專利名稱：特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機床技術(shù)領(lǐng)域中的球面精密磨削裝置及方法，具體是一種特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
特大型高精度球體是大型石油天然氣輸送、大型水利發(fā)電等重大工程中流體、氣體控制裝置(如大型球閥)中的關(guān)鍵部件。目前特大型球體的直徑已經(jīng)超過2500mm，重量超過20t。由于密封性的要求和工作性能的要求，這種特大型球體對表面粗糙度和幾何精度要求都很高，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。幾何精度(球度)要求高、表面粗糙度要求高、磨削面積大，是這一關(guān)鍵部件加工的技術(shù)難題。特大型球體的精密磨削加工，目前普遍采用的方法是:球體繞水平中心線做旋轉(zhuǎn)運動，砂輪磨具系統(tǒng)一般布置在被加工球體的后面，砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和被加工球體的旋轉(zhuǎn)中心線必須處在同一平面內(nèi)并相互垂直相交才能保證磨削精度。砂輪磨具系統(tǒng)通過伺服電機或步進電機驅(qū)動由后向前做進給運動。通過杯形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)球面的精密磨削加工。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?200610050360.8，名稱為《自動檢測數(shù)控球面磨床》的中國專利申請，主要是在機床上設(shè)有自動檢測裝置，實現(xiàn)了工件的在線自動檢測。然而，由于上述特大型球面尺寸大、重量重，采用這類專用的單一磨具數(shù)控球面磨床很難實現(xiàn)這種特大型球面的高效率精密磨削。

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，提供一種特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，以實現(xiàn)在一次安裝的情況下，完成對特大型球體的分布式磨削、研磨、檢測的集成式精密磨削加工，并獲得被磨削球面更好的表面粗糙度；本發(fā)明的另一目的在于，提供一種采用所述磨削系統(tǒng)實施的特大型球面集成精密磨削方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其包括:在同一 X、Y、Z直角坐標系中的球體驅(qū)動部件、第一砂輪磨具、第二砂輪磨具、第三砂輪磨具、研磨磨具和檢測部件，該X、Y、Z直角坐標系包括原點O、水平坐標軸線X、水平坐標軸線Y和垂直坐標軸線Z，其中，特大型球面的被磨削球體的球心與原點O重合，球體驅(qū)動部件的旋轉(zhuǎn)中心線與水平坐標軸線X重合，第一砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和研磨磨具的旋轉(zhuǎn)中心線與垂直坐標軸線Z重合，第二砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和第三砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線與水平輔助坐標軸線V重合，該水平輔助坐標軸線V與水平坐標軸線X成一角度且相交于原點0，檢測部件的測量點始終保持在水平坐標軸線Y上，球體驅(qū)動部件、第一砂輪磨具、第二砂輪磨具、第三砂輪磨具和研磨磨具的旋轉(zhuǎn)中心線相交于原點O。所述的球體驅(qū)動部件在被磨削球體安裝時驅(qū)動被磨削球體沿水平坐標軸線X左右移動，實現(xiàn)被磨削球體的球心與X、Y、Z直角坐標系的原點O重合，被磨削球體安裝完成后該球體驅(qū)動部件能夠驅(qū)動被磨削球體繞水平坐標軸線X作旋轉(zhuǎn)運動。所述的第一砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的下方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體的全部球面寬度，該第一砂輪磨具繞垂直坐標軸線Z作旋轉(zhuǎn)運動，并且沿垂直坐標軸線Z向上做進給運動，磨削被磨削球體的整個球面。所述的第二砂輪磨具和第三砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)直徑小于第一砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)直徑，第二砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的右后側(cè)，第三砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的左前側(cè)，第二砂輪磨具和第三砂輪磨具繞水平輔助坐標軸線Y'作旋轉(zhuǎn)運動，并沿水平輔助坐標軸線V向球心分別作進給運動，分別磨削被磨削球體的左右兩側(cè)一定寬度的球面。所述的研磨磨具設(shè)置在被磨削球體的上方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體的全部球面寬度，該研磨磨具繞垂直坐標軸線Z作旋轉(zhuǎn)運動，并沿垂直坐標軸線Z向下作進給運動，研磨被磨削球體的整個球面。所述的檢測部件設(shè)置在被磨削球體的后面。