专利名称：阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属切削加工机床，特别涉及的是铣削加工机床技术领域，确切的说是 阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床。
背景技术：
阀门是现代工业管路上的重要通用配件，蝶形阀门是12大类工业用阀门中的重要一种， 特别在量大面广的中低压工业管路上更是独树一帜，自上世纪90年代初，发明起源于德国的 三偏心锥面金属硬密封蝶阀，逐渐流传各国，三偏心锥面金属硬密封蝶阀依其结构简单，密 封可靠，逐步取代了各种老式的密封蝶阀。但是近30年以来，这种阀门的生产加工工艺却一 直采用传统的加工工艺方法进行生产，各种蝶阀密封面的加工一般都是在普通卧式车床或立 式车床上进行车削加工并留一定磨削余量，然后在车床刀架上安装一个专用磨头再进行磨削 加工，它不但工效低成本高，而且加工精度也不容易保证，特别在锥度配合上的精度更不容 易保证。为了适应多品种大批量生产的需要，改进生产工艺和提高加工精度实现零部件的通 用互换，研制一种新型的加工机床势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高、精度高、加工范围宽，生产成本低，以铣削加工取代车削加工的阀门三偏心密封面铣削专用数控组合机床，其技术和结构方案是这样实现的 本专用机床机械部分由四个组合机床通用部件组成，电气驱动与控制采用DTK伺服电机二轴联动机床数控系统。本专用机床的四个组合机床通用部件分别是 一是用于加工蝶板密封面外圆的卧式铣削动力头，二是用于加工阀体密封面内孔的立式铣削动力头，三是用于安放蝶 板和阀体工件的各自独立的回转工作台，四是用于组合以上通用部件的底座和立柱结构系统。 由于采用了以上结构的专用数控机床，取得了非常明显的效果。两个各自独立的回转工作台 可以同时加工蝶板和阀体两种工件，大幅度提高了生产效率。由于两个铣削动力头通过各自 的立柱安装在有同一斜度的底座上，确保了蝶板和阀体两种工件密封面圆锥度和尺寸精度的 准确一致。由于机床夹具体的倾斜角度等于产品斜截圆锥密封面的倾斜角度，从而将斜截圆 锥面变为正圆锥面来铣削加工。由于卧式铣削动力头盘铣刀回转中心对回转工作台的回转中 心按工件回转方向的相同方向偏移一段距离，所以确保了圆锥母线的直线度。同时由于主轴 伺服电机的配置可以实现高速强力切削，以及二轴联动的数控系统，实现了斜截圆锥面在三 维方向自动精确进给的高强度连续铣削加工，大幅度提高了密封面尺寸的加工精度和生产效率，降低了生产成木。并为下道工序一高精度数控专用锥面磨床的磨削加工做好了工艺准备。
图1为本专用组合机床加工蝶板外圆密封面的卧式铣削动力头传动结构简图。
图2为本专用组合机床加工阀体密封面内孔的立式铣削动力头传动结构简图。
图3为本专用组合机床的正面结构简图。
图4为本专用组合机床加工工件之一蝶板零件图中的A-A剖视图。
图5为本专用组合机床加工工件之一阀体零件图中的A-A剖视图。
其中1—工件、2—夹具、3—回转工作台、4一涡轮副、5—回转工作台步进电机、6~ 滑台滚珠丝杠、7—滑台、8—滑台步进电机、9一共用侧底座、IO—共用斜度板、ll一立柱、 12—动力头升降滚珠丝杠、13—同步皮带传动、14~铣削动力头、15—主轴伺服电机、16~ 动力头步进电机、17—铣削刀盘刀具
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
见图l、 2、 3，本专用组合机床由回转工作台3、滑台7、共用側底座9、共用斜度板IO、 立柱ll、主轴伺服电机15、步进电机5、 8、 16，以及传动部件滚珠丝杠6、 12、同步皮带传 动13、工作台涡轮副4和铣削动力头14及铣削刀具17等主要部件组成。其中由图1、图2 可以看出两组结构完全相同的回转工作台3由步进电机5通过涡轮副4带动回转工作台作任 意方向的36(T回转，并且回转工作台3安放在各自的滑台7上，由滑台步进电机8通过滑 台滚珠丝杠6拖动回转工作台沿滑台上的导轨纵向移动。由图3可以看出两组结构完全相同 的滑台共同安装在共用侧底座9上，侧底座9的上方安装有共用斜度板10，两组结构基本相 同的立柱11安装在共用斜度板IO上，立柱11可在共用斜度板的导轨上左右小范围调节移动。 由图l、图2可以看出铣削动力头14安装在立柱导轨上，由动力头步进电机16经动力头升 降滚珠丝杠拖动铣削动力头14上下升降运动。主轴伺服电机15经同步皮带将动力直接传递 给铣削动力头主轴及铣削刀具17，从而实现对工件的铣削加工。其中左侧为卧式铣削动力头， 用盘铣刀加工蝶板外圆密封面。右侧为立式铣削动力头，用棒铣刀加工阀体密封面内孔。
