非金属材料阀门球体高精度球面光整机的开发设计

董先智

（威海职业学院，威海264210）

非金属材料阀门球体高精度球面光整机的开发设计

董先智

（威海职业学院，威海264210）

非金属材料阀门球体高精度球面光整机采用刀具与工件切线垂直的方式进行球体表面精加工，切削过程中系统根据刀具与工件轴线夹角的变化，自动控制主轴转速和刀具摆动的角速度，工件表面各点切削线速度恒定，保证工件质量。

球体精加工自动控制

阀门球体是阀门重要的密封组成零件，其外表面直接与密封圈相接触，因此其表面粗糙度、表面轨迹纹理等直接影响阀门的密封性能和开启扭矩。

城市燃气、供水等配套管道工程中应用的PE阀门的球体材料为浇铸尼龙、聚丙烯、乙缩醛等材料，此类阀门球体的精加工无法采用金属球体常用的磨削等方式，目前其表面精加工主要通过人工抛光等方式来完成，产品质量对人工技能依赖度很高且质量不稳定。

为了克服现有的技术不足，我们开发了一种适用于非金属材料球体精加工的高精度球面光整机，采用全新的车削方式，切削过程中刀具与工件切线始终保持垂直，系统根据刀具与工件轴线的夹角的变化，自动控制主轴转速和刀具的摆动角速度，确保工件表面各点切削的线速度恒定，保证工件质量。

1　项目总体技术方案

高精度球面光整机主要包括工作台、主轴机构、刀台机构、支撑机构、液压动力单元等部分（图1）。其中工作台承载主轴机构、刀台机构、支撑机构等，液压动力单元置于工作台内部。

图1　高精度光整机示意图

主轴机构上设有主轴用于支撑球体零件，主轴机构内部有主轴电机，带动球体按加工要求进行旋转。

刀台机构下设方设有摆动电机，摆动电机带动刀台机构做圆弧运动。刀台机构以经过球心垂直于工作台的直线为轴线，刀台机构的切刀运动轨迹为以工件球心为圆心，刀尖和工件圆心的连线始终和工件的切线垂直，按设定半径和设定角度做圆弧运动，主轴的旋转与切刀的圆弧运动形成标准的球面。

支撑机构上部设有支撑主轴，支撑主轴与主轴同轴，用以支撑球体另一端，保证球体高速旋转时稳定性；支撑机构下部有导轨，通过支撑移动油缸拖动支撑机构运动，以便装卸球体。

2　高精度球面光整机的工作原理

高精度球面光整机工作过程中，为保证球体旋转时各处的线速度相同及表面轨迹纹理的均匀，主轴转速和刀具摆动均做变速运动。

主轴机构的变频电机带动工件（球体）根据刀具与主轴中心线的夹角变化做变速旋转运动，不同尺寸的球体可以调节主轴的初设转速。

其中α为刀具与工件轴线的夹角，根据球体工件要求，α的大小在38°～142°之间；

3　实施效果

我们研发的高精度球面光整机采用刀尖与工件外圆切线垂直的切削方式，从根本上解决了非金属材料阀门球体精加工中的关键问题，提高球体精加工质量和效率。

球体加工过程中，系统根据刀具与工件轴线的夹角的大小，自动控制主轴转速和刀具的摆动角度，确保工件表面各点切削的线速度恒定，保证工件精加工质量。

同时，系统预设了相关型号球体精加工所需的vc及ω等相关切削参数，操作人员只需要输入球体直径产品D，系统即可自动调用切削参数，完成工件的装夹、精加工等工作。

［1］侯海云；球面精密磨削工艺参数优化与表面质量分析研究.上海交通大学硕士论文，2012

［2］沈少华；球阀球体工艺方案的分析［J］.《机电技术》2009（2）

［3］柴运东，许黎明，李冬冬，等；高硬度回转球面精密磨削系统的数字控制技术 ［J］.制造技术与机床，2011（6）

［4］华建宇，李林.硬密封球阀球体研磨装置［J］.阀门，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