非金屬材料閥門球體高精度球面光整機的開發設計

董先智

（威海職業學院，威海264210）

非金屬材料閥門球體高精度球面光整機的開發設計

董先智

（威海職業學院，威海264210）

非金屬材料閥門球體高精度球面光整機采用刀具與工件切線垂直的方式進行球體表面精加工，切削過程中系統根據刀具與工件軸線夾角的變化，自動控制主軸轉速和刀具擺動的角速度，工件表面各點切削線速度恒定，保證工件質量。

球體精加工自動控制

閥門球體是閥門重要的密封組成零件，其外表面直接與密封圈相接觸，因此其表面粗糙度、表面軌跡紋理等直接影響閥門的密封性能和開啟扭矩。

城市燃氣、供水等配套管道工程中應用的PE閥門的球體材料為澆鑄尼龍、聚丙烯、乙縮醛等材料，此類閥門球體的精加工無法采用金屬球體常用的磨削等方式，目前其表面精加工主要通過人工拋光等方式來完成，產品質量對人工技能依賴度很高且質量不穩定。

為了克服現有的技術不足，我們開發了一種適用于非金屬材料球體精加工的高精度球面光整機，采用全新的車削方式，切削過程中刀具與工件切線始終保持垂直，系統根據刀具與工件軸線的夾角的變化，自動控制主軸轉速和刀具的擺動角速度，確保工件表面各點切削的線速度恒定，保證工件質量。

1　項目總體技術方案

高精度球面光整機主要包括工作臺、主軸機構、刀臺機構、支撐機構、液壓動力單元等部分（圖1）。其中工作臺承載主軸機構、刀臺機構、支撐機構等，液壓動力單元置于工作臺內部。

圖1　高精度光整機示意圖

主軸機構上設有主軸用于支撐球體零件，主軸機構內部有主軸電機，帶動球體按加工要求進行旋轉。

刀臺機構下設方設有擺動電機，擺動電機帶動刀臺機構做圓弧運動。刀臺機構以經過球心垂直于工作臺的直線為軸線，刀臺機構的切刀運動軌跡為以工件球心為圓心，刀尖和工件圓心的連線始終和工件的切線垂直，按設定半徑和設定角度做圓弧運動，主軸的旋轉與切刀的圓弧運動形成標準的球面。

支撐機構上部設有支撐主軸，支撐主軸與主軸同軸，用以支撐球體另一端，保證球體高速旋轉時穩定性；支撐機構下部有導軌，通過支撐移動油缸拖動支撐機構運動，以便裝卸球體。

2　高精度球面光整機的工作原理

高精度球面光整機工作過程中，為保證球體旋轉時各處的線速度相同及表面軌跡紋理的均勻，主軸轉速和刀具擺動均做變速運動。

主軸機構的變頻電機帶動工件（球體）根據刀具與主軸中心線的夾角變化做變速旋轉運動，不同尺寸的球體可以調節主軸的初設轉速。

其中α為刀具與工件軸線的夾角，根據球體工件要求，α的大小在38°～142°之間；

3　實施效果

我們研發的高精度球面光整機采用刀尖與工件外圓切線垂直的切削方式，從根本上解決了非金屬材料閥門球體精加工中的關鍵問題，提高球體精加工質量和效率。

球體加工過程中，系統根據刀具與工件軸線的夾角的大小，自動控制主軸轉速和刀具的擺動角度，確保工件表面各點切削的線速度恒定，保證工件精加工質量。

同時，系統預設了相關型號球體精加工所需的vc及ω等相關切削參數，操作人員只需要輸入球體直徑產品D，系統即可自動調用切削參數，完成工件的裝夾、精加工等工作。

［1］侯海云；球面精密磨削工藝參數優化與表面質量分析研究.上海交通大學碩士論文，2012

［2］沈少華；球閥球體工藝方案的分析［J］.《機電技術》2009（2）

［3］柴運東，許黎明，李冬冬，等；高硬度回轉球面精密磨削系統的數字控制技術 ［J］.制造技術與機床，2011（6）

［4］華建宇，李林.硬密封球閥球體研磨裝置［J］.閥門，2008（2）

DevelopmentandDesignoftheHigh-Precision Spherical Temper Mill with Nonmetal Material Ball Valve

DONG Xianzhi
（MechanicalandElectronicEngineeringDepartment，Weihai Vocational College，Weihai 264210）

Adopting the method of cutter and workpiece vertical to the tangent，the High-Precision Spherical Temper Mill with Nonmetal Material Ball Valve gives the finish machining to the ball surface. During cutting，the system controls the angular velocity between spindle speed and tool swinging automatically according to the changes of the shaft angles which makes the cutting velocity of each point on the surface is constant，and guarantee the workpieces with a certain quality.

Sphere；finish machining；automatic control