球体滚压装置及球体滚压方法
【专利摘要】本发明提供球体滚压装置，包括驱动装置、调整头、滚压头及旋转轴，第一驱动装置连接旋转轴，第二驱动装置的输出轴连接调整头的一端，调整头另一端固定有滚压头，滚压头的旋转中心轴线与旋转轴的中心轴正交。本发明提供球体滚压方法，球体绕自身的第一中心轴线转动，滚压头绕与第一中心轴线正交的第二中心轴线转动对球体进行滚压。滚压头的旋转能形成一个圆，结合球体的旋转，两种旋转轨迹形成一个球，使滚压头能够对球体进行滚压。本发明球体滚压装置及球体滚压方法，采用球体旋转加滚压头旋转的方法进行球体滚压，此滚压方法简单，实际运行成本较低，球体滚压装置适应性强，且滚压精度高。
【专利说明】球体滚压装置及球体滚压方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚压装置及滚压方法，尤其是一种球体滚压装置及球体滚压方法，属于机械加工装置和方法领域。
【背景技术】
[0002]滚压是提高表明光洁度和硬度的有效方法，具有效率高的优点。
[0003]有的球体在自身开设有中心通孔,如球阀内的球体，在滚压此类球体时,传统的球体滚压是用一个类似球体的轨道，让刀具装于轨道上，沿轨道运行对球体进行滚压，这种滚压的缺点是:1、轨道固定不具有互换性；2、高精度滚压对轨道的需求比较高；3、总体运行成本高。
[0004]还有一种滚压方式采用数控车，安装滚压头，用数控插补的方式进行滚压，这种滚压方式能够解决上述的一部分问题，但是缺点存在:1、数控机床的投入较高；2、数控插补存在误差；3、数控滚压头只能在一定曲率半径进行滚压，约解决中心约无法解决。
[0005]有鉴于此特提出本发明。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种球体滚压装置及球体滚压方法，解决滚压精度不高、设备互换性低及运行成本高的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是:
[0008]球体滚压装置，包括驱动装置、调整头、滚压头及旋转轴。
[0009]驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置。第一驱动装置连接旋转轴，旋转轴插在待滚压球体的中心通孔内，第二驱动装置的输出轴的中心轴线与旋转轴的中心轴线正交，第二驱动装置的输出轴连接调整头的一端，调整头另一端安装有可调节与第二驱动装置输出轴距离的滚压头，滚压头的工作部位于待滚压球体表面且位于球体的通孔在球体表面的边缘处，滚压头以第二驱动装置的输出轴为中心轴转动。
[0010]旋转轴为中间粗，两端细的阶梯轴，旋转轴上的台阶位于待滚压球体的通孔内部，滚压头的工作部与台阶及旋转轴之间有一间距，滚压头端部与旋转轴之间有一间距。
[0011]调整头另一端开设有与第二驱动装置的输出轴平行的通孔，并开有与通孔相交且与旋转轴平行的螺孔。滚压头下部插在通孔内，滚压头下部设有螺孔，一螺栓插入调整头的螺孔及滚压头的螺孔中。
[0012]一种利用前述球体滚压装置进行滚压的球体滚压方法，将一两端细中间粗的阶梯状旋转轴穿入球体中心的通孔且旋转轴的中心轴线与球体第一中心轴线重合，旋转轴与球体相对固定，球体随旋转轴绕第一中心轴线转动；滚压头绕与第一中心轴线正交的第二驱动装置的输出轴的中心轴线转动，调整滚压头使滚压头工作部和所述通孔在球体表面的边缘相接触并且使滚压头工作部与球体接触点至球心的距离为所需球体半径，同时转动球体和滚压头进行球体滚压。[0013]根据球体的通孔孔径选择相适应的旋转轴，在固定旋转轴与球体时，旋转轴上的台阶位于球体的孔内，并使旋转轴与滚压头之间留有间距。
