專利名稱：一種偏心頂塊及具有雙向偏心球面的球體的加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙向偏心金屬密封球閥的球體的加工工藝，特別涉及其中的使球體形成雙向偏心的加工步驟及該加工步驟中采用的夾具。
背景技術：
授權公告號為CN 201836435U，授權公告日為2011年5月18日的中國實用新型專利公開了一種上裝式雙向偏心金屬硬密封球閥；授權公告號為CN201810804U，授權公告日為2011年4月27日的中國實用新型專利公開了一種全金屬雙向偏心球閥；授權公告號為 201696647U，授權公告日為2011年1月5日的中國實用新型專利公開了一種兩面雙偏心球閥；以及，授權公告號為CN 2403963Y，授權公告日為2000年11月1日的已失效的中國實用新型專利公開了一種雙偏心球閥均涉及一種安裝于閥體內的具有雙向偏心球面的球體， 球體兩側分別設有閥座，球體及二閥座具有對應的偏心結構，上述的第一篇專利文獻還公開了在球體的雙偏向球面即閥座上對應設置有利于密封的硬質合金層，該種球閥在關閉狀態(tài)下，依靠雙偏心球面與閥座之間形成的比壓進行密封。所涉及的球體結構基本上如圖Ia至Id所示，設定一個球形基本體，設該球形基本體的三條相互間正交的直徑分別為χ、y和z，以其中第一條直徑χ為中心軸形成貫通該球形基本體的流道孔5，該流道孔5的中心為球形基本體的球心0，在實際加工中，通過鍛制球體毛坯件即可獲得具有流道孔5的球形基本體；之后，在球形基本體上加工出以第二條直徑ζ為中心線的上軸端31和下軸端32，即上軸端31和下軸端32的中心線均過該球形基本體的球心0，上軸端31將與閥桿配合連接，下軸端32將安裝于閥體底部的安裝座內；將球形基本體的位于過上述第一條直徑χ和第二條直徑ζ的基準面左側和右側的部分分別定義為左、右半球，使左、右半球的球面所對應的球心01和02在第一條直徑χ的方向上分別相對球心0向前和向后偏移偏心量e(即偏心量相等)形成該具有雙向偏心球面3a和北的球體，該雙向偏心的球面的一部分即為球體的密封面。這樣，如圖Ic所示，在偏心球面的作用下，當通過閥桿帶動球體繞上、下軸端的過球心0的中心軸(該中心軸未偏心)順時針轉動時，將使球體的球面與閥座之間形成密封；而當通過閥桿帶動球體繞上、下軸端的過球心 0的中心軸逆時針轉動時，將使球體脫離兩側閥座的包絡面而打開球閥，即使閥體的通道與球體的流道孔5相通。通過目前的加工方法加工出來的雙向偏心球面均存在位置和偏心精度低且兩側密封面平行度精度不高的問題，無法真正滿足上述的要求。因此，加工出來的球體不是廢品就是密封性能差，如果人工返修、需要很高的鉗工操作技能，且工作時間長，勞動強度很大， 成本很高，可是球閥的密封性能還是達不到理想值，即使通過高端的加工設備和復雜的工裝也無法真正解決該問題，只能相對提高偏心精度，而且還大大提高了生產成本，不利于球閥的推廣應用
發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在球形基本體的基礎上加工出雙向偏心球面的夾具。本發(fā)明采用的技術方案為一種偏心頂塊，包括頂塊本體，所述頂塊本體的第一表面上具有一個中心定位件和至少一對周邊定位件，每對周邊定位件關于中心定位件中心對稱；所述頂塊本體的與第一表面相對的第二表面上具有一個頂針孔，所述頂針孔的中心與中心定位件的中心間的垂直距離等于偏心球面的偏心量。本發(fā)明的另一個目的是提供一種不僅操作簡單、且可加工出高精度的具有雙向偏心球面的球體的方法。