专利名称：特大型球面集成精密磨削系统及方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机床技术领域中的球面精密磨削装置及方法，具体是一种特大型球面集成精密磨削系统及方法。
背景技术：
特大型高精度球体是大型石油天然气输送、大型水利发电等重大工程中流体、气体控制装置(如大型球阀)中的关键部件。目前特大型球体的直径已经超过2500mm，重量超过20t。由于密封性的要求和工作性能的要求，这种特大型球体对表面粗糙度和几何精度要求都很高，所以，球体表面必须经过精密磨削加工和精密研磨后才能使用。几何精度(球度)要求高、表面粗糙度要求高、磨削面积大，是这一关键部件加工的技术难题。特大型球体的精密磨削加工，目前普遍采用的方法是:球体绕水平中心线做旋转运动，砂轮磨具系统一般布置在被加工球体的后面，砂轮磨具的旋转中心线和被加工球体的旋转中心线必须处在同一平面内并相互垂直相交才能保证磨削精度。砂轮磨具系统通过伺服电机或步进电机驱动由后向前做进给运动。通过杯形砂轮磨具的高速旋转运动和球体的旋转运动所合成的范成运动实现球面的精密磨削加工。经对现有技术的文献检索发现，申请号为:200610050360.8，名称为《自动检测数控球面磨床》的中国专利申请，主要是在机床上设有自动检测装置，实现了工件的在线自动检测。然而，由于上述特大型球面尺寸大、重量重，采用这类专用的单一磨具数控球面磨床很难实现这种特大型球面的高效率精密磨削。
发明内容
本发明的目的在 于克服现有技术的不足，提供一种特大型球面集成精密磨削系统，以实现在一次安装的情况下，完成对特大型球体的分布式磨削、研磨、检测的集成式精密磨削加工，并获得被磨削球面更好的表面粗糙度；本发明的另一目的在于，提供一种采用所述磨削系统实施的特大型球面集成精密磨削方法。本发明是通过以下技术方案实现的:一种特大型球面集成精密磨削系统，其包括:在同一 X、Y、Z直角坐标系中的球体驱动部件、第一砂轮磨具、第二砂轮磨具、第三砂轮磨具、研磨磨具和检测部件，该X、Y、Z直角坐标系包括原点O、水平坐标轴线X、水平坐标轴线Y和垂直坐标轴线Z，其中，特大型球面的被磨削球体的球心与原点O重合，球体驱动部件的旋转中心线与水平坐标轴线X重合，第一砂轮磨具的旋转中心线和研磨磨具的旋转中心线与垂直坐标轴线Z重合，第二砂轮磨具的旋转中心线和第三砂轮磨具的旋转中心线与水平辅助坐标轴线V重合，该水平辅助坐标轴线V与水平坐标轴线X成一角度且相交于原点0，检测部件的测量点始终保持在水平坐标轴线Y上，球体驱动部件、第一砂轮磨具、第二砂轮磨具、第三砂轮磨具和研磨磨具的旋转中心线相交于原点O。所述的球体驱动部件在被磨削球体安装时驱动被磨削球体沿水平坐标轴线X左右移动，实现被磨削球体的球心与X、Y、Z直角坐标系的原点O重合，被磨削球体安装完成后该球体驱动部件能够驱动被磨削球体绕水平坐标轴线X作旋转运动。所述的第一砂轮磨具设置在被磨削球体的下方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体的全部球面宽度，该第一砂轮磨具绕垂直坐标轴线Z作旋转运动，并且沿垂直坐标轴线Z向上做进给运动，磨削被磨削球体的整个球面。所述的第二砂轮磨具和第三砂轮磨具的旋转直径小于第一砂轮磨具的旋转直径，第二砂轮磨具设置在被磨削球体的右后侧，第三砂轮磨具设置在被磨削球体的左前侧，第二砂轮磨具和第三砂轮磨具绕水平辅助坐标轴线Y'作旋转运动，并沿水平辅助坐标轴线V向球心分别作进给运动，分别磨削被磨削球体的左右两侧一定宽度的球面。所述的研磨磨具设置在被磨削球体的上方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体的全部球面宽度，该研磨磨具绕垂直坐标轴线Z作旋转运动，并沿垂直坐标轴线Z向下作进给运动，研磨被磨削球体的整个球面。所述的检测部件设置在被磨削球体的后面。本发明的另一技术方案是:一种采用所述磨削系统实施的特大型球面集成精密磨削方法，其特征是，根据磨削工艺要求和控制程序，所述球体驱动部件首先驱动所述被磨削球体旋转，所述第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先于所述第一砂轮磨具对旋转的被磨削球体的左右两侧进行磨削，待磨削一定深度后第一砂轮磨具开始启动对被磨削球体进行磨削，当磨削深度即将到达时，该第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先于第一砂轮磨具停止磨削，第一砂轮磨具继续对被磨削球体进行磨削，直至检测部件获得的检测尺寸符合磨削工艺要求为止，最后所述研磨磨具对被磨削球体进行研磨处理以获得更好的表面粗糙度，从而实现被磨削球体在一次安装的情况下完成分布式磨削、研磨和检测的集成式精密磨削加工。