内外球面磨削方法与流程

本发明涉及机械加工领域，特别地，涉及一种内外球面磨削方法。

背景技术：

现有的磨削内外球有三种方法：一、成型法：修整成型砂轮，靠磨加工，效率低，零件易烧伤，砂轮修整器调整准确率低，难以保证球面尺寸精度要求，但应用广；二、展成法：或需要专用机床进行加工，或现有计算方式针对性大导致应用性不大；三、轨迹法：辅助设备及工装设计制造繁杂，针对性大，实际无应用。其中，磨工教科书或磨削加工技术书籍中介绍的展成法，根据其计算公式及加工方法调整机床及修整砂轮均局限性大，致使加工球面圆弧大小受到局限，应用性差。现有的三种磨削内外球的方法中，均需要采用特定的磨床进行加工，暂无在普通磨床上加工高精度内外球面更通用的具体方法和简易计算公式。

因此，如何在普通磨床上加工高精度内外球面，是一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种内外球面磨削方法，以解决现有的磨削内外球方法在普通磨床上无法加工高精度内外球面的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种内外球面磨削方法，用于对具有内球面和/或外球面的待磨削工件进行球面磨削加工，包括步骤：

获取待磨削工件的球截面弦长和球面半径及选择加工待磨削工件的磨床，其中，磨床为内圆磨床、外圆磨和工具磨床的一种；

根据获取的球截面弦长和球面半径，计算出球截面弦长对应的圆心半角；

根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径；

根据确定的头架扳转角度和砂轮直径，利用选择的磨床对待磨削工件进行球面磨削。

进一步地，根据获取的球截面弦长和球面半径，计算出球截面弦长对应的圆心半角的步骤包括：

若获取的球截面弦长为球截面最大弦长时，则根据获取的球截面最大弦长和球面半径，计算出球截面最大弦长对应的圆心半角。

进一步地，计算出的球截面最大弦长对应的圆心半角为：

θ₁＝sin^-1(L/2R)

其中，L为球截面最大弦长，R为球面半径，θ₁为球截面最大弦长对应的圆心半角。

进一步地，根据获取的球截面弦长和球面半径，计算出球截面弦长对应的圆心半角的步骤包括：

若获取的球截面弦长为球截面最小弦长时，则根据获取的球截面最小弦长和球面半径，计算出球截面最小弦长对应的圆心半角。

进一步地，计算出的球截面最小弦长对应的圆心半角为：

θ₂＝sin^-1(B/2R)

其中，B为球截面最小弦长，R为球面半径，θ₂为球截面最小弦长对应的圆心半角。

进一步地，根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径的步骤包括：

若选择的磨床为内圆磨床，则获取已设定好的内圆磨床的头架扳转角度；

根据头架扳转角度和计算出的圆心半角，计算出砂轮直径。

进一步地，若圆心半角为球截面最大弦长对应的圆心半角，则砂轮直径的最小值为：

d1＝2R×Sin(θ₁-α)

其中，θ₁为球截面最大弦长对应的圆心半角，R为球面半径，α为头架扳转角度，d1为砂轮直径的最小值。

进一步地，若圆心半角为球截面最小弦长对应的圆心半角，则砂轮直径的最大值为：

d2＝2R×Sin(θ₂+α)

其中，θ₂为球截面最小弦长对应的圆心半角，R为球面半径，α为头架扳转角度，d2为砂轮直径的最大值。

进一步地，根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径的步骤包括：

若选择的磨床为外圆磨或工具磨床，则获取外圆磨或工具磨床的砂轮直径；

根据砂轮直径和计算出的圆心半角，计算出头架扳转角度。

进一步地，根据砂轮直径和计算出的圆心半角，计算出头架扳转角度的步骤包括：

根据砂轮直径和待磨削工件的球面最大截面直径，计算出圆心角的差值，圆心角的差值即为头架扳转角度。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的内外球面磨削方法，根据待磨削工件的球截面弦长和球面半径来确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径，使磨削砂轮的轴心线与待磨削工件的轴线相交于球心，改变了以往的展成法采用基于砂轮中心线与待加工球面中心线重合的计算方式，克服了展成法加工时受到所得出的扳转角度及选用砂轮直径的限制，本发明只要砂轮直径相切于待磨削工件的球面，包含待磨削球面即可。因此，使用普通的内圆磨床、外圆磨或工具磨床即可完成加工。采用本方法磨削内外球面，操作便捷、直观，角度调整简单，砂轮选用及修整简易，且无须借助专用砂轮修整装置；不需设计使用专用夹具，提高了生产加工的实用性和可操作性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是本发明内外球面磨削方法第一实施例的流程示意图；