本發(fā)明采用的技術方案為一種具有雙向偏心球面的球體的加工方法，采用滿足上述條件的兩個偏心頂塊，分別作為左和右偏心頂塊，該加工方法包括如下步驟步驟1 在球形基本體上加工出一個與基準直徑垂直的右平面，在右平面上加工出與右偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔，以及與右偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔；步驟2 在球形基本體上加工出一個與所述右平面平行的左平面，在左平面上加工出與左偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔，并在左平面上加工出與左偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔，其中，左偏心頂塊的各對周邊定位件的位置，以及左平面的各對周邊孔的位置要求二者適配安裝后，左偏心頂塊的頂針孔與右偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向；步驟3 將左、右偏心頂塊分別與球形基本體的左、右平面適配安裝，使兩個偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向；步驟4:使球面車床的前頂針插入右偏心頂塊的頂針孔內，并使右偏心頂塊與前頂針限制其相對轉動地連接在一起；步驟5 將球形車床的尾架頂針插入與左偏心頂塊的頂針孔內，并頂緊左偏心頂塊；步驟6 在球形基本體的包括右平面在內的右半球加工一向偏心的右側偏心球步驟7 取下左和右偏心頂塊，將二者均旋轉180度后再與球形基本體的左、右平面適配安裝，并重復步驟4和5的操作；步驟8 在球形基本體的包括左平面在內的左半球加工另一向偏心的左側偏心球優(yōu)選地，所述球體為雙向偏心金屬硬密封球閥的球體，設所述球形基本體的三條相互間正交的直徑為第一、第二和第三條直徑，在以第一條直徑為中心線形成貫通的流道孔的球形基本體上加工出以第二條直徑為中心線的上軸端和下軸端；球形基本體的位于過第一和第二條直徑的基準面的左側和右側部分分別為所述左和右半球；所述第三條直徑為步驟1中所述的基準直徑。本發(fā)明的有益效果為利用本發(fā)明的偏心頂塊裝卡球形基本體，即使通過普通的球面車床也可以加工出高精度的雙向偏心球面；采用本發(fā)明的中心孔定位方法，具有操作簡單和加工精度高的優(yōu)點，進而若將該種方法應用于加工雙向偏心金屬密封球閥的球體， 可以提高密封性能延長球閥的使用壽命，縮短球閥的制造時間，降低了球閥的生產成本。


圖Ia為雙向偏心金屬硬密封球閥的球體的主視圖；圖Ib為圖Ia的B-B向剖視圖；圖Ic為圖Ia的俯視圖；圖Id為示出圖Ic中標出的雙向偏心情況的局部放大示意圖；圖2為本發(fā)明所述偏心頂塊的一種實施結構的立體結構示意圖；圖3a為本發(fā)明所述偏心頂塊的另一種實施結構的主視圖；圖北為圖3a中A-A向的階梯局部剖示意圖；圖如和4b分別從不同的視角示出了本發(fā)明中所使用的撥叉的立體結構示意圖；圖5為在圖Ia至Id所示的球體上加工工藝孔后的結構示意圖；圖6示出了圖5所示球體與圖3a所示偏心頂塊，以及偏心頂塊與圖如和4b所示撥叉適配安裝后的結構；圖7為圖6在一側的爆炸示意圖。
