專利名稱：高硬大型球面雙砂輪精密磨削方法與裝備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機床技術(shù)領(lǐng)域的精密磨削方法及裝置，具體是一種高硬大型球面雙砂輪精密磨削方法與裝備。
背景技術(shù)：
大型高精度球體是大型油氣輸送、大型水利、石油化工、煤化工等重大工程中大型流體、氣體控制裝置(大型球閥)中的關(guān)鍵部件。目前，大型球閥中最大的球體直徑約 MOOmm，重量約20000kg。由于密封性和耐磨性要求，大型球體表面粗糙度和幾何精度要求都很高，有些大型球體表面還進行了表面硬化處理，所以，球體表面必須經(jīng)過精密磨削加工和精密研磨后才能使用。對于這種高硬大型球體的精密磨削加工，目前采用的方法是大型球體由主軸系統(tǒng)和尾座系統(tǒng)的頂尖支撐，電機通過減速后驅(qū)動球體繞主軸系統(tǒng)中心線做旋轉(zhuǎn)運動，球體轉(zhuǎn)速一般在20-100rpm ；砂輪磨具部件一般布置在被加工球體的后面，杯形砂輪磨具轉(zhuǎn)速范圍在數(shù)百轉(zhuǎn)至上千轉(zhuǎn)，杯形砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和被加工球體的旋轉(zhuǎn)中心線處在同一水平面內(nèi)并垂直相交，這樣，才能保證球體磨削后的球面幾何精度(球度)；砂輪磨具通過伺服電機或步進電機驅(qū)動由后向前做進給運動。通過砂輪磨具的高速旋轉(zhuǎn)運動和球體的旋轉(zhuǎn)運動所合成的范成運動實現(xiàn)了球面的精密磨削加工。由于大型球面磨削面積大，有一定的由前道工序預(yù)留的磨削余量，再加上表面的硬化處理，磨削效率問題成了大型球面磨削的一項重要難題。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00610050360. 8，名稱為自動檢測數(shù)控球面磨床，主要是在機床上設(shè)有自動檢測裝置，實現(xiàn)工件在線自動檢測。這類專用的數(shù)控球面磨床的砂輪磨具與被磨工件的直徑是一一對應(yīng)的，即一種直徑的砂輪磨具對應(yīng)一種直徑規(guī)格的工件，這對于磨削高硬大型球面工件，其磨削效率有限。就目前水平布置結(jié)構(gòu)大型球面精密磨削裝備而言，在磨削效率方面存在的問題是在對大型球面磨削時，杯形砂輪磨具的直徑大小必須覆蓋整個大型球面，也就是說杯形砂輪磨具上的砂輪塊與大部分球面保持在整個環(huán)狀接觸狀態(tài)，只有在球體通孔部位，砂輪塊才與球面分開，在砂輪塊與球面處于整個環(huán)狀接觸期間，磨削產(chǎn)物被擠壓在砂輪容屑凹坑中不能排除，砂輪塊變鈍，從而影響了磨削效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高硬大型球面雙砂輪精密磨削方法與裝備，該裝備由雙砂輪磨削系統(tǒng)、左床身主軸系統(tǒng)、右床身尾座系統(tǒng)、大平臺組成。雙砂輪磨削系統(tǒng)由臥式磨削部件和立式磨削部件兩部分組成，其特點是臥式磨削部件水平臥式安裝在大型球面工件的后面，臥式磨削部件的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一水平面內(nèi)。立式磨削部件垂直仰式安裝在大型球面的下面，立式磨削部件的第二磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一垂直平面內(nèi)。臥式磨削部件的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與立式磨削部件的第二磨削的旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一個垂直平面內(nèi)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種高硬大型球面雙砂輪精密磨削方法，包括以下步驟臥式磨削部件上的杯形砂輪磨具直徑小于立式磨削部件的杯形砂輪磨具直徑，立式磨削部件作為最終對球面進行精密磨削的裝置。磨削加工時，臥式磨削部件先開始對球面進行磨削，磨削一段時間后，立式磨削部件才開始磨削。由于臥式磨削部件先開始磨削，且由于杯形砂輪磨具直徑小于立式磨削部件的杯形砂輪磨具直徑，所以，在大型球面的中間就形成了一個低于未磨削球面的環(huán)形球面帶。這樣當(dāng)立式磨削部件開始磨削時，其杯形砂輪磨具上的砂輪塊與球面之間的接觸就變成了間隙式接觸，直至后磨削的球面尺寸與已磨削的環(huán)形球面帶尺寸相等時才變成了全部接觸，如此交替進行磨削，直到被磨削球面到達(dá)尺寸要求為止。由于立式磨削部件砂輪磨具上的砂輪塊與工件之間是間隙式接觸，大大有利于磨削過程中的排屑和冷卻，提高了磨削效率。