图2是本发明内外球面磨削方法第二实施例的流程示意图；

图3是使用本发明内外球面磨削方法磨削外球面时的第一实施例的结构示意图；

图4是使用本发明内外球面磨削方法磨削内球面时的第一实施例的结构示意图；

图5是本发明内外球面磨削方法第三实施例的流程示意图；

图6是使用本发明内外球面磨削方法磨削外球面时的第二实施例的结构示意图；

图7是使用本发明内外球面磨削方法磨削内球面时的第二实施例的结构示意图；

图8是图1中的根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径的步骤的第一实施例的细化流程示意图；

图9是图1中根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径的步骤的第二实施例的细化流程示意图；

附图标号说明：

10、待磨削工件；20、磨削砂轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种内外球面磨削方法，如图3、图4、图6和图7所示，用于对具有内球面和/或外球面的待磨削工件进行球面磨削加工，该内外球面磨削方法包括步骤：

步骤S100、获取待磨削工件的球截面弦长和球面半径及选择加工待磨削工件的磨床，其中，磨床为内圆磨床、外圆磨和工具磨床的一种。

根据待磨削工件的加工图纸，获取待磨削工件10的球截面弦长和球面半径R，并根据现有的磨床类型，选择适于加工待磨削工件的磨床，其中，磨床的选用，可以为内圆磨床、外圆磨或工具磨床。

步骤S200、根据获取的球截面弦长和球面半径，计算出球截面弦长对应的圆心半角。

根据获取的球截面弦长和球面半径，计算出球截面弦长对应的圆心半角。其中，球截面弦长包括球截面最大弦长L和球截面最小弦长B。

步骤S300、根据选择的磨床和计算出的圆心半角，确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径。

根据选择的加工待磨削工件的磨床和计算出的圆心半角，来确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮20的砂轮直径。若选择的磨床为内圆磨床时，则将待磨削工件10安装在三爪、四爪卡盘或磁力吸盘上，用百分表找正跳动，然后设定内圆磨床的头架扳转角度，并根据设定的内圆磨床的头架扳转角度，计算出磨削砂轮20的砂轮直径。若选择的磨床为外圆磨或工具磨床时，则可先选择磨削砂轮直径20(砂轮直径大于待磨削工件的球面弧长，并不超过干涉待磨削工件的球面弧长即可)，根据所选砂轮直径及球面最大截圆直径计算出圆心角的差值，即为工件头架扳移角度。

步骤S400、根据确定的头架扳转角度和砂轮直径，利用选择的磨床对待磨削工件进行球面磨削。

磨床根据确定后的头架扳转角度和砂轮直径，把选定的磨削砂轮20安装在内圆磨床的磨头上，用金刚石将磨削砂轮20修整到所计算的尺寸；或者将砂轮直径修整完后，根据砂轮直径以及球面直径计算出磨床的工件安装头架所需要扳转的角度α；横向移动砂轮架，使磨削砂轮20的轴心线与工件轴线交于球心，移动工件接近砂轮进行磨削。具体地，将磨削砂轮20的前缘靠近待磨削工件10圆弧前点，即磨削外球面时，磨削砂轮20的前缘移至待磨削工件10的球截面最大弦长上；磨削内球面时，磨削砂轮的后缘移至待磨削工件10的球截面最大弦长上，即对刀成功。然后移动待磨削工件，利用选择的磨床对待磨削工件进行球面磨削。

本实施例提供的内外球面磨削方法，根据待磨削工件的球截面弦长和球面半径来确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径，使磨削砂轮的轴心线与待磨削工件的轴线相交于球心，改变了以往的展成法采用基于砂轮中心线与待加工球面中心线重合的计算方式，克服了展成法加工时受到所得出的扳转角度及选用砂轮直径的限制，本实施例只要砂轮直径相切于待磨削工件的球面，包含待磨削工件的球面即可。因为计算方法的改变，扳转角度和砂轮直径选择更灵活，相应磨床选择更便捷，使用普通的内圆磨床、外圆磨或工具磨床即可完成加工。采用本方法磨削内外球面，操作便捷、直观，角度调整简单，砂轮选用及修整简易，且无须借助专用砂轮修整装置；不需设计使用专用夹具，提高了生产加工的实用性和可操作性。

优选地，如图2所示，图2是本发明内外球面磨削方法第二实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，步骤S200包括：