具體實施例方式如圖2，3a和北所示，本發(fā)明提供了一種偏心頂塊1，其包括頂塊本體11，頂塊本體11的第一表面上具有一個中心定位件16和至少一對周邊定位件，每對周邊定位件關于中心定位件11中心對稱，即關于中心定位件11的中心對稱，使偏心頂塊1在旋轉180度后具有未旋轉時的分布結構；所述頂塊本體11的與第一表面相對的第二表面上具有一個頂針孔12，所述頂針孔12的中心與中心定位件16的中心間的垂直距離等于偏心球面的偏心量e。本發(fā)明提供的具有雙向偏心球面的球體的加工方法，采用滿足上述條件的兩個偏心頂塊，分別作為左和右偏心頂塊，該加工方法包括如下步驟步驟1 在球形基本體上加工出一個與基準直徑垂直的右平面，在右平面上加工出與右偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔(即該中心孔的中心線過球形基本體的球心)，以及與右偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔； 在此，常規(guī)的加工順序為先加工中心孔，再加工周邊孔；步驟2 在球形基本體上加工出一個與所述右平面平行的左平面，一般情況下，球心與左平面和右平面間具有相等的距離，在左平面上加工出與左偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔，并在左平面上加工出與左偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔；在此，左偏心頂塊可與右偏心頂塊具有相同的結構，也可具有不同的結構，只要使左偏心頂塊的各對周邊定位件的位置，以及左平面的各對周邊孔的位置滿足在二者適配安裝后，左偏心頂塊的頂針孔可與右偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向即可，這樣就可保證球面車床的前頂針和尾架頂針可在等高的位置上進行支撐裝卡，完成偏心加工；步驟3 將左、右偏心頂塊分別與球形基本體的左、右平面適配安裝，使兩個偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向；步驟4 使球面車床的前頂針插入右偏心頂塊的頂針孔12內，并使右偏心頂塊與前頂針限制其相對轉動地連接在一起，在此，對于球面車床，其前頂針位于主軸上，這樣就可通過前頂針帶動球形基本體旋轉，以完成球面的車削加工；步驟5 將球形車床的尾架頂針插入與左偏心頂塊的頂針孔內，并頂緊左偏心頂塊；步驟6 在球形基本體的包括右平面在內的右半球加工一向偏心的以圖Id所示的 02為球心的右側偏心球面3a ；步驟7 取下左和右偏心頂塊，將二者均旋轉180度后再與球形基本體的左、右平面適配安裝，即使偏心方向與步驟6中的偏心方向相反，并重復步驟4和5的操作，在重復步驟4和5的過程中，也可采用前頂針和尾架頂針分別與左和右偏心頂塊的頂針孔相對應的等同替換結構，這樣，有利于簡化加工程序；步驟8 在球形基本體的包括左平面在內的左半球加工另一向偏心的以圖Id所示的01為球心的左側偏心球面北。作為偏心頂塊1的一種實施方式，如圖3a和北所示的偏心頂塊與如圖2所示的偏心頂塊間的區(qū)別為，該偏心頂塊在頂塊本體11的第二表面上設置有螺紋孔15，這樣，在上述步驟7中即可利用螺栓取出左和右偏心頂塊。該頂塊本體11的第二表面上優(yōu)選為設置兩個中心連線過中心定位孔的中心線的螺紋孔15。作為偏心頂塊的一個實施例，如圖3a所示，各對周邊定位件位于頂針孔12的中心線與中心定位件16的中心線間的垂線和/或垂線的延長線上，在此指各對周邊定位件的中心線過二者間的垂線。這樣，有利于統(tǒng)一左偏心頂塊1和右偏心頂塊2，即二者可以采用具有相同結構的偏心頂塊，也相應地可簡化在左平面和右平面上加工工藝孔的操作。所述頂塊本體的第一表面可僅設置一對周邊定位件，以在滿足均衡定位的前提下簡化偏心頂塊的結構。所述中心定位件和一對周邊定位件均為定位銷，所述周邊定位件位于頂針孔12的外圍，這樣，如圖5所示，僅需在球形基本體的左平面36和右平面(未示出) 上各加工三個工藝孔(包括中心孔和周邊孔)即可，在本實施例中，如圖2和3a所示，該頂塊本體上具有一對貫通的定位孔14，如圖7所示，在該定位孔14中從第二表面一側裝入定位銷，以在第一表面?zhèn)刃纬梢粚χ苓叾ㄎ患?。