一种三偏心蝶阀跟随磨削装置及方法与流程

[0001]
本发明属于机床技术领域，涉及磨削机床，具体涉及一种三偏心蝶阀跟随磨削装置及方法。


背景技术：

[0002]
三偏心蝶阀作为一种新兴的高性能阀门，在各个行业的应用越来越广，此种阀门具有密封性能良好、开启阻力小、补偿磨损、关闭自锁等一系列优点。但是这种阀门的密封面的形状尺寸和表面质量是影响密封性能的关键因素，密封面的高质量加工也一直是各厂家的难点。
[0003]
三偏心蝶阀的密封圈如图10所示，图中圆锥面d2*b的轴线与圆柱面d1*b的轴线有一个夹角a；圆柱面d1*b是安装面，圆锥面d2*b是密封面，圆锥面d2*b沿径向偏离一个距离h。
[0004]
目前三偏心蝶阀的加工方式为先进行车削，然后再磨削，传统磨削加工方式采用俩轴插补形式加工，会出现频繁的进刀、出刀动作，不利于精度保证和无效磨削时间过长。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种三偏心蝶阀跟随磨削装置及方法采用该装置及方法可提高工件的磨削精度和磨削效率。
[0006]
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
[0007]
一种三偏心蝶阀跟随磨削装置，其特征在于：包括机床横梁、床鞍、磨削主轴机构、滑座、x轴传动机构、b轴摆角驱动机构、z轴传动机构、转盘式锁紧机构；
[0008]
所述机床横梁固定安装在机床的立柱上，位于机床工作台一侧上方；
[0009]
所述床鞍通过水平直线导轨与机床横梁连接；床鞍由x轴传动机构传动，在横梁上做水平方向运动；磨削主轴机构通过直线导轨与滑座相连，磨削主轴机构由z轴传动机构传动，在滑座上做上下运动；所述转盘式锁紧机构连接于滑座中部与床鞍之间，转盘式锁紧机构的中心为滑座摆动的b轴旋转中心，所述b轴摆角驱动机构连接于滑座上端部和床鞍之间。
[0010]
进一步的：所述b轴摆角驱动机构包括摆角驱动伺服电机、减速器、b轴丝杠、丝杠连接座、丝杠支架、丝杠螺母座、螺母座支架；所述摆角驱动伺服电机的输出端连接减速器，减速器的输出端通过联轴器连接b轴丝杠的一端；b轴丝杠通过轴承穿装于丝杆连接座内，丝杆连接座的外部两侧设置有同心的轴头a，轴头a垂直于b轴丝杠，两侧轴头a通过轴承可转动式支撑在丝杠支架上，丝杠支架与床鞍固定连接；丝杠螺母座与b轴丝杠连接，在丝杠螺母座的外部两侧设置有同心的轴头b，轴头b垂直于b轴丝杠，两侧轴头b通过轴承可转动式支撑在螺母座支架上，螺母座支架与滑座固定连接。
[0011]
更进一步的：所述丝杠支架由丝杠支架主体及丝杠支架盖两部分构成：在丝杠支架主体上设置有u型槽，所述丝杠支架盖通过螺钉固定安装在u型槽的开口端，使两者之间
构成方形安装腔，在u型槽的底部及丝杠支架盖上设置有同轴的轴头安装孔；所述丝杠连接座置于方形安装腔内，两侧的轴头a分别通过轴承安装在两侧的轴头安装孔内。
[0012]
更进一步的：所述螺母座支架由螺母座支架主体及螺母座支架盖两部分构成：在螺母座支架主体上设置有u型槽，所述螺母座支架盖通过螺钉固定安装在u型槽的开口端，使两者之间构成方形安装腔，在u型槽的底部及螺母座支架盖上设置有同轴的轴头安装孔；所述丝杠螺母座置于方形安装腔内，两侧的轴头b分别通过轴承安装在两侧的轴头安装孔内。
[0013]