本發(fā)明的另一技術(shù)方案是:一種采用所述磨削系統(tǒng)實施的特大型球面集成精密磨削方法，其特征是，根據(jù)磨削工藝要求和控制程序，所述球體驅(qū)動部件首先驅(qū)動所述被磨削球體旋轉(zhuǎn)，所述第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先于所述第一砂輪磨具對旋轉(zhuǎn)的被磨削球體的左右兩側(cè)進行磨削，待磨削一定深度后第一砂輪磨具開始啟動對被磨削球體進行磨削，當磨削深度即將到達時，該第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先于第一砂輪磨具停止磨削，第一砂輪磨具繼續(xù)對被磨削球體進行磨削，直至檢測部件獲得的檢測尺寸符合磨削工藝要求為止，最后所述研磨磨具對被磨削球體進行研磨處理以獲得更好的表面粗糙度，從而實現(xiàn)被磨削球體在一次安裝的情況下完成分布式磨削、研磨和檢測的集成式精密磨削加工。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明在同一磨削系統(tǒng)中設(shè)置了多套砂輪磨具、研磨磨具和檢測系統(tǒng)，因而使特大型被磨削球體在一次安裝的情況下，實現(xiàn)了分布式磨削、研磨、檢測一體化的集成式精密磨削加工，極大提高了磨削加工的效率。2、本發(fā)明中對特大型球面的磨削和研磨在一次裝夾中完成，同時實現(xiàn)了在線檢測，因此加工的特大型球面尺寸精度高、表面粗糙度好。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細說明。 如圖1所示，本發(fā)明所述特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)包括:球體驅(qū)動部件3、第一砂輪磨具2、第二砂輪磨具4、第三砂輪磨具7、研磨磨具6和檢測部件5，它們處在同一 X、Υ、Ζ直角坐標系中，該Χ、Υ、Ζ直角坐標系包括原點O、水平坐標軸線X、水平坐標軸線Y和垂直坐標軸線Ζ。所述特大型球面的被磨削球體I的球心與原點O重合，在該X、Y、Z直角坐標系中，球體驅(qū)動部件3的旋轉(zhuǎn)中心線與水平坐標軸線X重合，第一砂輪磨具2的旋轉(zhuǎn)中心線和研磨磨具6的旋轉(zhuǎn)中心線與垂直坐標軸線Z重合，第二砂輪磨具4的旋轉(zhuǎn)中心線和第三砂輪磨具7的旋轉(zhuǎn)中心線與水平輔助坐標軸線Y'重合，該水平輔助坐標軸線Y'與水平坐標軸線X成一角度(本實施例中，兩者成45度)且相交于原點O，檢測部件5的測量點始終保持在水平坐標軸線Y上，球體驅(qū)動部件3、第一砂輪磨具2、第二砂輪磨具4、第三砂輪磨具7和研磨磨具6等五個部件的旋轉(zhuǎn)中心線相交于原點O。在被磨削球體I安裝時，所述的球體驅(qū)動部件3可以驅(qū)動被磨削球體I沿水平坐標軸線X左右移動(F)，實現(xiàn)被磨削球體I的球心與X、Y、Z直角坐標系的原點O重合，被磨削球體I安裝完成后該球體驅(qū)動部件3能夠驅(qū)動被磨削球體I繞水平坐標軸線X作旋轉(zhuǎn)運動(η)。所述的第一砂輪磨具2設(shè)置在被磨削球體I的下方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體I的全部球面寬度，該第一砂輪磨具2繞垂直坐標軸線Z作旋轉(zhuǎn)運動(nl )，并且沿垂直坐標軸線Z向上做進給運動(Fl )，磨削被磨削球體I的整個球面。所述的第二砂輪磨具4和第三砂輪磨具7的旋轉(zhuǎn)直徑稍小于第一砂輪磨具2的旋轉(zhuǎn)直徑，第二砂輪磨具4設(shè)置在被磨削球 體I的右后側(cè)，第三砂輪磨具7設(shè)置在被磨削球體I的左前側(cè)，第二砂輪磨具4和第三砂輪磨具7繞X、Y、Z直角坐標系中的水平輔助坐標軸線V作旋轉(zhuǎn)運動(n2、n3)，并沿水平輔助坐標軸線Y'向球心分別作進給運動(F2、F3)，分別磨削被磨削球體I的左右兩側(cè)一定寬度的球面。所述的研磨磨具6設(shè)置在被磨削球體I的上方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體I的全部球面寬度，該研磨磨具6繞X、Y、Z直角坐標系中的垂直坐標軸線Z作旋轉(zhuǎn)運動(η4)，并沿垂直坐標軸線Z向下作進給運動(F4)，研磨被磨削球體I的整個球面。所述的檢測部件5設(shè)置在被磨削球體I的后面，其測量點始終保持在水平坐標軸線Y上。采用本發(fā)明所述的磨削系統(tǒng)實施的特大型球面集成精密磨削方法是，將所述特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)和特大型球面的被磨削球體I安裝完畢后，根據(jù)磨削工藝要求和控制程序，所述球體驅(qū)動部件3首先驅(qū)動所述被磨削球體I以η速度旋轉(zhuǎn)，所述第二砂輪磨具4和第三砂輪磨具7先于所述第一砂輪磨具2對旋轉(zhuǎn)的被磨削球體I的左右兩側(cè)進行磨肖IJ，待磨削一定深度后第一砂輪磨具2開始啟動對被磨削球體I進行磨削，當磨削深度即將到達時，該第二砂輪磨具4和第三砂輪磨具7先于第一砂輪磨具2停止磨削，第一砂輪磨具2繼續(xù)對被磨削球體I進行磨削，直至檢測部件5獲得的檢測尺寸符合磨削工藝要求為止，最后所述研磨磨具6對被磨削球體I進行研磨處理以獲得更好的表面粗糙度，從而實現(xiàn)被磨削球體I在一次安裝的情況下完成分布式磨削、研磨和檢測的集成式精密磨削加工。
權(quán)利要求