在步驟4中，該右偏心頂塊優(yōu)選為通過安裝于前頂針上的撥叉與前頂針限制其相對轉動地連接在一起，即撥叉以限制其相對轉動的方式安裝于前頂針上，而右偏心頂塊再以限制其相對轉動的方式安裝于撥叉上。機加工領域的技術人員應當清楚，在此并不限于通過撥叉實現(xiàn)同步轉動連接，也可通過卡爪、卡盤等實現(xiàn)該種方式的連接。如圖如和4b所示，該撥叉2優(yōu)選為包括撥叉本體21，撥叉本體21中具有供攜帶前頂針的主軸通過并與主軸緊配合的安裝孔22，撥叉本體21的與右偏心頂塊的第二表面相接觸的端面上具有卡塊對，而右偏心頂塊的第二表面上設置有如圖2，3a和北所示的與各卡塊一一適配的卡槽13。在此，綜合考慮簡化結構和使右偏心頂塊受力均衡的要求，該右偏心頂塊的第二表面上設置有兩個中心連線過中心定位件16的中心線的卡槽13，與之相對應地，該撥叉2具有兩個卡塊M，將右偏心頂塊1與撥叉2適配安裝后的結構如圖6所
7J\ ο另外，按照機加工的一般程序，對精度要求較高的加工，一般要分成粗加工和精加工兩道工序完成，在按照上述方法加工完左側和右側偏心球面后，可按照步驟3至8再進行一遍精加工，粗加工要為精加工留有加工余量，一般為2 3mm。通過本發(fā)明的加工方法， 精車后，兩向偏心距的誤差< 0. 02mm，與普通加工方法相比可提高位置公差精度3 5倍。 所提及的誤差值通過以下檢測偏心誤差的方法確定利用偏擺機上的兩向頂針頂住球體兩平面上的中心定位孔，注意頂緊無間隙；檢測臺上的偏心球面處各放一只等高度、量程合適的千分表；轉動球體一周記錄左右千分表的讀數，即可獲知兩向偏心球面的偏心誤差。根據背景技術的說明，本發(fā)明提供的該種具有雙向偏心球面的球體的加工方法非常適合加工雙向偏心金屬硬密封球閥的球體，在此，設所述球形基本體的三條相互間正交的直徑中，如圖Ia至Id所示，在以其中第一條直徑χ為中心線形成貫通所述球形基本體的流道孔35的球形基本體上加工出以第二條直徑ζ為中心線的上軸端31和下軸端32 ；球形基本體的位于過第一和第二條直徑的基準面的左側和右側部分分別為所述左半球和右半球；其中的第三條直徑y(tǒng)即為上述步驟1中所述的基準直徑。步驟1中，在右平面上加工各對周邊孔的位置要求優(yōu)選為，使右偏心頂塊與右平面適配安裝后，右偏心頂塊的頂針孔的中心線與中心定位件的中心線的垂線與第一條直徑平行。根據背景技術的內容可知，對于改進的球體，雙偏心球面上設置有利于密封的硬質合金層，對于該種結構的球體，在步驟6的加工(車削)右側偏心球面的過程中，可同時加工(車削)位于右側偏心球面上的一圈平行于基準面的右側堆焊凹槽3al (調整垂直于主軸方向的進刀量即可)；在步驟7的加工(車削)左側偏心球面的過程中，加工位于左側偏心球面上的一圈平行于基準面的左側堆焊凹槽北1。對于需要加工左側和右側堆焊凹槽的結構，按照上述方法完成粗加工后，即可通過焊機堆焊右側堆焊凹槽3al和左側堆焊凹槽北1。堆焊質量檢驗合格后，將球體按照步驟3、4和5的方式進行裝卡，然后粗車偏心密封面(即右側堆焊凹槽3al的堆焊部分)，再精車偏心密封面，最后精車右側偏心球面的非堆焊球面。之后，按照步驟6公開的方式反向偏心裝卡，然后粗車偏心密封面(即左側堆焊凹槽的堆焊部分)，再精車偏心密封面， 最后精車左側偏心球面的非堆焊球面。根據上述說明可知，精車后，可使兩向偏心距的誤差 ^ 0. 02mm，而且，使兩向密封面平行度< 0. 03mm。