本發(fā)明涉及一種高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，包括立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、 左床身主軸系統(tǒng)、右床身尾座系統(tǒng)和大平臺，其中立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、左床身主軸系統(tǒng)、 右床身尾座系統(tǒng)固定安裝在大平臺上，立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)的左端與左床身主軸系統(tǒng)固定連接，右端與右床身尾座系統(tǒng)連接，左床身主軸系統(tǒng)的主軸中心線與右床身尾座系統(tǒng)主軸中心線保持同心。所述的立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)由臥式磨削部件和立式磨削部件兩部分組成，其中 立式磨削部件的后端與臥式磨削部件固定連接，臥式磨削部件水平臥式安裝于大型球面工件的后側(cè)，立式磨削部件垂直仰式安裝在大型球面的下面。所述的臥式磨削部件，包括臥式磨削床身、第一伺服電機、第一同步帶輪、第一同步帶、滾珠絲桿軸承座、滾珠絲桿軸承、滾珠絲桿螺母副、第二同步帶輪、臥式磨削主軸箱、 電主軸、第三同步帶輪、第二同步帶、第四同步帶輪、漲緊套、第一磨削主軸、第一杯形砂輪磨具，其中，第一伺服電機通過第一同步帶輪、第一同步帶、第二同步帶輪，滾珠絲桿螺母副驅(qū)動臥式磨削主軸箱做進給運動；電主軸通過第三同步帶輪、第二同步帶、第四同步帶輪、 漲緊套、第一磨削主軸、驅(qū)動第一杯形砂輪磨具做旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)對大型球面水平方向上的磨削。所述的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一水平面內(nèi)。所述的立式磨削部件包括立式磨削機座、花鍵套軸承座、第二螺旋傘齒輪、第一螺旋傘齒輪、花鍵套、花鍵套軸承、聯(lián)軸器、變頻電機、第二磨削主軸套筒、第二伺服電機、齒輪、齒條、第二磨削主軸、第二磨削主軸軸承、第二杯形砂輪磨具、砂輪塊，其中，變頻電機固定安裝在大平臺上，通過聯(lián)軸器把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第一螺旋傘齒輪，再通過第二螺旋傘齒輪把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到花鍵套；花鍵套與第二螺旋傘齒輪通過螺栓聯(lián)接成一個整體結(jié)構(gòu)，花鍵套的外圓通過花鍵套軸承固定在花鍵套軸承座內(nèi)；第二磨削主軸通過主軸軸承固定在第二磨削主軸套筒中，在第二磨削主軸套筒的側(cè)壁固定了一段齒條，通過第一伺服電機、齒輪驅(qū)動齒條上下移動，從而驅(qū)動第二磨削主軸套筒和第二磨削主軸上下移動；第二磨削主軸的下端為花鍵軸，套裝在花鍵套中，第二杯形砂輪磨具通過螺栓固定在第二磨削主軸頂端， 于是，變頻電機通過第一螺旋傘齒輪、第二螺旋傘齒輪、花鍵套把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第二磨削主軸和第二杯形砂輪磨具，實現(xiàn)垂直仰式的由下往上對大型球面的磨削。所述的第二磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一垂直平面內(nèi)。所述的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與立式磨削部件的第二磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一個垂直平面內(nèi)。本發(fā)明具有以下特點及效果立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)集成在同一大型球面精密磨削裝備上，用不同直徑的兩種砂輪磨具對球面進行磨削，由于小直徑砂輪磨具在大型球面中部先磨削出一條一定寬度環(huán)形球面帶，為大直徑砂輪磨具的砂輪塊與工件之間造就了一種間隙式磨削的條件，這大大有利于冷卻液對砂輪塊表面的沖刷，有利于排屑、有利于對球面的冷卻，從而對避免磨削燒傷、提高磨削效率、提高磨削質(zhì)量具有明顯效果。


圖1為發(fā)明的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝備總體示意圖；圖2為本發(fā)明立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)的局部剖視具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括大平臺1、左床身主軸系統(tǒng)2、左床身主軸系統(tǒng)主軸3、 大型球面工件4、立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)5、右床身尾座系統(tǒng)主軸6、右床身尾座系統(tǒng)7。