[0014]旋转轴中间粗两端细，旋转轴位于球体内的部位粗，位于通孔口附近及球体外的部位细，其两端直径的大小及滚压头工作部与球体表面的接触应满足滚压头在转动时不与旋转轴碰撞的要求。
[0015]将球体固定在旋转轴上，旋转轴带动球体旋转。滚压头绕与旋转轴的中心轴线正交的中心轴线旋转。滚压头的旋转能形成一个圆，结合球体的旋转，两种旋转轨迹形成一个球，使滚压头能够对球体进行滚压。
[0016]采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
[0017]本发明球体滚压装置，两个驱动装置分别使球体和滚压头绕轴旋转，球体旋转的中心轴线与滚压头所绕转的轴的中心轴线正交，从而使滚压头能滚压球体表面，螺栓将滚压头固定在调整头上并可调节滚压头与第二驱动装置的输出轴的距离，从而能滚压不同直径的球体，提高了设备的适应性。本发明球体滚压方法，采用球体旋转加滚压头旋转的方法进行球体滚压，此滚压方法简单，实际运行成本较低，适应性强，设备互换性强且滚压精度闻。
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明球体滚压装置的示意图。
[0020]图2为图1的局部放大示意图。
[0021]图3为本发明球体滚压装置的滚压头的结构示意图。
[0022]图4为本发明球体滚压装置的旋转轴的结构示意图。
[0023]图5为本发明球体滚压方法中球体及滚压头在坐标系中的示意图。
[0024]1、第二驱动装置，2、支撑装置，3、旋转轴，4、球体，5、滚压头，6、调整头，7、第一中心轴线，8、第二中心轴线，9、螺栓，10、工作部，41、通孔。
【具体实施方式】
[0025]实施例一
[0026]如图1所示，球体滚压装置，包括驱动装置、调整头、滚压头、支撑装置及旋转轴。
[0027]驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置。
[0028]第一驱动装置连接旋转轴3使其旋转，旋转3水平设置，如图2、4所示，旋转轴3为阶梯轴，中间部分粗，两端细，左右各有一个台阶。由于所加工的球体自身有中心通孔，故根据球体的通孔直径选择相应直径的旋转轴3，旋转轴3穿入球体4的通孔41，旋转轴3的中心轴线与球体第一中心轴线7重合,旋转轴3穿入球体后与球体固定连接,旋转轴3带动球体4绕球体的第一中心轴线7转动。旋转轴3位于球体内的部位粗，位于球体通孔41出口附近及球体外的部位细。旋转轴上的两个台阶位于待滚压球体的通孔内部。
[0029]旋转轴3与球体固定连接，在本实施例中，旋转轴为空心轴，采用内部胀接的方式与球体4固定连接。在其他实施例中可以采用其他方式将旋转轴与球体相对固定连接。
[0030]第二驱动装置I安装于旋转轴下方，第二驱动装置的输出轴呈竖直状态，第二驱动装置I的输出轴连接调整头6的一端，调整头与旋转轴平行设置，调整头6另一端开设有与第二驱动装置I的输出轴平行的通孔，并开有与通孔相交且与旋转轴3平行的螺孔。滚压头5下部与第二驱动装置的输出轴平行且插在调整头的通孔中，通孔的孔径比滚压头下部的直径大，滚压头可在调整头的通孔内移动以调节其与第二驱动装置输出轴的平行间距。
[0031]如图1、2、3所示，在本实施例中，滚压头5呈V型，下部与第二驱动装置的输出轴平行，安装在调整头的通孔内，滚压头上部斜向球体4，滚压头上端端部安装有滚珠作为其工作部10，这样滚压头5的受力更有利于其自身的稳定，且滚压头5的工作部与球体的接触状况较好。在其他实施例中，滚压头也可采用直杆型或其他形状。工作部10位于球体表面与其中心通孔的相交处也即通孔41在球体4表面的边缘处。滚压头的工作部与球体表面接触时，不能使滚压头5与旋转轴3碰撞，由于旋转轴位于球体外的部位细，旋转轴上的台阶位于待滚压球体的通孔内部，并且滚压头的工作部与台阶及旋转轴之间有一间距，滚压头端部与旋转轴之间有一间距。因此，滚压头的工作部在与通孔41在球体表面的边缘处接触时可以满足滚压头顶端不碰撞旋转轴的要求。只要能满足滚压时滚压头不与旋转轴碰撞的要求，旋转轴也可选用多台阶的阶梯轴，但考虑到轴加工及强度等因素，优选两台阶的阶梯轴。