步骤S210、若获取的球截面弦长为球截面最大弦长时，则根据获取的球截面最大弦长和球面半径，计算出球截面最大弦长对应的圆心半角。

如图3和图4所示，若已知球截面最大弦长时，则通过球截面最大弦长计算出球截面最大弦长对应的圆心半角为：

θ₁＝sin^-1(L/2R) (1)

其中，L为球截面最大弦长，R为球面半径，θ₁为球截面最大弦长对应的圆心半角。

优选地，如图5所示，图5是本发明内外球面磨削方法第三实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，步骤S200包括：

步骤S220、若获取的球截面弦长为球截面最小弦长时，则根据获取的球截面最小弦长和球面半径，计算出球截面最小弦长对应的圆心半角。

优选地，如图6和图7所示，若已知球截面最小弦长时，则通过球截面最小弦长计算出球截面最小弦长对应的圆心半角为：

θ₂＝sin^-1(B/2R) (2)

其中，B为球截面最小弦长，R为球面半径，θ₂为球截面最小弦长对应的圆心半角。

本实施例提供的内外球面磨削方法，通过获取球截面最大弦长，即可计算出待磨削工件的圆心半角，继而计算出头架扳转角度和砂轮直径。改变了球面磨削展成法应用的计算公式，简单易懂；操作便捷、直观；角度调整简单；砂轮选用及修整简易，无须借助专用砂轮修整装置。

优选地，如图8所示，本实施例提供的内外球面磨削方法，所述步骤S300包括：

步骤S310、若选择的磨床为内圆磨床，则获取已设定好的内圆磨床的头架扳转角度。

本实施例根据选择的加工待磨削工件的磨床和计算出的圆心半角，来确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径。若选择的磨床为内圆磨床时，则将待磨削工件安装在三爪、四爪卡盘或磁力吸盘上，用百分表找正跳动，然后设定内圆磨床的头架扳转角度，并根据设定的内圆磨床的头架扳转角度，计算出磨削砂轮的砂轮直径。

步骤S320、根据头架扳转角度和计算出的圆心半角，计算出砂轮直径。

若圆心半角为球截面最大弦长对应的圆心半角，则砂轮直径为：

d1＝2R×Sin(θ₁-α) (3)

其中，θ₁为球截面最大弦长对应的圆心半角，R为球面半径，α为头架扳转角度，d1为砂轮直径的最小值。

若圆心半角为球截面最小弦长对应的圆心半角，则砂轮直径为：

d2＝2R×Sin(θ₂+α) (4)

其中，θ₂为球截面最小弦长对应的圆心半角，R为球面半径，α为头架扳转角度，d2为砂轮直径的最大值。

本实施例提供的内外球面磨削方法，根据设定的磨床的头架扳转角度，计算出磨削砂轮的磨削直径，改变了球面磨削展成法应用的计算公式，简单易懂；操作便捷、直观；角度调整简单；砂轮选用及修整简易，无须借助专用砂轮修整装置。

优选地，如图9所示，本实施例提供的内外球面磨削方法，所述步骤S300包括：

步骤S330、若选择的磨床为外圆磨或工具磨床，则获取外圆磨或工具磨床的砂轮直径。

本实施例根据选择的加工待磨削工件的磨床和计算出的圆心半角，来确定磨床的头架扳转角度和磨削砂轮的砂轮直径。若选择的磨床为外圆磨或工具磨床时，则可先选砂轮(砂轮直径大于待磨削工件的球面弧长，并不超过干涉待磨削工件的球面弧长即可)，根据所选砂轮直径及球面最大截圆直径计算出圆心角的差值，即为工件头架扳移角度。

步骤S340、根据砂轮直径和计算出的圆心半角，计算出头架扳转角度。

根据砂轮直径和待磨削工件的球面最大截面直径，并根据公式(3)或(4)，通过砂轮直径反推计算出圆心角的差值，圆心角的差值即为头架扳转角度，并通过计算出来的圆心角的差值，选择磨床的头架扳转角度。

本实施例提供的内外球面磨削方法，根据磨削砂轮的磨削直径，反推计算出磨床的头架扳转角度。根据磨削砂轮直径计算磨床头架扳转角度的加工方法更适用于万能外圆磨床和工具磨床，普通内圆磨床因为头架的扳转角度受限(最大20°)更适用于先确定角度再计算砂轮直径。因为计算方法的改变，扳转角度和砂轮直径选择更灵活，相应磨床选择更便捷。改变了传统球面磨削展成法应用的计算方式，简单易懂；操作便捷、直观；角度调整简单；砂轮选用及修整简易，无须借助专用砂轮修整装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。