球面配磨装置及方法与流程

本发明涉及零件精加工或再制造技术领域，尤其涉及一种球面配磨装置及方法。

背景技术：

液压泵/马达的寿命一般取决于关键摩擦副的寿命，在实际中从节约成本的角度考虑，有时会对液压泵/马达进行再制造，针对损坏的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到新品的技术指标。

球面摩擦副是液压泵/马达的关键摩擦副，其精度直接决定了液压泵/马达的使用性能及寿命。在液压泵/马达再制造过程中，需要对配合精度要求高的球面进行配对研磨，保证其配合精度尺寸。现在采用的普遍做法是采用手工的方式进行配磨或研磨，该方法效率低且获得的球面配合质量不稳定。因此，开发再制造配研自动化装置十分必要。

目前，现有技术中也出现了自动研磨装置，用于对球面进行研磨，有些装置只能适用于凹球面或凸球面的研磨，有些装置虽然能实现凹凸球面的配磨，但在配磨过程中不能监控配磨参数，只能以设定的转速完成整个配磨过程，这样球面配磨后的质量不稳定，不能获得较好的配磨效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种球面配磨装置及方法，能够优化配磨件上球面的配磨效果。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种球面配磨装置，包括：控制部件、第一驱动部件、第二驱动部件以及同轴相对设置的第一夹具组件和第二夹具组件，其中，

所述第一夹具组件用于固定第一配磨件，且能够在所述第一驱动部件的驱动下沿轴线移动；

所述第二夹具组件用于固定第二配磨件，且能够在所述第二驱动部件的驱动下绕轴线转动；

所述控制部件能够在所述第一配磨件和第二配磨件接触后，根据所述第一夹具组件的移动量控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件以不同转速转动。

进一步地，还包括压力检测部件，用于检测所述第一配磨件和第二配磨件的凹凸球面之间的接触压力。

进一步地，所述控制部件能够在压力检测部件的检测值达到预设压力值时判断出所述第一配磨件和第二配磨件接触，并启动所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件以第一速度转动。

进一步地，所述控制部件能够在所述第一配磨件和第二配磨件接触后且所述第一夹具组件的移动量达到预设距离后，控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件切换为第二速度转动，所述第二速度大于所述第一速度。

进一步地，所述压力检测部件包括压力传感器，所述压力传感器设在所述第一夹具组件用于安装所述第一配磨件且与所述第二夹具组件相对的面上。

进一步地，所述第一夹具组件包括夹具主体和定位调整部件，所述定位调整部件设在所述夹具主体与所述第二夹具组件相对的面上，用于对所述第一配磨件进行对中调整。

进一步地，所述定位调整部件包括至少三个沿周向均布的顶尖和用于驱动每个顶尖沿径向运动的第三驱动部件，所述控制部件能够控制各个所述第三驱动部件驱动顶尖同步运动，以实现对所述第一配磨件的夹紧或松开。

进一步地，还包括多个压力传感器，多个所述压力传感器沿周向布置，且与各个所述顶尖的设置角位置相对应，所述控制部件能够在各个压力传感器的检测值不一致时，根据所述压力传感器的检测值控制第三驱动部件调整相应顶尖的径向位置，直至所述第一配磨件和第二配磨件均匀接触。

进一步地，所述控制部件能够在所述第二夹具组件以不同转速转动的过程中，控制所述第一驱动部件的位移量使所述压力检测部件的检测值保持一致。

进一步地，所述第一配磨件为液压泵/马达的缸体，所述缸体具有凹球面，所述第二配磨件为液压泵/马达的配流盘，所述配流盘具有凸球面；

或所述第一配磨件为液压泵/马达的配流盘，所述第二配磨件为液压泵/马达的缸体。

进一步地，所述第一夹具组件和第二夹具组件上下相对设置。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种球面配磨方法，基于上述实施例的球面配磨装置，包括如下步骤：

将所述第一配磨件固定在所述第一夹具组件上；

将所述第二配磨件固定在所述第二夹具组件上；

所述控制部件控制所述第一驱动部件驱动所述第一夹具组件沿轴线朝向所述第二夹具组件移动；

所述控制部件在所述第一配磨件和第二配磨件接触后，根据所述第一驱动部件的移动量控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件以不同转速绕轴线转动。

进一步地，还包括：所述控制部件判断所述第一配磨件和第二配磨件是否接触，如果是则根据所述第一驱动部件的移动量控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件以不同转速绕轴线转动。