[0032]滚压头5下部设有螺孔，安装时滚压头的螺孔与调整头的螺孔方向一致，一螺栓9插入调整头6的螺孔及滚压头5的螺孔中。螺栓9上配合有螺母，螺母位于螺栓9裸露于调整头外的部位，使用螺母可以锁紧螺栓9，防止在球体滚压装置运行过程中螺栓9发生转动。通过螺栓的旋动可以调节滚压头5与第二驱动装置I的输出轴之间的距离。
[0033]支撑装置2 —端固定于机架，另一端通过轴承连接第二驱动装置I的输出轴。
[0034]第二驱动装置I驱动调整头进而带动滚压头5绕第二驱动装置I的输出轴的中心轴线转动对球体4进行滚压。
[0035]第二驱动装置I的输出轴的中心轴线与球体4自身的另一中心轴第二中心轴线8重合，第二中心轴线8与球体第一中心轴线7正交，因为旋转轴3的中心轴线与球体第一中心轴线7重合，故第二驱动装置I的输出轴的中心轴线与旋转轴3的中心轴线正交。
[0036]由于滚压头5与第二驱动装置I的输出轴之间的距离可调，可以根据待滚压球体的直径调整滚压头与第二驱动装置I的输出轴之间的距离，调整合适后通过螺栓9及其上的螺母固定滚压头位置。因而可以滚压不同直径的球体，提高了设备的适应性和互换性。
[0037]调整头6固定在第二驱动装置I的输出轴上，本实施例采用步进电机作为驱动装置，第二驱动装置I的输出轴上安装有支撑装置2，输出轴可相对支撑装置2转动。支撑装置2的作用是既能保证输出轴转动，又能防止输出轴的颤动避免其转动时偏离第二中心轴线8，保证滚压头5在滚压时所形成的轨迹为正圆。
[0038]本发明球体滚压装置，两个驱动装置分别使球体和滚压头绕轴旋转，旋转轴的中心轴线与滚压头所绕轴的中心轴线正交，从而使滚压头能滚压球体表面，螺栓将滚压头固定在调整头上并可调节滚压头与第二驱动装置的输出轴的距离，从而能滚压不同直径的球体，提高了设备的适应性。
[0039]实施例二
[0040]如图1、5所示，一种采用实施例一所述的球体滚压装置的球体滚压方法，根据球体的通孔孔径选择相适应的旋转轴3，将一旋转轴3穿入球体4中心的通孔且旋转轴的中心轴线与球体4的第一中心轴线7重合、一致，球体4与旋转轴3固定，球体4随旋转轴3绕第一中心轴线7转动。旋转轴3为两端细、中间粗的左右具有各一个台阶的阶梯轴。旋转轴位于球体内的部位粗，位于通孔41出口附近及球体外的部位细。在固定旋转轴3与球体4时，旋转轴上的两个台阶位于球体的孔内，并使旋转轴与滚压头之间留有间距。
[0041]调整滚压头5的位置使滚压头5的工作部10接触通孔41在球体表面的边缘处，并且使滚压头的工作部10与球体4的接触点至球心的距离为所需球体半径，滚压头5绕与第一中心轴线7正交的第二中心轴线8转动对球体进行滚压。在实施例一的球体滚压装置中，也即绕第二驱动装置I的输出轴的中心轴线转动。
[0042]旋转轴两端直径的大小及滚压头工作部与球体表面的接触应满足滚压头在绕第二中心轴线转动时不与旋转轴碰撞。
[0043]在球体无旋转轴穿过的状态下，滚压头5上端的工作部10位于第一中心轴线7所指向的球体表面即可对整个球体4进行滚压。由于球体上设置有通孔41，故通孔出口处的两个球冠被削去，故滚压头5的工作部10不可能接触第一中心轴线7与完整的球体4表面的交点，同时，由于通孔41所造成切除的球体表面也无需滚压，因此，滚压头上端的工作部10只需接触球体表面与通孔的交点也即通孔的在球体4表面的边缘处，绕第二中心轴线8旋转即可对整个球体进行滚压。但如果旋转轴为粗细均匀的旋转轴，滚压头上端的工作部10只能无限接近但无法接触到通孔在球体表面的边缘，也就会有一部分球体表面无法滚压，因此需要将旋转轴3设计为两端细、中间粗的阶梯轴。在旋转轴位于通孔出口附近的部分及位于球体外的部分设计为直径较细的轴，这样在滚压头滚压球体时，滚压头的工作部10既能与通孔在球体表面的出口边缘相接触，又不与旋转轴3碰撞，保证了滚压头5的工作部10对球体4全部表面的滚压。