其連接關(guān)系為左床身主軸系統(tǒng)2、立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)5、右床身尾座系統(tǒng)7固定安裝在大平臺 1上。立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)5左端用螺栓與左床身主軸系統(tǒng)2聯(lián)接，右端用螺栓與右床身尾座系統(tǒng)7聯(lián)接，左床身主軸系統(tǒng)2的主軸3中心線與右床身尾座系統(tǒng)7的主軸6中心線必須保持同心。如圖2所示，所述的立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)5由臥式磨削部件和立式磨削部件兩部分組成，立式磨削部件的立式磨削機座M后端用螺栓與臥式磨削部件的臥式磨削床身8聯(lián)接。其特征是臥式磨削部件水平臥式安裝在大型球面工件4的后面，臥式磨削部件上的第一磨削主軸22的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)2和右床身尾座系統(tǒng)7的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一水平面內(nèi)。立式磨削部件垂直仰式安裝在大型球面4的下面，立式磨削部件的第二磨削主軸36的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)2和右床身尾座系統(tǒng)7的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一垂直平面內(nèi)。臥式磨削部件的第一磨削主軸22的旋轉(zhuǎn)中心線與立式磨削部件的第二磨削主軸36的旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一個垂直平面內(nèi)。所述的臥式磨削部件包括臥式磨削床身8、第一伺服電機9、第一同步帶輪10、第一同步帶11、滾珠絲桿軸承座12、滾珠絲桿軸承13、滾珠絲桿螺母副14、第二同步帶輪15、 臥式磨削主軸箱16、電主軸17、第三同步帶輪18、第二同步帶19、第四同步帶輪20、漲緊套21、臥式磨削主軸22、第一杯形砂輪磨具23。其中，第一伺服電機9固定安裝在臥式磨削床身8上，通過第一同步帶輪10、第一同步帶11、第二同步帶輪15，滾珠絲桿螺母副14驅(qū)動臥式磨削主軸箱16做進給運動，滾珠絲桿螺母副14通過滾珠絲桿軸承13轉(zhuǎn)動安裝在滾珠絲桿軸承座12內(nèi)、滾珠絲桿軸承座12固定安裝在臥式磨削床身8上；電主軸17固定安裝在臥式磨削主軸箱16中，第四同步帶輪20用漲緊套21固定在第一磨削主軸22的尾部，第一杯形砂輪磨具23用螺釘固定安裝在第一磨削主軸22的前端，電主軸17通過第三同步帶輪 18、第二同步帶19、第四同步帶輪20驅(qū)動第一杯形砂輪磨具23做旋轉(zhuǎn)運動。
所述的立式磨削部件，包括立式磨削機座對、花鍵套軸承座25、第二螺旋傘齒輪沈、第一螺旋傘齒輪27、花鍵套觀、花鍵套軸承四、聯(lián)軸器30、變頻電機31、第二磨削主軸套筒32、第二伺服電機33、齒輪34、齒條35、第二磨削主軸36、第二磨削主軸軸承37、第二杯形砂輪磨具38、砂輪塊39。其中，變頻電機31固定安裝在大平臺1上，通過聯(lián)軸器30把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第一螺旋傘齒輪27，再通過第二螺旋傘齒輪沈把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到花鍵套觀； 花鍵套觀與第二螺旋傘齒輪沈通過螺栓聯(lián)接成一個整體結(jié)構(gòu)，花鍵套觀的外圓通過花鍵套軸承四固定在花鍵套軸承座25內(nèi)；第二磨削主軸36通過第二磨削主軸軸承37旋轉(zhuǎn)固定在第二磨削主軸套筒32中，在第二磨削主軸套筒32的側(cè)壁固定了一段齒條35，通過第二伺服電機33、齒輪34驅(qū)動齒條35上下移動，從而驅(qū)動第二磨削主軸套筒32和第二磨削主軸36上下移動；第二磨削主軸36的下端為花鍵軸，套裝在花鍵套觀中，于是，變頻電機 31通過第一螺旋傘齒輪27、第二螺旋傘齒輪沈、花鍵套觀把旋轉(zhuǎn)動力傳遞給第二磨削主軸 36 ；第二杯形砂輪磨具38通過螺栓固定在第二磨削主軸36頂端，砂輪塊39固定形砂輪磨具38上，實現(xiàn)垂直仰式的從下往上對球面的磨削。
權(quán)利要求