进一步地，所述球面配磨装置还包括压力检测部件，用于检测所述第一配磨件和第二配磨件的凹凸球面之间的接触压力，所述控制部件判断所述第一配磨件和第二配磨件是否接触的步骤具体包括：

所述控制部件判断所述压力检测部件的检测值是否达到预设压力值，如果是则判定所述第一配磨件和第二配磨件接触。

进一步地，在所述第二夹具组件以不同转速绕轴线转动的过程中，所述控制部件控制所述第一夹具组件的移动量使所述压力检测部件的检测值保持一致。

进一步地，所述控制部件在所述第一配磨件和第二配磨件接触后，根据所述第一驱动部件的移动量控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件以不同转速绕轴线转动的步骤具体包括：

所述控制部件启动所述第二驱动部件并带动第二夹具组件以第一速度转动；

所述控制部件在所述第一配磨件和第二配磨件接触后所述第一夹具组件的移动量达到预设距离后，控制所述第二驱动部件带动第二夹具组件切换为第二速度转动，所述第二速度大于所述第一速度。

进一步地，所述第一夹具组件包括夹具主体和定位调整部件，在将所述第一配磨件固定在所述第一夹具组件上的步骤之前，所述球面配磨方法还包括：

通过所述定位调整部件对所述第一配磨件进行对中调整。

进一步地，所述定位调整部件包括至少三个沿周向均布的顶尖和用于驱动每个顶尖的第三驱动部件，通过所述定位调整部件对所述第一配磨件进行对中调整的步骤具体包括：

所述控制部件控制各个所述第三驱动部件驱动顶尖同步向内运动，以对所述第一配磨件进行对中夹紧。

进一步地，所述球面配磨装置还包括多个压力传感器，多个所述压力传感器沿周向布置，且与各个所述顶尖的设置角位置相对应，在所述控制部件控制所述第二驱动部件带动所述第二夹具组件转动的过程中，所述球面配磨方法还包括：

所述控制部件判断各个所述压力传感器的检测值是否一致，如果不一致则根据所述压力传感器的检测值控制第三驱动部件调整相应顶尖的径向位置，直至所述第一配磨件和第二配磨件均匀接触。

基于上述技术方案，本发明的球面配磨装置，控制部件能够在第一配磨件和第二配磨件接触后，根据第一驱动部件带动第一夹具组件的移动量控制第二驱动部件带动第二夹具组件以不同转速转动，相当于根据配磨过程中的进给量自动匹配合适的配磨速度，由此实现不同的研磨阶段。该装置能够实现配磨过程的自动化，通过不同的研磨阶段相组合可使球面在配磨后获得较优的配磨效果，并提高配磨效率，而且该装置结构简单，操作简易，可广泛地适用于多种零件上球面的配磨。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明球面配磨装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明球面配磨装置中上夹具组件的一个实施例的结构示意图；

图3为液压泵/马达中缸体和配流盘的结构示意图；

图4为本发明球面配磨方法的一个示意性实施例的流程示意图；

图5为本发明球面配磨方法的一个具体实施例的流程示意图。

附图标记说明

1－第一电动缸；2－第一连接轴；3－第一夹具组件；4－第二夹具组件；5－第二连接轴；6－减速器；7－电机；8－控制部件；9－支撑架；10、固定板；11－第一配磨件；12－第二配磨件；A－凹球面；B－凸球面；31－夹具主体；32－定位调整部件；33－压力传感器；321－顶尖；322－第二电动缸。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

参考图1至图3，本发明首先提供了一种球面配磨装置，可在新产品装配前或者产品再制造环节使用。在一个示意性的实施例中，该装置包括：控制部件8、第一驱动部件、第二驱动部件以及同轴相对设置的第一夹具组件3和第二夹具组件4。其中，第一夹具组件3用于固定第一配磨件11，且能够在第一驱动部件的驱动下沿轴线移动；第二夹具组件4用于固定第二配磨件12，且能够在第二驱动部件的驱动下绕轴线转动；在将两个配磨件固定在夹具组件上之后，两个配磨件的凹凸球面相互正对。

控制部件8与第一驱动部件和第二驱动部件连接，能够在第一配磨件11和第二配磨件12可靠接触后，根据第一夹具组件3的移动量控制第二驱动部件带动第二夹具组件4以不同转速转动。

其中，在确定第一夹具组件3的移动量时可确定一个基准位置，该基准位置可以是第一配磨件11和第二配磨件12接触时，或者是接触前的任一位置。在配磨过程中，第二夹具组件4以不同转速转动，相当于根据配磨过程中的研磨进给量自动匹配合适的配磨速度，配磨速度可以按档位变化或者连续变化，由此实现不同的研磨阶段，例如粗磨、半精磨或精磨。