与现有的技术相比，本发明的有益效果是:1、本发明在同一磨削系统中设置了多套砂轮磨具、研磨磨具和检测系统，因而使特大型被磨削球体在一次安装的情况下，实现了分布式磨削、研磨、检测一体化的集成式精密磨削加工，极大提高了磨削加工的效率。2、本发明中对特大型球面的磨削和研磨在一次装夹中完成，同时实现了在线检测，因此加工的特大型球面尺寸精度高、表面粗糙度好。
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作详细说明。 如图1所示，本发明所述特大型球面集成精密磨削系统包括:球体驱动部件3、第一砂轮磨具2、第二砂轮磨具4、第三砂轮磨具7、研磨磨具6和检测部件5，它们处在同一 X、Υ、Ζ直角坐标系中，该Χ、Υ、Ζ直角坐标系包括原点O、水平坐标轴线X、水平坐标轴线Y和垂直坐标轴线Ζ。所述特大型球面的被磨削球体I的球心与原点O重合，在该X、Y、Z直角坐标系中，球体驱动部件3的旋转中心线与水平坐标轴线X重合，第一砂轮磨具2的旋转中心线和研磨磨具6的旋转中心线与垂直坐标轴线Z重合，第二砂轮磨具4的旋转中心线和第三砂轮磨具7的旋转中心线与水平辅助坐标轴线Y'重合，该水平辅助坐标轴线Y'与水平坐标轴线X成一角度(本实施例中，两者成45度)且相交于原点O，检测部件5的测量点始终保持在水平坐标轴线Y上，球体驱动部件3、第一砂轮磨具2、第二砂轮磨具4、第三砂轮磨具7和研磨磨具6等五个部件的旋转中心线相交于原点O。在被磨削球体I安装时，所述的球体驱动部件3可以驱动被磨削球体I沿水平坐标轴线X左右移动(F)，实现被磨削球体I的球心与X、Y、Z直角坐标系的原点O重合，被磨削球体I安装完成后该球体驱动部件3能够驱动被磨削球体I绕水平坐标轴线X作旋转运动(η)。所述的第一砂轮磨具2设置在被磨削球体I的下方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体I的全部球面宽度，该第一砂轮磨具2绕垂直坐标轴线Z作旋转运动(nl )，并且沿垂直坐标轴线Z向上做进给运动(Fl )，磨削被磨削球体I的整个球面。所述的第二砂轮磨具4和第三砂轮磨具7的旋转直径稍小于第一砂轮磨具2的旋转直径，第二砂轮磨具4设置在被磨削球 体I的右后侧，第三砂轮磨具7设置在被磨削球体I的左前侧，第二砂轮磨具4和第三砂轮磨具7绕X、Y、Z直角坐标系中的水平辅助坐标轴线V作旋转运动(n2、n3)，并沿水平辅助坐标轴线Y'向球心分别作进给运动(F2、F3)，分别磨削被磨削球体I的左右两侧一定宽度的球面。所述的研磨磨具6设置在被磨削球体I的上方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体I的全部球面宽度，该研磨磨具6绕X、Y、Z直角坐标系中的垂直坐标轴线Z作旋转运动(η4)，并沿垂直坐标轴线Z向下作进给运动(F4)，研磨被磨削球体I的整个球面。所述的检测部件5设置在被磨削球体I的后面，其测量点始终保持在水平坐标轴线Y上。采用本发明所述的磨削系统实施的特大型球面集成精密磨削方法是，将所述特大型球面集成精密磨削系统和特大型球面的被磨削球体I安装完毕后，根据磨削工艺要求和控制程序，所述球体驱动部件3首先驱动所述被磨削球体I以η速度旋转，所述第二砂轮磨具4和第三砂轮磨具7先于所述第一砂轮磨具2对旋转的被磨削球体I的左右两侧进行磨肖IJ，待磨削一定深度后第一砂轮磨具2开始启动对被磨削球体I进行磨削，当磨削深度即将到达时，该第二砂轮磨具4和第三砂轮磨具7先于第一砂轮磨具2停止磨削，第一砂轮磨具2继续对被磨削球体I进行磨削，直至检测部件5获得的检测尺寸符合磨削工艺要求为止，最后所述研磨磨具6对被磨削球体I进行研磨处理以获得更好的表面粗糙度，从而实现被磨削球体I在一次安装的情况下完成分布式磨削、研磨和检测的集成式精密磨削加工。
权利要求
