CN113102953A - 一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、加工阀套工作油口；步骤二、采用增加工艺基准面的方法进行阀芯台肩精加工。本发明主要从提高阀口与阀中孔的垂直度，降低阀芯台肩与阀套中对应阀口节流边偏差这两个角度提高伺服阀零区非线性。一方面提高阀口与阀中孔的垂直度，使流量配磨测量结果更加精准；另一方面解决阀芯台肩面多次加工过程中的测量问题，提高零件的加工精度，降低加工误差，减小正、负重叠的叠合量，从而改善伺服阀的零区流量非线性。另外，本发明的加工方法还具有提高加工效率、降低废品率节约成本的作用。

Description

一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法

技术领域

本发明涉及一种从制造角度改善伺服阀性能的方法，具体涉及一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法。

背景技术

由于伺服阀基本应用于闭环的伺服阀***，伺服阀滑阀副主要工作区为零位附近，滑阀副不同的轴向配合形式决定着伺服阀的零位特性。在电液伺服阀的制造过程中，阀芯、阀套叠合量的配磨是伺服阀制造工艺中的关键工序。所谓叠合量是指对于滑阀偶件当阀芯位于阀套中间位置时(如图1)，阀芯台肩面(图4中2-6、2-7、2-8、2-9)和阀套相应的阀口(图3中1-2、1-6)的工作边的轴向配合尺寸。滑阀副的轴向配合方式一般分为正重叠、负重叠、零重叠三种，其对应的流量曲线分别如图2中a、b、c所示，由图2可知，正、负重叠均会导致伺服阀零区流量非线性。

国内针对伺服阀零位特性进行了大量研究。CN110539221A和CN104096852A研究的主要是阀芯台肩微小毛刺的去除方法；CN106041233A公开了一种阀套节流孔线切割工装，该工装具有快速、准确定位装夹，以及保证保证线切割加工方孔节流工作边的共面度等优点，但是根据工装结构可知，该工装并不具备更重要的功能：方孔节流面与中孔垂直度无法精确保证；CN201470949U提出了一种伺服阀节流套内的节流孔去毛刺机构及方法；CN104481950A、CN104373405A、CN104454730A分别展示了某型伺服阀阀套、阀体、阀芯的加工方法，但是该加工方法仅笼统地介绍了这几个零件的工艺路线，对于影响零区特性的关键加工工序并没有相关介绍；CN101402180A公开了一种伺服阀叠合量测量方法，该方法针对重要的阀芯台肩如何加工却并没有介绍；CN102720876A公开了一种叠加高频颤振信号消除电液伺服阀空载流量特性死区的软配磨方法，该方法从控制角度对伺服零区特性予以改善，但是存在导致伺服阀稳定性差的风险，而且该方法仅从表面上对流量曲线进行了改善，并未改变伺服阀性能差的实质。

综上所述关于伺服阀零位特性的研究主要集中在阀套、阀芯去毛刺，阀套阀口加工，伺服阀叠合量的测量(流量配磨)，软配磨等方面，阀芯、阀套的加工采用偶件配磨的方式进行，即“测量-磨削”反复的过程，测量通常用流量配磨方法，而在实际配磨过程中发现，即使经过流量配磨的零件，在保证阀芯台肩和阀口锐边的前提下，流量曲线的零位特性仍然不理想，究其原因发现：

1)阀套阀口与中孔垂直度差。由于阀口由线切割加工而成，一次加工生成两个阀口，若垂直度差，两个阀口节流边与阀芯台肩接触对应的阀芯轴向位置必然不同，导致伺服阀零位区域流量曲线非线性。

2)同一阀芯的台阶对应四个阀口节流边。同理，若阀芯台肩与阀套中阀口节流边不对应，亦会导致伺服阀零位区域流量曲线非线性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法，主要从提高阀口与阀中孔的垂直度，降低阀芯台肩与阀套中对应阀口节流边偏差这两个角度提高伺服阀零区非线性。一方面提高阀口与阀中孔的垂直度，使流量配磨测量结果更加精准；另一方面解决阀芯台肩面多次加工过程中的测量问题，提高零件的加工精度，降低加工误差，减小正、负重叠的叠合量，从而改善伺服阀的零区流量非线性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种阀套垂直度保证线切割工装，包括底座、芯轴、平垫片、弹簧垫片、背紧螺母、调整螺钉、压紧块、紧固螺钉、连接螺钉、定位销，其中：