更进一步的：在床鞍的侧面位于滑座处于竖直位的两侧各安装有左行程开关支架和右行程开关支架，在两行程开关支架上分别安装有左限位行程开关和右限位行程开关；在螺母座支架的下端通过开关触块锁紧压块固定安装有开关触块；在滑座转动至左限位位置，所述开关触块与左限位行程开关接触，在滑座转动至右限位位置，所述开关触块与右限位行程开关接触。
[0014]
进一步的：所述转盘式锁紧机构包括中心轴、旋转导轨、下导轨、上导轨、角度编码器；
[0015]
所述中心轴为法兰轴，与床鞍的侧面固定连接，所述角度编码器的壳体部分与中心轴同轴固定连接；所述角度编码器的转轴部分安装在滑座的b轴旋转中心位置、且与滑座固定连接；
[0016]
所述旋转导轨为设置有中心孔的盘状旋转体结构，旋转导轨的外圆面由大直径段和小直径段构成；所述旋转导轨通过轴承套装在中心轴外部，旋转导轨与滑座固定连接；所述下导轨和上导轨整体均为环形状，所述下导轨和上导轨均以间隙配合的方式分别套装在旋转导轨的大直径段外和小直径段外，下导轨和上导轨通过螺钉与床鞍一体连接；在上导轨上沿圆周方向设置有多个锁紧机构安装孔，锁紧机构安装孔为与上导轨的后端面连通的盲孔，在锁紧机构安装孔的孔口端安装有油缸盖，在每处锁紧机构安装孔内安装有一个活塞杆，在活塞杆上的中段位置设置有活塞环，活塞环以油密封的方式与锁紧机构安装孔的孔壁导向配合；活塞环的后端面与油缸盖内端面之间形成解锁油腔；活塞环活塞杆的后段与油缸盖上的中心孔以油密封的方式形成滑动配合，在活塞杆的前段上套装有锁紧压簧，锁紧压簧的两端分别压紧活塞环的前端面和锁紧机构安装孔的孔底面；在上导轨内部设置有油道，油道连通解锁油腔，油道的进出油口与机床的供油管路连接。
[0017]
更近一步的：在中心法兰轴外端同轴固定连接有支撑套筒，支撑套以间隙配合的方式插入到滑座上设置的b轴旋转中心孔内，支撑套筒的端部同轴固定有光栅连接板，角度编码器的壳体部分设置在支撑套筒内、并与光栅连接板的内端面固定连接，角度编码器的转轴部分穿过光栅连接板的内孔、并与固定在b轴旋转中心孔端的挡盖固定连接。
[0018]
更进一步的：在旋转导轨内部设置有油道，油道的进出油口与机床的供油管路连接，该油道连通旋转导轨的后端面，使旋转导轨的后端面与磨削床鞍的侧面对应部位之间形成油雾润滑区。
[0019]
进一步的：所述x轴传动机构和z轴传动机构均由伺服电机驱动的丝杆螺母传动机构。
[0020]
一种三偏心蝶阀跟随磨削方法，其特征在于：采用上述三偏心蝶阀跟随磨削装置，在对三偏心蝶阀的密封面进行磨削加工的过程中，磨削主轴机构在z轴传动机构的驱动下
跟随工作台的c轴运动，c轴做速度控制，给定转速并匀速旋转；z轴每隔一小时间段读取当前c轴角度坐标，通过当前角度运算出z轴下一时间段的位置坐标；采用如下表达式：
[0021]
#z＝[[#r*[sin[#a]+1]/tan[#b]]/[sin[#a]+1/[tan[#b]*tan[#c]]]]
[0022]
其中，#z：z轴坐标，#r：工件半径；#a：c轴的角度变量；#b：工件密封面的圆锥倾角； #c：工件密封面的斜切面角度，即工件密封面的轴线与工件安装面的轴线夹角a。
[0023]
本发明具有的优点和积极效果：
[0024]
1、本发明采用了b轴转角功能，机床在磨削锥面时可不采用传统的插补磨削方法，b轴摆角驱动机构按照工件锥度要求，带动滑座、z轴传动机构、磨削主轴机构一体旋转定位后，只需移动z轴一个坐标即可完成对锥面的磨削，避免了传统插补磨削方法中由于各坐标轴动态响应特性的差别和运动精度的差别所产生的磨削误差，可得到更高的磨削形状精度和磨削表面质量。