1.一種特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)包括:在同一x、Y、z直角坐標系中的球體驅(qū)動部件、第一砂輪磨具、第二砂輪磨具、第三砂輪磨具、研磨磨具和檢測部件,該X、Y、Z直角坐標系包括原點O、水平坐標軸線X、水平坐標軸線Y和垂直坐標軸線Ζ，其中，特大型球面的被磨削球體的球心與原點O重合，球體驅(qū)動部件的旋轉(zhuǎn)中心線與水平坐標軸線X重合，第一砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和研磨磨具的旋轉(zhuǎn)中心線與垂直坐標軸線Z重合，第二砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線和第三砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)中心線與水平輔助坐標軸線Γ重合，該水平輔助坐標軸線V與水平坐標軸線X成一角度且相交于原點O，檢測部件的測量點始終保持在水平坐標軸線Y上，球體驅(qū)動部件、第一砂輪磨具、第二砂輪磨具、第三砂輪磨具和研磨磨具的旋轉(zhuǎn)中心線相交于原點O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述的球體驅(qū)動部件在被磨削球體安裝時驅(qū)動被磨削球體沿水平坐標軸線X左右移動，實現(xiàn)被磨削球體的球心與X、Y、Z直角坐標系的原點O重合，被磨削球體安裝完成后該球體驅(qū)動部件能夠驅(qū)動被磨削球體繞水平坐標軸線X作旋轉(zhuǎn)運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述的第一砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的下方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體的全部球面寬度，該第一砂輪磨具繞垂直坐標軸線Z作旋轉(zhuǎn)運動，并且沿垂直坐標軸線Z向上做進給運動，磨削被磨削球體的整個球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述的第二砂輪磨具和第三砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)直徑小于第一砂輪磨具的旋轉(zhuǎn)直徑，第二砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的右后側(cè)，第三砂輪磨具設(shè)置在被磨削球體的左前側(cè)，第二砂輪磨具和第三砂輪磨具繞水平輔助坐標軸線Γ作旋轉(zhuǎn)運動，并沿水平輔助坐標軸線Y'向球心分別作進給運動，分別磨削被磨削球體的左右兩側(cè)一定寬度的球面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述的研磨磨具設(shè)置在被磨削球體的上方，其旋轉(zhuǎn)直徑覆蓋整個被磨削球體的全部球面寬度，該研磨磨具繞垂直坐標軸線Z作旋 轉(zhuǎn)運動，并沿垂直坐標軸線Z向下作進給運動，研磨被磨削球體的整個球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)，其特征是，所述的檢測部件設(shè)置在被磨削球體的后面。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的磨削系統(tǒng)實施的特大型球面集成精密磨削方法，其特征是，根據(jù)磨削工藝要求和控制程序，所述球體驅(qū)動部件首先驅(qū)動所述被磨削球體旋轉(zhuǎn)，所述第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先于所述第一砂輪磨具對旋轉(zhuǎn)的被磨削球體的左右兩側(cè)進行磨削，待磨削一定深度后第一砂輪磨具開始啟動對被磨削球體進行磨削，當磨削深度即將到達時，該第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先于第一砂輪磨具停止磨削，第一砂輪磨具繼續(xù)對被磨削球體進行磨削，直至檢測部件獲得的檢測尺寸符合磨削工藝要求為止，最后所述研磨磨具對被磨削球體進行研磨處理以獲得更好的表面粗糙度，從而實現(xiàn)被磨削球體在一次安裝的情況下完成分布式磨削、研磨和檢測的集成式精密磨削加工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特大型球面集成精密磨削系統(tǒng)及方法，所述磨削系統(tǒng)包括在同一X、Y、Z直角坐標系中的球體驅(qū)動部件、第一砂輪磨具、第二砂輪磨具、第三砂輪磨具、研磨磨具和檢測部件。球體驅(qū)動部件首先驅(qū)動被磨削球體旋轉(zhuǎn)，第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先對旋轉(zhuǎn)的被磨削球體的左右兩側(cè)進行磨削，待磨削一定深度后第一砂輪磨具開始啟動磨削，當磨削深度即將到達時，第二砂輪磨具和第三砂輪磨具先停止磨削，第一砂輪磨具繼續(xù)對被磨削球體進行磨削，直至檢測尺寸符合要求為止，最后研磨磨具對被磨削球體進行研磨處理。本發(fā)明實現(xiàn)了特大型被磨削球體在一次安裝的情況下完成分布式磨削、研磨和檢測的集成式精密磨削加工。
文檔編號B24B11/04GK103213047SQ201310134688
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者胡德金, 胡曉冬 申請人:上海交通大學