底座通过固定螺钉固定在工作台上；

芯轴通过连接螺钉与底座右端面固连；

定位销安装在底座和芯轴配合孔内；

底座上设置有螺纹孔，螺纹孔下部设置有方槽，调整螺钉安装在螺纹孔内，压紧块放置在底座方槽内，压紧块和底座间隙配合；

阀套通过背紧螺母压紧在芯轴锥面右端面上；

背紧螺母和阀套中间设置有弹垫片和平垫片。

一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法，包括如下步骤：

步骤一、加工阀套工作油口：

1)将底座通过固定螺钉固定在工作台上；

2)将芯轴通过连接螺钉固定在底座右端面上，安装过程中将定位销安装在底座和芯轴配合孔内；

3)将阀套安装在芯轴上，加平垫片、弹簧垫片，用背紧螺母将阀套压紧在芯轴锥面右端面上；

4)打表找正底座右端面，若偏差较大，通过调零螺钉调整，直至跳动≤0.001；

5)线切割加工阀套中的工作油口；

步骤二、采用增加工艺基准面的方法进行阀芯台肩精加工：

1)在阀芯上取一非重要台肩面作为工艺基准面，阀芯台肩精加工方法为外圆磨削，靠两顶尖定位，将工艺基准面和台肩面磨削见光，其中工艺基准面仅磨削一次；

2)用金相海绵将磨削后的工艺基准面和台肩面毛刺去除干净，注意保持锐边，去除完毛刺之后，用投影测量仪检测台肩面与工艺基准面的距离；

3)取用步骤一线切割工装加工的阀套，待轴向配磨的阀芯，记录阀芯、阀套编号，用流量配磨试验台测出各边重叠量；

4)外圆磨床，靠两顶尖定位，磨削阀芯台肩面，理论上第一次磨削后阀芯台肩留量为阀芯行程m的10％，实际磨削量可通过投影测量仪检测各边与工艺基准面的距离可得；

5)去毛刺并清洗干净，取3)中阀套，用流量配磨试验台测出阀芯各边重叠量；

6)外圆磨床，靠两顶尖定位，磨削阀芯台肩面，理论上第二次磨削后阀芯台肩留量为阀芯行程m的3％，实际磨削量可通过投影测量仪检测各边与工艺基准面的距离可得；

7)用金相砂纸去毛刺，注意保持锐边，清洗阀芯，阀芯配磨完成。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明针对伺服阀常见的正重叠、负重叠导致的流量曲线非线性问题，从加工角度上予以改善，一方面保证阀套阀口与中孔的垂直度，另一方面通过增加工艺基准面的方法解决加工过程中阀芯台肩面的测量问题，弱化台肩面加工时对刀误差的影响，使伺服阀阀芯台肩与阀套阀口配合更加精准，改善伺服阀零区流量非线性。另外，本发明的加工方法还具有提高加工效率、降低废品率节约成本的作用。

附图说明

图1是阀套阀芯中位配合；

图2是重叠形式；

图3是阀套；

图4是阀芯；

图5是阀套垂直度保证线切割工装的俯视图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7为图6中C放大图；

图8是阀套垂直度保证线切割工装的左视图；

图9是图8的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种阀套垂直度保证线切割工装，如图5和图6所示，所述线切割工装由底座2、芯轴3、平垫片4、弹簧垫片5、背紧螺母6、调整螺钉7、压紧块8、紧固螺钉9、连接螺钉10、定位销11组成，其中：

底座2通过固定螺钉9固定在工作台上；

芯轴3通过连接螺钉10与底座2右端面固连；

定位销11安装在底座2和芯轴3的配合孔内，用于防止芯轴相对底座转动；

底座2上设置有螺纹孔，调整螺钉7安装在螺纹孔内，底座螺纹孔下部为方槽，压紧块8放置在底座方槽内，压紧块8和底座2间隙配合，调零螺钉7和压紧块8用于找正时微调；

背紧螺母6、弹簧垫片5、平垫片4用于将阀套固定在芯轴上；

阀套1通过背紧螺母6压紧在芯轴3锥面右端面上；

背紧螺母6和阀套1中间为弹垫片5和平垫片4。

该线切割工装的作用是保证阀套阀口(1-2和1-6)与中孔1-1的垂直度。其中：底座2底面与右端面相互垂直，通过平面磨削方式加工；芯轴3锥部左端面和右端面相互平行，通过两顶尖定位外圆磨削加工而成；芯轴3锥面右侧面根部设计退刀槽(见图7中C放大图)，用于细长杆和锥面磨削加工；线切割找正时用扳手微调调整螺钉7，依靠压紧块8与工作台之间的压力，使底座2发生微小偏摆；定位销11与底座2和芯轴3均为小间隙配合(见图8和图9)，防止芯轴3相对于底座2周向转动，另外定位销11含小孔和扁特征，便于压紧和拆卸。