[0044]滚压头5绕第二中心轴线8旋转，滚压头与球体的接触点轨迹形成一个圆，由于滚压头5的工作部10与球体表面接触，且其接触点在第一中心轴线方向位于球体的最大直径处，结合球体4的旋转，两种旋转轨迹形成一个球，使滚压头能够对具有中心通孔的球体进行滚压。
[0045]本发明球体滚压方法，采用球体旋转加滚压头旋转的方法进行球体滚压，此滚压方法简单，实际运行成本较低，适应性强，所应用的设备互换性强，且滚压精度高。
[0046]上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.球体滚压装置，其特征在于:包括驱动装置、调整头、滚压头及旋转轴， 驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置， 第一驱动装置连接旋转轴，旋转轴插在待滚压球体的中心通孔内， 第二驱动装置的输出轴的中心轴线与旋转轴的中心轴线正交，第二驱动装置的输出轴连接调整头的一端，调整头另一端安装有可调节与第二驱动装置输出轴距离的滚压头，滚压头的工作部位于待滚压球体表面且位于球体的通孔在球体表面的边缘处， 滚压头以第二驱动装置的输出轴为中心轴转动。
2.根据权利要求1所述的球体滚压装置，其特征在于:旋转轴为中间粗，两端细的阶梯轴，滚压头的工作部与台阶及旋转轴之间有一间距，滚压头端部与旋转轴之间有一间距。
3.根据权利要求2所述的球体滚压装置，其特征在于:旋转轴为中空轴，旋转轴与待滚压球体之间采用胀接连接。
4.根据权利要求1或2所述的球体滚压装置，其特征在于:还包括支撑装置，支撑装置一端固定于机架，另一端通过轴承连接第二驱动装置的输出轴。
5.根据权利要求4所述的球体滚压装置，其特征在于:调整头与旋转轴平行设置，调整头另一端开设有与第二驱动装置的输出轴平行的通孔，并开有与通孔相交且与旋转轴平行的螺孔， 滚压头下部插在通孔内，滚压头下部设有螺孔，一螺栓插入调整头的螺孔及滚压头的螺孔中，滚压头可在调整头的通孔内移动以调节其与第二驱动装置输出轴的平行间距。
6.根据权利要求5所述的球体滚压装置，其特征在于:优选地，滚压头呈V型，滚压头下部与第二驱动装置的输出轴平行，滚压头上部斜向球体，滚压头上端端部安装有滚珠作为工作部。
7.根据权利要求5所述的球体滚压装置，其特征在于:螺栓上配合有螺母，螺母位于螺栓裸露于调整头外的部位。
8.一种使用权利要求1-7任一项所述球体滚压装置的球体滚压方法，其特征在于:将一两端细中间粗的阶梯状旋转轴穿入球体中心的通孔且旋转轴的中心轴线与球体第一中心轴线重合，旋转轴与球体相对固定，球体随旋转轴绕第一中心轴线转动； 滚压头绕与第一中心轴线正交的第二驱动装置的输出轴的中心轴线转动，调整滚压头使滚压头工作部和所述通孔在球体表面的边缘相接触并且使滚压头工作部与球体接触点至球心的距离为所需球体半径，同时转动球体和滚压头进行球体滚压。
9.根据权利要求8所述的球体滚压方法，其特征在于:根据球体的通孔孔径选择相适应的旋转轴，在固定旋转轴与球体时，旋转轴上的台阶位于球体的孔内，并使旋转轴与滚压头之间留有间距。
【文档编号】B23P9/02GK103521999SQ201310452848
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】滕磊军, 申靖, 白宇, 于洋, 施晓丽, 李亚鹏, 于丽君, 林玉峰 申请人:北京航天试验技术研究所