[0025]
2、本发明配置实现b轴转角的机构，配合机床的精密数控工作台，可实现随动磨削功能。工作台可实现工件位置控制，砂轮在磨削过程中始终在工件磨削密封面上运动，充分利用加工时间，提高了磨削效率。磨削受力均匀，提高了加工精度，使三偏心蝶阀通配性和密封性得到保证。
[0026]
3、本发明以滑板上的b轴旋转中心孔为参考点，将b轴摆角驱动机构设置在磨削主轴机构的相对一侧，且b轴摆角驱动机构由伺服电机驱动，精密滚珠丝杠传动，且设置有检测转角的角度编码器，具有极高的定位精度和重复定位精度，保证磨削了工件角度的准确性。
附图说明
[0027]
图1是本发明在磨车复合机床上的安装示意图；
[0028]
图2是本发明在滑座处于中间位置的b轴摆角驱动机构的结构示意图；
[0029]
图3是图2的a向示意图；
[0030]
图4是图2的b-b剖视图；
[0031]
图5是本发明在滑座处于左限位位置的b轴摆角驱动机构的结构示意图；
[0032]
图6是图5的c向局部示意图；
[0033]
图7是本发明转盘式锁紧机构的纵剖图；
[0034]
图8是图7的d处局部结构示意图；
[0035]
图9是图7的e处局部放大图；
[0036]
图10是三偏心蝶阀的密封圈示意图。
具体实施方式
[0037]
下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0038]
一种三偏心蝶阀跟随磨削装置，请参见图1-9，其发明点为：包括机床横梁8、床鞍4、磨削主轴机构1、滑座2、x轴传动机构7、b轴摆角驱动机构5、z轴传动机构6、转盘式锁紧机构3。
[0039]
所述机床横梁固定安装在机床的立柱上100，位于机床工作台200一侧上方。
[0040]
所述床鞍通过水平设置的直线滚动导轨与横梁连接，导轨承载大，刚性好，提高了磨削加工在x、z轴运动刚度和精度。床鞍由x轴传动机构传动，在横梁上做水平方向运动。x轴传动机构优选采用由电机驱动的丝杠螺母机构。磨削主轴机构通过直线滚动导轨与滑座相连。磨削主轴机构主要由磨削主轴、主轴安装架、与磨削主轴连接的磨削刀杆、安装在刀杆下端的磨削砂轮及主轴驱动电机构成，主轴驱动电机内置于主轴安装架内，实现对磨削砂轮的旋转驱动。
[0041]
磨削主轴机构由z轴传动机构传动，在滑座上做上下运动。z轴传动机构同样优选采用由电机驱动的丝杆螺母连接机构。
[0042]
所述转盘式锁紧机构的作用是：在磨削主轴机构摆动至设定角度位置，锁紧滑座，实现磨削主轴机构位置的锁定。所述转盘式锁紧机构连接于滑座中部与床鞍之间，转盘式锁紧机构的中心为滑座摆动的b轴旋转中心。所述b轴摆角驱动机构用于驱动滑座绕b轴旋转中心转动一定角度，以实现磨削主轴机构的摆角的调节；所述b轴摆角驱动机构连接于滑座上端部和床鞍之间。
[0043]
上述b轴摆角驱动机构可实现磨削主轴机构、z轴传动机构和滑座同步无级摆动角度，进一步包括如下结构：
[0044]
包括摆角驱动伺服电机5.1、减速器5.2、b轴丝杠5.6、丝杠连接座5.3、丝杠支架5.5、丝杠螺母座5.7、螺母座支架5.8。所述摆角驱动伺服电机的输出端连接减速器，减速器的输出端通过无齿隙弹性联轴器5.4连接b轴丝杠的一端。b轴丝杠通过轴承穿装于丝杆连接座内，丝杆连接座的外部两侧设置有同心的轴头a5.3.1，轴头a垂直于b轴丝杠，两侧轴头a通过轴承可转动式支撑在丝杠支架上。丝杠支架通过螺钉与床鞍固定连接，在两者之间可实现垫片。丝杠螺母座与b轴丝杠连接，在丝杠螺母座的外部两侧设置有同心的轴头b5.7.1，轴头b垂直于b轴丝杠，两侧轴头b通过轴承可转动式支撑在螺母座支架上，螺母座支架与滑座固定连接。