优选地，第一驱动部件可以包括第一电动缸1，可获得较高的直线运动控制精度，以精确控制配磨过程中的进给量。第二驱动部件可以包括电机7，根据配磨速度的需求，在电机7和第二夹具组件4之间还可设置减速器6。

该实施例的球面配磨装置能够在配磨过程中根据研磨进给量自动匹配合适的研磨阶段，可实现配磨过程的自动化，提高配磨效率；而且，通过不同的研磨阶段相组合可使球面在配磨后获得较优的配磨效果；另外，该装置结构简单，操作简易，可广泛地适用于多种零件上球面的配磨。

在此基础上，球面配磨装置还可包括压力检测部件，用于检测第一配磨件11和第二配磨件12的凹凸球面之间的接触压力。

控制部件8与压力检测部件连接，能够在压力检测部件的检测值达到预设压力值时判断出第一配磨件11和第二配磨件12已经可靠接触，可将此时第一配磨件11的位置设为基准位置，例如设置为零位。此时启动第二驱动部件带动第二夹具组件4以第一速度转动。

该研磨阶段为粗磨阶段，主要目的是去除多余材料，通过第二夹具组件4以较低的第一速度转动获得大的研磨力。

进一步地，在第一配磨件11和第二配磨件12接触后且第一夹具组件3的移动量达到预设距离后，即大部分多余材料已去除，需要转换为精密研磨，此时控制部件8能够控制第二驱动部件带动第二夹具组件4切换为第二速度转动，第二速度大于第一速度。

该研磨阶段为精磨阶段，主要目的是提高配合球面的表面质量，通过第二夹具组件4以较高的第二速度转动获得高研磨频率。

在第二夹具组件4以第一速度和第二速度转动的过程中，控制部件8仍持续控制第一驱动部件使第一夹具组件3向着靠近第二夹具组件4的方向移动，以通过持续进给保持第一配磨件11和第二配磨件12的接触压力基本不变。由于在粗磨阶段去除的材料多于精磨阶段，因而在第一速度下对应的第一夹具组件3的移动速度可以大于在第二速度下对应的第一夹具组件3的移动速度。

可选地，在粗磨阶段和精磨阶段之间，还可以引入半精磨阶段，在此阶段，控制部件8能够控制第二驱动部件带动第二夹具组件4切换为第三速度转动，第三速度介于第一速度和第二速度之间。或者本领域技术人员还可根据需求引入更多档研磨速度。

优选地，在整个配磨过程中，控制部件8能够在第二夹具组件4以不同转速转动的过程中，控制第一驱动部件的位移量使压力检测部件的检测值保持一致。在配磨过程中，能够根据两个配磨件的接触压力反馈值控制第一夹具组件3的位移量，从而再控制第二夹具组件4的转速实现自动化配磨。第一夹具组件3用来控制配磨量和配磨压力来保证研磨的精度，第二夹具组件4通过相匹配的速度来保证配磨精度。

通过保持整个配磨过程压力稳定，可使两个配磨件的接触稳定可靠，受力均衡，可保证配磨件的接触率及研磨的均匀性，使配磨质量较为稳定。这样既不会因为压力过低导致接触不充分而影响配磨效率，也不会因为压力过高而对配磨件表面造成损伤和挤压，保证球面的直径和轮廓度，以获得更好的配磨效果。如果在研磨过程中出现压力不稳定的情况，可通过控制部件8控制第一驱动部件的位移量对两个配磨件的接触压力进行调整。而且，整个配磨过程都可通过控制部件8实现自动控制，提高了配磨的自动化程度，在批生产时可提高生产效率。

在图2所示的第一夹具组件3中，第一夹具组件3包括夹具主体31，例如夹具主体31为圆柱形结构，压力检测部件包括压力传感器33，压力传感器33设在夹具主体31用于安装第一配磨件11且与第二夹具组件4相对的面上。在两个配磨件接触产生压力后，第二配磨件12作用于第一配磨件11的力就会通过第一配磨件11传递给压力传感器33，以获得两个配磨件的接触压力。在该实施例中，压力传感器33的设置位置能够较为准确地测得两个配磨件的接触压力。

更进一步地，仍参考图2，第一夹具组件3还包括定位调整部件32，定位调整部件32设在夹具主体31与第二夹具组件4相对的面上，用于对第一配磨件11进行对中调整。对中调整可以在第一夹具组件3移动之前或移动的过程中执行，目的是使第一配磨件11和第二配磨件12上凹凸球面对应的圆心与球面配磨装置的工作轴线对正，避免出现偏磨而使球面的形状发生变化。