见图4蝶板工件图和图5阀体工件图，蝶板密封面外圆和阀体密封面内孔均为20°的圆 锥面，并且20°的圆锥中心线与蝶板和阀体的定位中心线(即阀门管路法兰中心线)在水平 面偏转5° ，就是图l、 2、 3中0=20° 、 a=5° (这种密封结构设计是为了使蝶板打开时更 容易脱离和关闭时更容易吻合)，这样蝶板和阀体密封面就变成为斜截圆锥面。为了满足密封 的要求，在密封面切削加工时就必须要确保蝶板和阀体两个工件e、 a角度的完全一致和吻 合。而过去在普通车床上加工这种工件时，是将车床的刀架扳转0/2角度来加工这两种工件的圆锥崈封面，包括后道工序的磨削加工也是采用这种方法。所以这种加工工艺很难保证两种工件特别是不同批次之间加工的两种工件都能确保e的完全一致。因此经常达不到密封性 能的要求，由于锥度配合很难再返修加工，所以最后只有靠手工配对修磨，极大的限制了这 种先进密封结构阀门的批量生产。而本专用数控组合机床在结构设计上就从根本上解决了这 一难题，由图l、图2可以看出，两个铣削动力头立柱11是安装在同一个斜度板io上的， 斜度板的倾斜角度即为e/2。这样图l中卧式铣削动力头外圆盘铣刀n铣削加工出的蝶板外圆锥母线与图2中立式铣削动力头内孔棒铣刀17铣削加工出的阀体内圆锥母线必然完全吻 合。另外，蝶板和阀体的定位中心线与圆锥中心线偏斜5°是由工件夹具2保证的，也就是 起定位作用的蝶板夹具体与阀体夹具体在制作时是配对加工的，以确保两个夹具体定位面的 倾斜度完全一致并等于a。
本发明的奥妙就是将产品上的斜圆锥变为正圆锥来铣削加工，由图1、图2可以看出由 于夹具2的倾斜角度等于d，所以圆锥密封面中心线与工作台回转中心正好重合，这样刀具 17沿圆锥母线方向上下移动实现铣削加工。工件1蝶板和阀体轴线方向的密封面宽度为b， 而沿圆锥轴线方向的进刀宽度却为B,即数控坐标X方向的进刀行程，是由动力头步进电机 16经动力头升降滚珠丝杠12的拖动来实现的。由图1可以看出，在数控编程时如果将B的 最高点a定为坐标原点，当工作台回转180。时，铣削动力头14也降至最低点c ，当工作台 继续回转至360。，即转回坐标原点a时，铣削动力头又重新升至最高点a。很显然铣削动力 头自最高点至最低点移动是沿圆锥母线方向移动的，其铣削刀具17距密封面圆锥中心线即工 作台回转中心的距离也是在相应变化的，其变化值为(ac'-ac)/2,(式中ac和ac为产品设 计数据)。由于阀门产品规格大小的不同和工步间的进刀量调整，必须首先确定密封面圆锥中 心自刀具的距离=1/2圆锥截面ac或ac。这一调整是由滑台步进电机8拖动回转工作台3 来实现的。回转工作台工进回转时按Y方向的回转角度进行数控编程，这样回转工作台3连 同工件1在步进电机5的驱动下每回转一周时，铣削动力头14在步进电机16的拖动下也要 同时完成一个来回的进刀行程，既实现了数控二轴联动的铣削加工工艺，精确加工出斜圆锥 密封副。其角度误差几乎为零，能完全满足该产品密封性能和后道磨削工序的需要。另外， 由图3可以看出，左侧卧式铣削动力头14上的铣削刀盘17是偏离回转工作台3和工件1的 回转中心的，这是因为盘铣刀对正回转工件的回转中心铣削工件时铣出的工件表面为圆弧球 面，所以盘铣刀必须向工件回转方向的相同方向偏移一段距离L，用以下公式求出
L = R-[R-0.5X(4R2-b2) 1/2〗(mm)
式中L一偏移距离 (mm)R—盘铣刀铣削半径(mm) b—蝶板密封面轴向宽度(mm)
如前所述，由于立柱11可在共用斜度板10的导轨上左右小范围调节移动，所以L偏移距离 就用立柱ll的移动予以调节。