1.一種高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征在于，包括立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、 左床身主軸系統(tǒng)、右床身尾座系統(tǒng)和大平臺，其中立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、左床身主軸系統(tǒng)、 右床身尾座系統(tǒng)固定安裝在大平臺上，立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)的左端與左床身主軸系統(tǒng)固定連接，右端與右床身尾座系統(tǒng)連接，左床身主軸系統(tǒng)的主軸中心線與右床身尾座系統(tǒng)主軸中心線保持同心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)由臥式磨削部件和立式磨削部件兩部分組成，其中立式磨削部件的后端與臥式磨削部件固定連接，臥式磨削部件水平臥式安裝于大型球面工件的后側(cè)，立式磨削部件垂直仰式安裝在大型球面的下面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的臥式磨削部件，包括臥式磨削床身、第一伺服電機、第一同步帶輪、第一同步帶、滾珠絲桿軸承座、滾珠絲桿軸承、滾珠絲桿螺母副、第二同步帶輪、臥式磨削主軸箱、電主軸、第三同步帶輪、第二同步帶、第四同步帶輪、漲緊套、第一磨削主軸、第一杯形砂輪磨具，其中，第一伺服電機通過第一同步帶輪、第一同步帶、第二同步帶輪，滾珠絲桿螺母副驅(qū)動臥式磨削主軸箱做進給運動；電主軸通過第三同步帶輪、第二同步帶、第四同步帶輪、漲緊套、第一磨削主軸、驅(qū)動第一杯形砂輪磨具做旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)對大型球面水平方向上的磨削。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一水平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的立式磨削部件包括立式磨削機座、花鍵套軸承座、第二螺旋傘齒輪、第一螺旋傘齒輪、花鍵套、 花鍵套軸承、聯(lián)軸器、變頻電機、第二磨削主軸套筒、第二伺服電機、齒輪、齒條、第二磨削主軸、第二磨削主軸軸承、第二杯形砂輪磨具、砂輪塊，其中，變頻電機固定安裝在大平臺上， 通過聯(lián)軸器把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第一螺旋傘齒輪，再通過第二螺旋傘齒輪把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到花鍵套；花鍵套與第二螺旋傘齒輪通過螺栓聯(lián)接成一個整體結(jié)構(gòu)，花鍵套的外圓通過花鍵套軸承固定在花鍵套軸承座內(nèi)；第二磨削主軸通過主軸軸承固定在第二磨削主軸套筒中， 在第二磨削主軸套筒的側(cè)壁固定了一段齒條，通過第一伺服電機、齒輪驅(qū)動齒條上下移動， 從而驅(qū)動第二磨削主軸套筒和第二磨削主軸上下移動；第二磨削主軸的下端為花鍵軸，套裝在花鍵套中，第二杯形砂輪磨具通過螺栓固定在第二磨削主軸頂端，于是，變頻電機通過第一螺旋傘齒輪、第二螺旋傘齒輪、花鍵套把旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第二磨削主軸和第二杯形砂輪磨具，實現(xiàn)垂直仰式的由下往上對大型球面的磨削。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的第二磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與左床身主軸系統(tǒng)和右床身尾座系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一垂直平面內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的高硬大型球面雙砂輪精密磨削裝置，其特征是，所述的第一磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線與立式磨削部件的第二磨削主軸的旋轉(zhuǎn)中心線垂直相交在同一個垂直平面內(nèi)。
全文摘要
一種機床技術(shù)領(lǐng)域的高硬大型球面雙砂輪精密磨削方法與裝備，該裝置包括立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、左床身主軸系統(tǒng)、右床身尾座系統(tǒng)和大平臺，臥雙砂輪磨削系統(tǒng)、左床身主軸系統(tǒng)、右床身尾座系統(tǒng)固定安裝在大平臺上，立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)的左端與左床身主軸系統(tǒng)固定連接，右端與右床身尾座系統(tǒng)連接，左床身主軸系統(tǒng)的主軸中心線與右床身尾座系統(tǒng)主軸中心線保持同心。本發(fā)明立臥雙砂輪磨削系統(tǒng)集成在同一大型球面精密磨削裝備上，有利于冷卻液對砂輪塊表面的沖刷，有利于排屑、有利于對球面的冷卻，從而對避免磨削燒傷、提高磨削效率、提高磨削質(zhì)量具有明顯效果。
文檔編號B24B11/02GK102172864SQ20111005042
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者李峰, 胡德金, 裴景玉, 許黎明 申請人:上海交通大學(xué)