滚珠丝杆轴承座、滚珠丝杆轴承、滚珠丝杆螺母副、第二同步带轮、卧式磨削主轴箱、电主轴、第三同步带轮、第二同步带、第四同步带轮、涨紧套、第一磨削主轴、第一杯形砂轮磨具，其中，第一伺服电机通过第一同步带轮、第一同步带、第二同步带轮，滚珠丝杆螺母副驱动卧式磨削主轴箱做进给运动；电主轴通过第三同步带轮、第二同步带、第四同步带轮、涨紧套、第一磨削主轴、驱动第一杯形砂轮磨具做旋转运动，实现对大型球面水平方向上的磨削。

3.根据权利要求2所述的高硬大型球面双砂轮精密磨削装置，其特征是，所述的第一磨削主轴的旋转中心线与左床身主轴***和右床身尾座***的主轴旋转中心线垂直相交在同一水平面内。

4.根据权利要求1所述的高硬大型球面双砂轮精密磨削装置，其特征是，所述的立式磨削部件包括：立式磨削机座、花键套轴承座、第二螺旋伞齿轮、第一螺旋伞齿轮、花键套、花键套轴承、联轴器、变频电机、第二磨削主轴套筒、第二伺服电机、齿轮、齿条、第二磨削主轴、第二磨削主轴轴承、第二杯形砂轮磨具、砂轮块，其中，变频电机固定安装在大平台上，通过联轴器把旋转动力传递到第一螺旋伞齿轮，再通过第二螺旋伞齿轮把旋转动力传递到花键套；花键套与第二螺旋伞齿轮通过螺栓联接成一个整体结构，花键套的外圆通过花键套轴承固定在花键套轴承座内；第二磨削主轴通过主轴轴承固定在第二磨削主轴套筒中，在第二磨削主轴套筒的侧壁固定了一段齿条，通过第二伺服电机、齿轮驱动齿条上下移动，从而驱动第二磨削主轴套筒和第二磨削主轴上下移动；第二磨削主轴的下端为花键轴，套装在花键套中，第二杯形砂轮磨具通过螺栓固定在第二磨削主轴顶端，于是，变频电机通过第一螺旋伞齿轮、第二螺旋伞齿轮、花键套把旋转动力传递到第二磨削主轴和第二杯形砂轮磨具，实现垂直仰式的由下往上对大型球面的磨削。

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