所提及的平行度誤差通過以下的檢測雙向偏心球面密封面的平行度誤差的方法確定利用偏擺機上的前后頂針頂住安裝于球體兩平面上的偏心頂塊的頂針孔，用一只千分表來檢測一向偏心的球面，記錄其數據，千分表的擺動量即是球面的不圓度或與偏心軸線的跳動值；檢測另一向偏心球面時，將偏心頂塊調轉180度后再用頂針頂住其頂針孔，此刻千分表的示值與前次的示值進行累加，即是所測的誤差。為了進一步提高加工精度，一般需要在精車后利用研磨機分兩道工序粗研和精研右側偏心密封面，以及，粗研和精研左側偏心密封面。經精研后的球面的圓度誤差可限為 0. Olmm,粗糙度Ra的上限值為0. 2 μ m，公差等級為IT2，球體與相對應的閥座配合后，壓力密封試驗可達到零泄漏，啟閉輕松。加工上軸端31和下軸端32的方法可以采用機加工領域的技術人員熟知的車削方法進行，在加工完上軸端31和下軸端32后，即可將球形基本體定位安裝于臥式加工中心的工作臺上，使第一條直徑χ垂直于工作臺，在此，機加工領域的工作人員應當清楚，可在流道孔孔內及孔口處利用定位塊、壓板和螺栓等進行定位，然后順次完成以下工序
工序1 精加工(即加工完上軸端后的二次加工)上軸端部分；工序2:工作臺回轉180度，精加工(即加工完下軸端后的二次加工)下軸端部位工序3 工作臺回轉90度，完成步驟1 ；工序4 工作臺回轉180度，完成步驟2。這樣，即可在球形基本體一次裝夾后，連續(xù)順次精加工完畢四個互為90度的面。 在此，根據設計要求，精加工上軸端部分的工序一般包括工序1. 1 精銑上軸端內的用于與閥桿適配安裝的長方孔至要求；工序1. 2 精鏜上軸端內的用于安裝軸承的軸承套孔至要求；工序1.3:精銑上軸端的孔口端面；工序1.4:孔口倒角;工序1. 5 上軸端外圓倒角。精加工下軸端部分的工序一般包括工序2. 1 精鏜下軸端內的用于安裝軸承的軸承套孔至要求；工序2. 2 精銑下軸端的孔口端面；工序2. 3:孔口倒角;工序2. 4 下軸端外圓倒角。本發(fā)明所提及的上、下軸端的加工，以及未提及的在加工上、下軸端之前進行的粗車內流道孔和粗車球體外圓及流道孔的球口端面的加工工序均為非常常規(guī)的加工工序，其并不構成本發(fā)明的發(fā)明點，在此不再贅述。綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬于本發(fā)明的技術范疇。
權利要求
1.一種偏心頂塊，其特征在于包括頂塊本體，所述頂塊本體的第一表面上具有一個中心定位件和至少一對周邊定位件，每對周邊定位件關于中心定位件中心對稱；所述頂塊本體的與第一表面相對的第二表面上具有一個頂針孔，所述頂針孔的中心與中心定位件的中心間的垂直距離等于偏心球面的偏心量。
2.一種具有雙向偏心球面的球體的加工方法，其特征在于采用權利要求1所述的兩個偏心頂塊，分別作為左和右偏心頂塊，所述加工方法包括如下步驟步驟1 在球形基本體上加工出一個與基準直徑垂直的右平面，在右平面上加工出與右偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔，以及與右偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔；步驟2 在球形基本體上加工出一個與所述右平面平行的左平面，在左平面上加工出與左偏心頂塊的中心定位件相適配的以基準直徑為中心線的中心孔，并在左平面上加工出與左偏心頂塊的各對周邊定位件一一適配的各對周邊孔，其中，左偏心頂塊的各對周邊定位件的位置，以及左平面的各對周邊孔的位置要求二者適配安裝后，左偏心頂塊的頂針孔與右偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向；步驟3 將左、右偏心頂塊分別與球形基本體的左、右平面適配安裝，使兩個偏心頂塊的頂針孔相對球形基本體的球心具有相同的偏心方向；步驟4:使球面車床的前頂針插入右偏心頂塊的頂針孔內，并使右偏心頂塊與前頂針限制其相對轉動地連接在一起；步驟5 將球形車床的尾架頂針插入與左偏心頂塊的頂針孔內，并頂緊左偏心頂塊； 步驟6 在球形基本體的包括右平面在內的右半球加工一向偏心的右側偏心球面； 步驟7 取下左和右偏心頂塊，將二者均旋轉180度后再與球形基本體的左、右平面適配安裝，并重復步驟4和5的操作；步驟8 在球形基本體的包括左平面在內的左半球加工另一向偏心的左側偏心球面。