本专用数控组合机床生产效率远高于普通车床，而生产成本却远低于普通车床，现以图4、 图5阀门口径DN-300的蝶板和阀体工件为例予以说明。
见图1所示，通过计算DN二300蝶阀密封面圆锥截面a'c =Ф 283.24， ac = Ф270.51，取平均直径Dp= (ac+ac)/2= Ф276.88,圆锥轴线方向的进刀宽度B = 36.08，按图5所示工 件最大回转直径为小640，密封面堆焊D507不锈钢焊条，在普通车床上加工，选用C5110立 式车床，工作台回转直径1000，主电机功率N:15kw，按精车工序计算，不锈钢精车线速度 v二40m/分，走刀量1 = 0.1，精车工序工时M=лDp.B/1000v/t，将以上数据代入得M =7.864(分钟)。消耗电力(忽略负荷率)W = N M / 60 = 15 7.864 /60 = 1.966kw/h
如果采用本专用数控组合机床，盘铣刀铣削直径D-80，刀头数量Z:5，不锈钢精铣线 速度v-120m/分，工件圆锥截面直径按ac'计算，铣削走刀量1 = 0.1，精铣工序工时M按 以下计算公式计算Ji2'D'aC/(103'V*fZ)，将以上数据代入得M:3.73(分钟)。铣削 动力头14的主轴伺服电机15的功率N = 5kw，消耗电力(忽略负荷率)W = N M / 60 = 5 3.73 /60 = 0.311 kw/h
从以上对比结果可以看出，采用本专用数控组合机床铣削比车削效率提高l.ll倍，消耗 电力降低5.32倍，另外本专用数控组合机床可以加工的蝶阀产品规格范围为DN300 3000， 而立式车床绝对做不到，DN3000的蝶阀要在工作台直径为5000的立式车床上才能加工，所 以设备工时成本要明显低得多，粗略的以工作台直径为1600的立式车床相比较，本专用数控 组合机床的制造成本只有该立式车床的1/3，而且本专用数控组合机床又可以同时加工两种工 件，工效又可以提高1倍。因此通过以上分析和小批量生产验证，两种加工工艺的综合单件 工时成本为1比3.6，所以其生产效率和成本效益的大幅度提高是相当明显的。
权利要求
1.阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床由卧式铣削动力头、立式铣削动力头、工件回转工作台、底座和立柱结构系统等组合机床通用部件以及DTK伺服电机二轴联动机床数控系统构成，其特征在于两个铣削动力头通过各自的立柱系统安装在有同一斜度的底座上。
2. 根据权利要求1所述的阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床，其特征在于机 床夹具体的倾斜角度等于产品斜截圆锥密封面的倾斜角度，将斜截圆锥面变为正圆锥面来铣 削加工。
3. 根据权利要求l所述的阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床，其特征在于卧式 铣削动力头盘铣刀回转中心对回转工作台的回转中心按工件回转方向的相同方向偏移一段距 离L，用以下公式求出L = R-[R-0.5X(4R2-b2)1/2〗(mm) 式中L—偏移距离 (mm)R—盘铣刀铣削半径(mm)b—蝶板密封面轴向宽度(mm)。
全文摘要
本发明公开了一种阀门三偏心密封面铣削加工专用数控组合机床，两个各自独立的回转工作台可以同时加工蝶板和阀体两种工件，两个铣削动力头通过各自的立柱安装在有同一斜度的底座上，确保了蝶板和阀体两种工件密封面圆锥度和尺寸精度的准确一致，由于主轴伺服电机的配置可以实现高速强力切削，以及二轴联动的进给数控系统，实现了斜截圆锥面在三维方向自动精确进给的高强度连续铣削加工，本机床结构简单，性能优越，调整维修方便，与传统工艺的普通车床相比，不但提高了尺寸的加工精度和生产效率，而且大幅度降低了生产成本。
文档编号B23C3/05GK101200009SQ20061011943
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者孙茂滕, 杨瑞成 申请人:上海茂德企业发展有限公司