在一种具体的结构形式中，定位调整部件32包括至少三个沿周向均布的顶尖321和用于驱动每个顶尖321沿径向运动的第三驱动部件。第一夹具组件3的夹具主体31与第二夹具组件4相对的面上还设有导向槽，每组顶尖321和第三驱动部件设在一个导向槽内，以引导顶尖321沿径向运动。控制部件8能够控制各个第三驱动部件驱动顶尖321同步运动，以实现对第一配磨件11的夹紧或松开。

对于此种定位调整部件32，相应地，检测部件包括多个压力传感器33，多个压力传感器33在顶尖321的内圈沿周向布置，这样能够全面地检测两个配磨件在整个圆周方向上的接触压力是否均匀，以保证整个配磨件的接触率及研磨的均匀性，防止出现偏磨。

进一步地，多个压力传感器33与各个顶尖321的设置角位置相对应，在配磨过程中，控制部件8能够监测两个配磨件的接触压力，并在各个压力传感器33的检测值不一致时，根据压力传感器33的检测值控制第三驱动部件调整相应顶尖321的径向位置，直至各个压力传感器33的检测值基本一致，即第一配磨件11和第二配磨件12均匀接触。这样在配磨过程中可实时方便地进行对中性调整，而且整个配磨过程的工作参数较为可控，在出现配磨件的球面接触不可靠时，可根据实际情况及时调整，能够获得较高的配磨质量，并使球面配磨装置工作稳定，安全系数高。

例如，对于图2的第一夹具组件3，三个压力传感器33中若有一个的检测值小于另外两个，说明球面在压力较小的位置接触不可靠，就需要通过第三驱动部件控制相应位置的顶尖321沿径向向外移动，同时其它两个顶尖321沿径向向内移动，直至各个压力传感器33的检测值基本一致。

优选地，第三驱动部件可选择电动缸，电动缸能达到较高的控制精度，以减小对中调整的误差。例如，图2中三个电动缸的控制协调精度误差不高于0.01mm，以获得更优的配磨效果。可选地，第三驱动部件也可选择滚珠丝杠，通过电机驱动滚珠丝杠的螺母，转化为丝杠的直线运动驱动顶尖321运动。

另外，第二配磨件12在第二夹具组件4上可以直接固定，或者也可通过定位调整机构进行对中调整。直接固定的方式能够简化配磨件安装过程，而且在对中过程中只操作第一夹具组件3也较为容易，还能适用于第二配磨件12不是圆柱的情况。

在图1所示的球面配磨装置中，第一夹具组件3和第二夹具组件4上下相对设置。上下相对设置的形式在水平面内占用空间小，在对中调整时不受配磨件重力的影响，而且配磨件安装较为方便。为了固定夹具组件，球面配磨装置还包括安装架，安装架包括底座和位于顶部的固定板10，底座和固定板10之间通过支撑架9连接，第一驱动部件、第一夹具组件3、第二夹具组件4和第二驱动部件依次同轴设在固定板10、支撑架9和底座形成的内部空间中。

支撑架9包括与固定板10连接的竖直段和与底座连接的倾斜段，竖直段和倾斜段沿周向设有多组，每组竖直段和倾斜段之间设有安装凸台，用于卡合在电机7和减速器6之间的位置。第一电动缸1设在固定板10上，第一电动缸1与第一夹具组件3通过第一连接轴2连接，第二夹具组件4与减速器6通过第二连接轴5连接。

本发明球面配磨装置的应用广泛，可对多种具有球面摩擦副的零件进行配磨。优选地，如图3所示，第一配磨件11为液压泵/马达的缸体，缸体具有凹球面A，第二配磨件12为液压泵/马达的配流盘，配流盘具有凸球面B。或第一配磨件11为液压泵/马达的配流盘，第二配磨件12为液压泵/马达的缸体。缸体与配流盘形成的配合球面为整体球面的一部分。此外，第一配磨件11和第二配磨件12除了可以是两个配对使用的零件，也可以将其中一个配磨件作为研磨工具。

在采用图1和图2所示的球面配磨装置对缸体与配流盘进行配磨时，首先，将缸体安装在第一夹具组件3上，并通过控制部件8控制三个第二电动缸322带动顶尖321同步向内运动以将缸体对中加紧，将配流盘安装在第二夹具组件4上。

接着，控制部件8启动第一电动缸1带动第一夹具组件3向下运动，直至检测到压力传感器33的检测值达到预设压力值时，说明缸体和配流盘的配合球面可靠接触，此时将第一夹具组件3的位置设为零位，启动电机7使第二夹具组件4以第一速度转动。

