董先智

（威海職業(yè)學(xué)院，威海264210）

非金屬材料閥門(mén)球體高精度球面光整機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

董先智

（威海職業(yè)學(xué)院，威海264210）

非金屬材料閥門(mén)球體高精度球面光整機(jī)采用刀具與工件切線(xiàn)垂直的方式進(jìn)行球體表面精加工，切削過(guò)程中系統(tǒng)根據(jù)刀具與工件軸線(xiàn)夾角的變化，自動(dòng)控制主軸轉(zhuǎn)速和刀具擺動(dòng)的角速度，工件表面各點(diǎn)切削線(xiàn)速度恒定，保證工件質(zhì)量。

球體精加工自動(dòng)控制

閥門(mén)球體是閥門(mén)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(mén)的密封性能和開(kāi)啟扭矩。

城市燃?xì)?、供水等配套管道工程中?yīng)用的PE閥門(mén)的球體材料為澆鑄尼龍、聚丙烯、乙縮醛等材料，此類(lèi)閥門(mén)球體的精加工無(wú)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(guò)人工拋光等方式來(lái)完成，產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)人工技能依賴(lài)度很高且質(zhì)量不穩(wěn)定。

為了克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，我們開(kāi)發(fā)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(jī)，采用全新的車(chē)削方式，切削過(guò)程中刀具與工件切線(xiàn)始終保持垂直，系統(tǒng)根據(jù)刀具與工件軸線(xiàn)的夾角的變化，自動(dòng)控制主軸轉(zhuǎn)速和刀具的擺動(dòng)角速度，確保工件表面各點(diǎn)切削的線(xiàn)速度恒定，保證工件質(zhì)量。

1　項(xiàng)目總體技術(shù)方案

高精度球面光整機(jī)主要包括工作臺(tái)、主軸機(jī)構(gòu)、刀臺(tái)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、液壓動(dòng)力單元等部分（圖1）。其中工作臺(tái)承載主軸機(jī)構(gòu)、刀臺(tái)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)等，液壓動(dòng)力單元置于工作臺(tái)內(nèi)部。

圖1　高精度光整機(jī)示意圖

主軸機(jī)構(gòu)上設(shè)有主軸用于支撐球體零件，主軸機(jī)構(gòu)內(nèi)部有主軸電機(jī)，帶動(dòng)球體按加工要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

刀臺(tái)機(jī)構(gòu)下設(shè)方設(shè)有擺動(dòng)電機(jī)，擺動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)刀臺(tái)機(jī)構(gòu)做圓弧運(yùn)動(dòng)。刀臺(tái)機(jī)構(gòu)以經(jīng)過(guò)球心垂直于工作臺(tái)的直線(xiàn)為軸線(xiàn)，刀臺(tái)機(jī)構(gòu)的切刀運(yùn)動(dòng)軌跡為以工件球心為圓心，刀尖和工件圓心的連線(xiàn)始終和工件的切線(xiàn)垂直，按設(shè)定半徑和設(shè)定角度做圓弧運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)與切刀的圓弧運(yùn)動(dòng)形成標(biāo)準(zhǔn)的球面。

支撐機(jī)構(gòu)上部設(shè)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(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性；支撐機(jī)構(gòu)下部有導(dǎo)軌，通過(guò)支撐移動(dòng)油缸拖動(dòng)支撐機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以便裝卸球體。

2　高精度球面光整機(jī)的工作原理

高精度球面光整機(jī)工作過(guò)程中，為保證球體旋轉(zhuǎn)時(shí)各處的線(xiàn)速度相同及表面軌跡紋理的均勻，主軸轉(zhuǎn)速和刀具擺動(dòng)均做變速運(yùn)動(dòng)。

主軸機(jī)構(gòu)的變頻電機(jī)帶動(dòng)工件（球體）根據(jù)刀具與主軸中心線(xiàn)的夾角變化做變速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不同尺寸的球體可以調(diào)節(jié)主軸的初設(shè)轉(zhuǎn)速。

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

3　實(shí)施效果

我們研發(fā)的高精度球面光整機(jī)采用刀尖與工件外圓切線(xiàn)垂直的切削方式，從根本上解決了非金屬材料閥門(mén)球體精加工中的關(guān)鍵問(wèn)題，提高球體精加工質(zhì)量和效率。

球體加工過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)刀具與工件軸線(xiàn)的夾角的大小，自動(dòng)控制主軸轉(zhuǎn)速和刀具的擺動(dòng)角度，確保工件表面各點(diǎn)切削的線(xiàn)速度恒定，保證工件精加工質(zhì)量。

同時(shí)，系統(tǒng)預(yù)設(shè)了相關(guān)型號(hào)球體精加工所需的vc及ω等相關(guān)切削參數(shù)，操作人員只需要輸入球體直徑產(chǎn)品D，系統(tǒng)即可自動(dòng)調(diào)用切削參數(shù)，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(shù)優(yōu)化與表面質(zhì)量分析研究.上海交通大學(xué)碩士論文，2012

［2］沈少華；球閥球體工藝方案的分析［J］.《機(jī)電技術(shù)》2009（2）

［3］柴運(yùn)東，許黎明，李冬冬，等；高硬度回轉(zhuǎn)球面精密磨削系統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù) ［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2011（6）

［4］華建宇，李林.硬密封球閥球體研磨裝置［J］.閥門(mén)，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