[0045]
上述所述丝杠支架优选由丝杠支架主体5.5.1及丝杠支架盖5.5.2两部分构成。在丝杠支架主体上设置有u型槽，所述丝杠支架盖通过螺钉固定安装在u型槽的开口端，使两者之间构成方形安装腔，在u型槽的底部及丝杠支架盖上设置有同轴的轴头安装孔；所述丝杠连接座置于方形安装腔内，两侧的轴头a分别通过轴承安装在两侧的轴头安装孔内。丝杠支架采用两分体结构，可简化丝杠连接座的结构，方便将丝杠连接座安装到丝杠支架内。
[0046]
上述螺母座支架优选由螺母座支架主体5.8.1及螺母座支架盖5.8.2两部分构成。在螺母座支架主体上设置有u型槽，所述螺母座支架盖通过螺钉固定安装在u型槽的开口端，使两者之间构成方形安装腔，在u型槽的底部及螺母座支架盖上设置有同轴的轴头安装孔；所述丝杠螺母座置于方形安装腔内，两侧的轴头b分别通过轴承安装在两侧的轴头安装孔内。螺母座支架采用两分体结构，可简化丝杠螺母座的结构，方便将丝杠螺母座安装到螺母座支架内。
[0047]
在上述b轴摆角驱动机构中，为避免滑座摆动角度过大，而与机床上的其他结构件发生干涉碰撞，进一步设置有滑座左摆动限位结构和滑座右摆动限位结构，具体结构为：在床鞍的侧面位于滑座处于竖直位的两侧各安装有左行程开关支架5.11和右行程开关支架5.9，在两行程开关支架上分别安装有左限位行程开关5.12和右限位行程开关5.10；在螺母座支架的下端通过开关触块锁紧压块5.13固定安装有开关触块5.14。在滑座转动至左限位
位置，所述开关触块与左限位行程开关接触，在滑座转动至右限位位置，所述开关触块与右限位行程开关接触。
[0048]
上述转盘式锁紧机构进一步包括中心轴3.1、旋转导轨3.2、下导轨3.3、上导轨3.4、角度编码器3.6。
[0049]
所述中心轴为法兰轴，与床鞍的侧面通过螺钉固定连接，所述角度编码器的壳体部分 3.6.1与中心轴同轴固定连接；所述角度编码器的转轴部分3.6.2安装在滑座的b轴旋转中心位置、且与滑座固定连接。通过角度编码器可测得滑座的转动角度，从而实现对磨削主轴机构摆角的精确控制。
[0050]
所述旋转导轨为设置有中心孔的盘状旋转体结构，旋转导轨的外圆面由大直径段和小直径段构成。所述旋转导轨通过轴承套装在中心轴外部，旋转导轨与滑座固定连接。所述下导轨和上导轨整体均为环形状，所述下导轨和上导轨均以间隙配合的方式分别套装在旋转导轨的大直径段外和小直径段外，下导轨和上导轨通过螺钉与床鞍一体连接。在上导轨上沿圆周方向设置有多个锁紧机构安装孔，锁紧机构安装孔为与上导轨的后端面连通的盲孔，在锁紧机构安装孔的孔口端安装有油缸盖3.9。在每处锁紧机构安装孔内安装有一个活塞杆3.10，在活塞杆上的中段位置设置有活塞环3.10.2，活塞环以油密封的方式与锁紧机构安装孔的孔壁导向配合。比如，活塞环可采用附图所述的三道活塞环结构，活塞环之间分别安装有孔/轴用 u形圈和导向环。活塞环的后端面与油缸盖内端面之间形成解锁油腔。活塞杆的后段3.10.1 与油缸盖上的中心孔以油密封的方式形成滑动配。比如，可在活塞杆的前段设置两道环形槽，一道环形槽内安装有孔/轴用u形圈，另一道环形槽内安装有导向环。