当第一夹具组件3向下运动的位移达到预设距离后，控制部件8控制第二夹具组件4以第二速度转动。当第一夹具组件3向下运动的位移满足研磨量要求时，控制电机7停止工作，并控制第一电动缸1带动第一夹具组件3向上运动至初始位置。在配磨过程中，能够根据两个配磨件的接触压力控制第一夹具组件3的位移量，从而再控制第二夹具组件4的转速实现自动化配磨。最后将配磨完成后的缸体和配流盘拆下。

另外，本发明还提供了一种球面配磨方法，基于上述各实施例的球面配磨装置。在球面配磨装置主题中已经详细阐述的内容，这里将不再赘述，这两部分内容可相互参考。

在一个示意性的实施例中，如图4所示的流程示意图，该球面配磨方法包括如下步骤：

步骤101、将第一配磨件11固定在第一夹具组件3上；

步骤102、将第二配磨件12固定在第二夹具组件4上；

步骤103、控制部件8控制第一驱动部件驱动第一夹具组件3沿轴线朝向第二夹具组件4移动；

步骤104、控制部件8在第一配磨件11和第二配磨件12接触后，根据第一驱动部件的移动量控制第二驱动部件带动第二夹具组件4以不同转速绕轴线转动。

其中，步骤101和102的先后顺序可互换，但都应在步骤103之前执行，步骤104在步骤103之后执行。

进一步地，参考图5所示的流程示意图，在步骤103和104之间，本发明的球面配磨方法还包括：

步骤103’、控制部件8判断第一配磨件11和第二配磨件12是否接触，如果是则执行步骤104，否则返回执行步骤103。

通过步骤103’能够获得开始进行研配磨的时机，从而提高整个配磨过程的自动化程度。

在一个具体的实施例中，球面配磨装置还包括压力检测部件，用于检测第一配磨件11和第二配磨件12的凹凸球面之间的接触压力，控制部件8判断第一配磨件11和第二配磨件12是否接触的步骤具体包括：

控制部件8判断压力检测部件的检测值是否达到预设压力值，如果是则判定第一配磨件11和第二配磨件12接触，否则判定第一配磨件11和第二配磨件12还未可靠接触。

优选地，在执行步骤104的过程中，控制部件8控制第一夹具组件3的移动量使压力检测部件的检测值保持一致。这样就能够根据第一配磨件11和第二配磨件12之间的接触压力来控制第一夹具组件3的移动量，从而再控制第二夹具组件4的转速。

在本发明球面配磨方法的另一个实施例中，步骤104具体包括：

步骤104A、控制部件8启动第二驱动部件并带动第二夹具组件4以第一速度转动；

步骤104B、控制部件8在第一配磨件11和第二配磨件12接触后第一夹具组件3的移动量达到预设距离后，控制第二驱动部件带动第二夹具组件4切换为第二速度转动，第二速度大于第一速度。

步骤104A和104B顺序执行，这两个步骤在图中未示出。步骤104A对应于粗磨阶段，步骤104B对应于精磨阶段。可选地，在这两个步骤之间还可以根据需要设置至少一档半精磨阶段，该阶段第二夹具组件4的转速介于第一速度和第二速度之间。

进一步地，第一夹具组件3包括夹具主体31和定位调整部件32，在将第一配磨件11固定在第一夹具组件3上的步骤之前，如图5所示的流程示意图，本发明的球面配磨方法还包括：

步骤105、通过定位调整部件32对第一配磨件11进行对中调整。

步骤105与步骤101的先后顺序无限制，也可在步骤104执行过程中执行。下面将给出通过步骤105实现对中调整的具体方法。

如图2所示，定位调整部件32包括至少三个沿周向均布的顶尖321和用于驱动每个顶尖321的第三驱动部件，在步骤101之前，步骤105具体包括：

控制部件8控制各个第三驱动部件驱动顶尖321同步向内运动，以对第一配磨件11进行对中夹紧。

进一步地，球面配磨装置还包括多个压力传感器33，多个压力传感器33沿周向布置，且与各个顶尖321的设置角位置相对应，在执行步骤104的过程中，球面配磨方法还包括：

控制部件8判断各个压力传感器33的检测值是否一致，如果不一致则根据压力传感器33的检测值控制第三驱动部件调整相应顶尖321的径向位置，直至第一配磨件11和第二配磨件12均匀接触，否则不进行调整。

以上对本发明所提供的一种球面配磨装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。