3.根據權利要求2所述的加工方法，其特征在于所述球體為雙向偏心金屬硬密封球閥的球體，設所述球形基本體的三條相互間正交的直徑分別為第一、第二和第三條直徑，在以第一條直徑為中心線形成貫通的流道孔的球形基本體上加工出以第二條直徑為中心線的上軸端和下軸端；球形基本體的位于過第一和第二條直徑的基準面的左側和右側部分分別為所述左和右半球；所述第三條直徑為步驟1中所述的基準直徑。
4.根據權利要求3所述的加工方法，其特征在于在步驟6的加工右側偏心球面的過程中，加工位于右側偏心球面上的一圈平行于基準面的右側堆焊凹槽；在步驟7的加工左側偏心球面的過程中，加工位于左側偏心球面上的一圈平行于基準面的左側堆焊凹槽。
5.根據權利要求3所述的加工方法，其特征在于在加工出所述上軸端和下軸端后，將球形基本體定位安裝于臥式加工中心的回轉工作臺上，使第一條直徑垂直于工作臺，然后順次完成以下工序工序1 精加工上軸端部分； 工序2 工作臺回轉180度，精加工下軸端部位； 工序3 工作臺回轉90度，完成步驟1 ； 工序4 工作臺回轉180度，完成步驟2。
6.根據權利要求3所述的加工方法，其特征在于步驟1中，在所述右平面上加工各對周邊孔的位置要求為，使右偏心頂塊與右平面適配安裝后，右偏心頂塊的頂針孔的中心線與中心定位件的中心線間的垂線與第一條直徑平行。
7.根據權利要求2至6中任一項所述的偏心頂塊，其特征在于所述各對周邊定位件位于頂針孔的中心線與中心定位件的中心線間的垂線和/或垂線的延長線上。
8.根據權利要求7所述的偏心頂塊，其特征在于所述頂塊本體的第一表面具有一對周邊定位件，所述中心定位件和一對周邊定位件均為定位銷，所述周邊定位件位于頂針孔的外圍。
9.根據權利要求2至6中任一項所述的加工方法，其特征在于在步驟4中，所述右偏心頂塊通過安裝于前頂針上的撥叉與前頂針限制其相對轉動地連接在一起。
10.根據權利要求9所述的加工方法，其特征在于所述撥叉包括撥叉本體，所述撥叉本體中具有供攜帶前頂針的主軸通過并與主軸緊配合的安裝孔，所述撥叉本體的與右偏心頂塊的第二表面相接觸的端面上具有卡塊，所述右偏心頂塊的第二表面上設置有與各卡塊一一適配的卡槽。
全文摘要
一種偏心頂塊及具有雙向偏心球面的球體的加工方法，該偏心頂塊包括頂塊本體，頂塊本體的第一表面上具有一個中心定位件和至少一對周邊定位件，每對周邊定位件關于中心定位件中心對稱；頂塊本體的與第一表面相對的第二表面上具有一個頂針孔，頂針孔的中心與中心定位件的中心間的垂直距離等于偏心球面的偏心量。該加工方法利用偏心頂塊具有180度旋轉后周邊定位件的位置不改變，而頂針孔反向偏心的特點，配合在球形基本體上加工與左、右偏心頂塊相適配的工藝孔，完成雙向偏心球面的加工。采用本發(fā)明的中心孔定位的加工方法，具有操作簡單和加工精度高的優(yōu)點，進而可以提高密封性能延長球閥的使用壽命，縮短球閥的制造時間，降低了球閥的生產成本。
文檔編號B23P15/00GK102248378SQ20111018230
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者孫功珍, 張軍生, 徐寧微, 金理凡 申請人:京東大型閥門有限公司