1.一种特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述系统包括:在同一x、Y、z直角坐标系中的球体驱动部件、第一砂轮磨具、第二砂轮磨具、第三砂轮磨具、研磨磨具和检测部件,该X、Y、Z直角坐标系包括原点O、水平坐标轴线X、水平坐标轴线Y和垂直坐标轴线Ζ，其中，特大型球面的被磨削球体的球心与原点O重合，球体驱动部件的旋转中心线与水平坐标轴线X重合，第一砂轮磨具的旋转中心线和研磨磨具的旋转中心线与垂直坐标轴线Z重合，第二砂轮磨具的旋转中心线和第三砂轮磨具的旋转中心线与水平辅助坐标轴线Γ重合，该水平辅助坐标轴线V与水平坐标轴线X成一角度且相交于原点O，检测部件的测量点始终保持在水平坐标轴线Y上，球体驱动部件、第一砂轮磨具、第二砂轮磨具、第三砂轮磨具和研磨磨具的旋转中心线相交于原点O。
2.根据权利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述的球体驱动部件在被磨削球体安装时驱动被磨削球体沿水平坐标轴线X左右移动，实现被磨削球体的球心与X、Y、Z直角坐标系的原点O重合，被磨削球体安装完成后该球体驱动部件能够驱动被磨削球体绕水平坐标轴线X作旋转运动。
3.根据权利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述的第一砂轮磨具设置在被磨削球体的下方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体的全部球面宽度，该第一砂轮磨具绕垂直坐标轴线Z作旋转运动，并且沿垂直坐标轴线Z向上做进给运动，磨削被磨削球体的整个球面。
4.根据权利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述的第二砂轮磨具和第三砂轮磨具的旋转直径小于第一砂轮磨具的旋转直径，第二砂轮磨具设置在被磨削球体的右后侧，第三砂轮磨具设置在被磨削球体的左前侧，第二砂轮磨具和第三砂轮磨具绕水平辅助坐标轴线Γ作旋转运动，并沿水平辅助坐标轴线Y'向球心分别作进给运动，分别磨削被磨削球体的左右两侧一定宽度的球面。
5.根据权利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述的研磨磨具设置在被磨削球体的上方，其旋转直径覆盖整个被磨削球体的全部球面宽度，该研磨磨具绕垂直坐标轴线Z作旋 转运动，并沿垂直坐标轴线Z向下作进给运动，研磨被磨削球体的整个球面。
6.根据权利要求1所述的特大型球面集成精密磨削系统，其特征是，所述的检测部件设置在被磨削球体的后面。
7.一种采用权利要求1所述的磨削系统实施的特大型球面集成精密磨削方法，其特征是，根据磨削工艺要求和控制程序，所述球体驱动部件首先驱动所述被磨削球体旋转，所述第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先于所述第一砂轮磨具对旋转的被磨削球体的左右两侧进行磨削，待磨削一定深度后第一砂轮磨具开始启动对被磨削球体进行磨削，当磨削深度即将到达时，该第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先于第一砂轮磨具停止磨削，第一砂轮磨具继续对被磨削球体进行磨削，直至检测部件获得的检测尺寸符合磨削工艺要求为止，最后所述研磨磨具对被磨削球体进行研磨处理以获得更好的表面粗糙度，从而实现被磨削球体在一次安装的情况下完成分布式磨削、研磨和检测的集成式精密磨削加工。
全文摘要
本发明公开了一种特大型球面集成精密磨削系统及方法，所述磨削系统包括在同一X、Y、Z直角坐标系中的球体驱动部件、第一砂轮磨具、第二砂轮磨具、第三砂轮磨具、研磨磨具和检测部件。球体驱动部件首先驱动被磨削球体旋转，第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先对旋转的被磨削球体的左右两侧进行磨削，待磨削一定深度后第一砂轮磨具开始启动磨削，当磨削深度即将到达时，第二砂轮磨具和第三砂轮磨具先停止磨削，第一砂轮磨具继续对被磨削球体进行磨削，直至检测尺寸符合要求为止，最后研磨磨具对被磨削球体进行研磨处理。本发明实现了特大型被磨削球体在一次安装的情况下完成分布式磨削、研磨和检测的集成式精密磨削加工。
文档编号B24B11/04GK103213047SQ201310134688
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者胡德金, 胡晓冬 申请人:上海交通大学