如图3所示，图中1-1为阀套中孔，1-2为工作油口A口，1-3为O形圈槽，1-4为P口(进油口)，1-5为O形圈槽，1-6为工作油口B口，1-7为O形圈槽，1-8为R口(回油口)，左端面1-10和右端面1-9是通过穿涨紧芯轴依靠中孔1-1定位外圆磨床靠磨端面的方法加工而成，与中孔1-1垂直度≤0.001。

如图4所示，图中2-1、2-4为阀芯两顶尖孔，2-2、2-3为阀芯均压槽，台肩2-10与阀套中工作油口A口1-2配合，台肩2-11与阀套中工作油口B口1-6配合，2-6和2-7为台肩2-10的两个台肩面，2-8和2-9为台肩2-11的两个台肩面，台肩面2-5为工艺基准面。

本发明中，线切割工装使用步骤如下：

1)将底座2通过固定螺钉9固定在工作台上；

2)将芯轴3通过连接螺钉10固定在底座2右侧，安装过程中将定位销11安装在底座2和芯轴3配合孔内；

3)将阀套1按图6所示安装在芯轴3上，加平垫片4、弹簧垫片5，用背紧螺母6将阀套压紧在芯轴3锥面右端面，注意阀套1中预留线切割孔竖直向上；

4)打表找正底座右端面，若偏差较大，通过调零螺钉7调整，直至跳动≤0.001；

5)线切割加工阀套1中的工作油口A口1-2和工作油口B口1-6。

阀芯2台肩(2-6、2-7、2-8、2-9)的加工采用偶件配磨的方式进行，实际磨削量借助工艺基准面进行测量。阀芯2台肩精加工步骤如下：

1)外圆磨床，靠两顶尖定位，拧紧鸡心夹，将工艺基准面2-5和台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)磨削见光，其中台肩面2-5为工艺面，仅磨削一次；

2)用金相海绵将磨削后的工艺基准面2-5和台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)毛刺去除干净，注意保持锐边，用投影测量仪检测台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)与工艺基准面2-5的距离分别为l₁，l₂，l₃，l₄；

3)取用线切割工装加工的阀套(1个)，待轴向配磨的阀芯(1个)，记录阀芯、阀套编号，用流量配磨试验台测出各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)重叠量分别为x₁，x₂，x₃，x₄；

4)外圆磨床，靠两顶尖定位，拧紧鸡心夹，磨削台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)，第一次磨削后留量为阀芯行程m的10％，通过投影测量仪检测，即台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)各边磨削后只需保证与工艺基准面2-5的尺寸为：

l'₁＝l₁+x₁-0.1m；

l'₂＝l₂-x₂+0.1m；

l'₃＝l₃+x₃-0.1m；

l'₄＝l₄-x₄+0.1m；

x₁，x₂，x₃，x₄分别为3)中台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)重叠量；m为阀芯行程；l₁、l₂、l₃、l₄分别为磨削前各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)与工艺基准面2-5的距离；l'₁、l'₂、l'₃、l'₄分别为磨削后各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)与工艺基准面2-5之间距离。

5)去毛刺并清洗干净，取3)中阀套，用流量配磨试验台测出阀芯各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)重叠量x'₁，x'₂，x'₃，x'₄；

6)外圆磨床，靠两顶尖定位，拧紧鸡心夹，磨削台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)，第二次磨削后留量为阀芯行程m的3％；即台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)磨削后只需保证与工艺基准面2-5的尺寸为：

l”₁＝l'₁+x'₁-0.03m；

l”₂＝l'₂-x'₂+0.03m；

l”₃＝l'₃+x'₃-0.03m；

l”₄＝l'₄-x'₄+0.03m；

l'₁、l'₂、l'₃、l'₄分别为4)中各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)与工艺基准面2-5之间距离；x'₁，x'₂，x'₃，x'₄分别为5)中台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)重叠量；l”₁、l”₂、l”₃、l”₄分别为磨削后各台肩面(2-6、2-7、2-8、2-9)与工艺基准面2-5之间距离。