在活塞杆的前段3.10.3 上套装有锁紧压簧3.11，锁紧压簧可采用蝶形弹簧，锁紧压簧的两端分别压紧活塞环的前端面和锁紧机构安装孔的孔底面。在上导轨内部设置有油道3.4.1，油道连通解锁油腔，油道的进出油口与机床的供油管路连接。采用本转盘式锁紧机构，在解锁油腔内不通油的情况下，在锁紧压簧弹力的作用下，活塞杆的后端从油缸盖的外端伸出，压紧在旋转导轨的侧面上，实现旋转导轨的锁紧固定，从而最终实现磨削主轴机构旋转到位后的锁紧固定。当需要调整磨削主轴机构的摆角时，向解锁油腔内通油，在液压油的作用下，推动活塞杆朝锁紧压簧压缩的方向移动，使活塞杆的端部与旋转导轨的侧面脱离接触，实现对旋转导轨的解锁，这样，通过b轴摆角驱动机构就可驱动滑座带动磨削主轴机构转动一定角度，实现磨削主轴机构摆角的调节。上述每一处锁紧机构安装孔、活塞杆及锁紧压簧等结构件的配合形成一个锁紧油缸，转盘锁紧式机构采用多个锁紧油缸锁紧，转盘直径大，锁紧直径大，且锁紧面经过加固处理，采用有限元分析，刚性高。
[0051]
在上述中心法兰轴外端进一步同轴固定连接有支撑套筒3.5，支撑套以间隙配合的方式插入到滑座上设置的b轴旋转中心孔内，支撑套筒的端部同轴固定有光栅连接板3.7，角度编码器的壳体部分设置在支撑套筒内、并与光栅连接板的内端面固定连接，角度编码器的转轴部分穿过光栅连接板的内孔、并与固定在b轴旋转中心孔端的挡盖3.8固定连接。b轴摆角驱动机构由伺服电机驱动，精密滚珠丝杠传动，并配备精密圆光栅反馈，定位精度可达到
±
4
″
，重复定位精度可达到
±
2
″
，从而大幅度提高了加工精度。
[0052]
在上述转盘式锁紧机构的结构基础上，在旋转导轨内部进一步设置有油道，油道的进出油口与机床的供油管路连接，该油道连通旋转导轨的后端面，使旋转导轨的后端面与床鞍的侧面对应部位之间形成润滑油膜，大幅度减小了在进行摆角调节式时旋转导轨与
床鞍之间的摩擦力。另外，本油道在转盘式锁紧机构解锁后，先通入空气，消除机床的内外压力差，然后再通油，形成油雾。
[0053]
一种三偏心蝶阀跟随磨削方法，其发明点为：采用上述三偏心蝶阀跟随磨削装置，在对三偏心蝶阀的密封面进行磨削加工的过程中，磨削主轴机构在z轴传动机构的驱动下跟随工作台的c轴运动，c轴做速度控制，给定转速并匀速旋转；z轴每隔一小时间段读取当前c轴角度坐标，通过当前角度运算出z轴下一时间段的位置坐标；采用如下表达式：
[0054]
#z＝[[#r*[sin[#a]+1]/tan[#b]]/[sin[#a]+1/[tan[#b]*tan[#c]]]]
[0055]
其中，#z：z轴坐标，#r：工件半径；#a：c轴的角度变量；#b：工件密封面的圆锥倾角； #c：工件密封面的斜切面角度，即工件密封面的轴线与工件安装面的轴线夹角a。
[0056]
因c轴为旋转轴，带动工件实现0
°
～360
°
周期性变化，所以通过其角度计算出z轴坐标也呈现周期性变化。这样磨削过程中，砂轮就可以按照加工工件形状周期性磨削。使得加工过程即可以连续磨削，又保证了c轴工作台匀速旋转，避免了其对加工质量的影响。
[0057]
本跟随磨削机构适用于单独的数控磨床、磨车复合机床、磨削和其他机加工结合的复合机床等。
[0058]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

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