7)用金相砂纸去毛刺，注意保持锐边，清洗阀芯，阀芯配磨完成。

本发明在阀芯磨削加工时，除要加工的阀芯台肩面之外再加工一个非重要面作为基准面；该面与其他台肩面均磨削见光，加工工种为外圆磨，加工方法为两顶尖定位，靠砂轮侧面磨削，阀芯工艺基准面只加工一次，用作后续测量基准。阀芯工艺基准面具有如下优点：

1)阀芯工艺基准面建立了流量配磨测试结果与磨削加工的联系，加工过程中的磨削量有了判定的依据，可以直接进行测量。由于磨削加工时，阀芯台肩磨削量较小，机床无法识别是否对刀成功，而且加工过程中对磨削量要求极为严格，精确度为1μm，因此对刀误差成为了阀芯台肩磨削加工的主要难题，该阀芯工艺基准面的存在弱化了对刀误差对加工尺寸的影响，只需加工后检测尺寸即可，因此提高了加工精度，使伺服阀阀芯台肩尺寸与阀套阀口尺寸配合更加精准，极大程度地改善了伺服阀零区流量非线性。

2)由于阀芯工艺基准面的存在，零件磨削量有了依据，减少了流量配磨的次数，缩短了加工时间，提高了加工效率和加工精度，降低了废品率，节约了加工成本。

Claims (5)

1.一种阀套垂直度保证线切割工装，其特征在于所述线切割工装包括底座、芯轴、平垫片、弹簧垫片、背紧螺母、调整螺钉、压紧块、紧固螺钉、连接螺钉、定位销，其中：

底座通过固定螺钉固定在工作台上；

芯轴通过连接螺钉与底座右端面固连；

定位销安装在底座和芯轴配合孔内；

底座上设置有螺纹孔，螺纹孔下部设置有方槽，调整螺钉安装在螺纹孔内，压紧块放置在底座方槽内，压紧块和底座间隙配合；

阀套通过背紧螺母压紧在芯轴锥面右端面上；

背紧螺母和阀套中间设置有弹垫片和平垫片。

2.根据权利要求1所述的阀套垂直度保证线切割工装，其特征在于所述底座底面与右端面相互垂直，通过平面磨削方式加工。

3.根据权利要求1所述的阀套垂直度保证线切割工装，其特征在于所述芯轴锥部左端面和右端面相互平行，通过两顶尖定位外圆磨削加工而成。

4.根据权利要求1所述的阀套垂直度保证线切割工装，其特征在于所述芯轴锥面右侧面根部设计退刀槽。

5.一种改善伺服阀零区流量非线性的加工方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、加工阀套工作油口：

1)将底座通过固定螺钉固定在工作台上；

2)将芯轴通过连接螺钉固定在底座右端面上，安装过程中将定位销安装在底座和芯轴配合孔内；

3)将阀套安装在芯轴上，加平垫片、弹簧垫片，用背紧螺母将阀套压紧在芯轴锥面右端面上；

4)打表找正底座右端面，若偏差较大，通过调零螺钉调整，直至跳动≤0.001；

5)线切割加工阀套中的工作油口；

步骤二、采用增加工艺基准面的方法进行阀芯台肩精加工：

1)在阀芯上取一非重要台肩面作为工艺基准面，阀芯台肩精加工方法为外圆磨削，靠两顶尖定位，将工艺基准面和台肩面磨削见光，其中工艺基准面仅磨削一次；

2)用金相海绵将磨削后的工艺基准面和台肩面毛刺去除干净，去除完毛刺之后，用投影测量仪检测台肩面与工艺基准面的距离；

3)取用步骤一线切割工装加工的阀套，待轴向配磨的阀芯，记录阀芯、阀套编号，用流量配磨试验台测出各边重叠量；

4)外圆磨床，靠两顶尖定位，磨削阀芯台肩面，理论上第一次磨削后阀芯台肩留量为阀芯行程m的10％，实际磨削量通过投影测量仪检测各边与工艺基准面的距离可得；

5)去毛刺并清洗干净，取3)中阀套，用流量配磨试验台测出阀芯各边重叠量；

6)外圆磨床，靠两顶尖定位，磨削阀芯台肩面，理论上第二次磨削后阀芯台肩留量为阀芯行程m的3％，实际磨削量通过投影测量仪检测各边与工艺基准面的距离可得；

7)用金相砂纸去毛刺，注意保持锐边，清洗阀芯，阀芯配磨完成。

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