球面研磨装置及研磨方法

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，尤其是涉及一种球面研磨装置及研磨方法。

背景技术

在柱塞泵的生产过程中，柱塞泵上的油缸和配流盘的接触面需要进行研磨，以保证不配合精度。在研磨过程中首先要保证的就是研磨盘和配流盘之间能够研磨，否则将影响研磨的精度。再者，传统的研磨采用人工研磨的方式，这种方式费时费力，且容易造成研磨不均匀、到不到所要求的加工精度，研磨质量不过关等问题。

现有技术中出现了机械自动球面研磨装置，在中国专利CN201720870642.6所揭示的球面对研装置中存在至少以下问题：首先，该专利中采用配重块对配流盘直接施加压力，这种方式需要根据不同配流盘的承重能力调整配重块，若配重块重量与所述配流盘的承受能力不一致，将导致配流盘与缸体之间不够贴合，或者配流盘难以旋转研磨等问题；其次，该专利采用卡接装置上的顶尖与配流盘中心顶住，由于顶尖直径小于配流盘上的装配孔的直径，故在研磨过程中缸体与配流盘的研磨面不可避免地会发生打滑现象，影响研磨效果。为防止打滑再通过卡杆固定，该结构复杂，操作不便。

因此，如何保证研磨效率和研磨质量是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种球面研磨装置及研磨方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

球面研磨装置，包括机架，所述机架上设置有支撑座，

一面板，与所述支撑座枢轴连接；

一顶升气缸，固定于所述机架上且位于所述支撑座的后侧，其气缸轴连接在所述面板的底部并驱动所述面板绕其与所述支撑座枢接的第一转轴转动；

一旋转机构，包括用于连接研磨盘的转轴，所述转轴的上端通过万向节连接驱动其自转的驱动机构，所述驱动机构设置在所述面板上，其包括固定在面板上的上旋转电机及由其驱动自转的旋转输出轴，所述旋转输出轴与所述面板垂直，所述旋转输出轴的下端连接所述万向节

一摆动机构，设置在所述面板上，其具有产生平行于所述面板且垂直于所述第一转轴的直线移动的结构，该摆动机构连接所述转轴并驱动所述转轴摆动，所述转轴可相对所述摆动机构自转。

优选的，所述驱动机构包括设置于所述面板上的上旋转电机，所述上旋转电机的电机轴平行于所述面板，且与所述第一转轴垂直；所述上旋转电机的电机轴外共轴套设有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮共轴套接在所述旋转输出轴上。

优选的，所述转轴的外周套设有固定块，压块以及固定于两者之间的弹簧；所述固定块通过轴承与所述转轴固定连接；所述压块位于所述转轴的底端且可沿所述转轴的轴向移动，所述压块连接所述摆动机构，所述转轴的下端共轴连接延伸到所述压块下方的用于连接所述研磨盘的研磨盘连接件。

优选的，所述压块的下端连接卡接块，所述卡接块具有供所述研磨盘连接件穿过的孔。

优选的，所述摆动机构包括摆动电机、曲柄连杆机构及摆臂；所述摆动电机设置于所述面板上，其电机轴垂直穿过所述面板且连接所述曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构将所述摆动电机的旋转运动转换为所述摆臂的直线运动，其与所述摆臂通过万向节连接，所述摆臂的前端枢接所述压块。

优选的，所述面板的底部设置有与其平行且与所述第一转轴垂直的导轨，所述导轨上可滑动地吊设有一导向板，所述导向板可移动地插接在所述摆臂上形成的竖向延伸的穿孔中，所述导向板的下端连接位于所述摆臂下方的用于限制所述摆臂的限位板。

优选的，还包括工件定位治具，所述工件定位治具与处于竖直状态的所述旋转输出轴共轴。

优选的，所述工件定位治具连接驱动其自转的自转驱动机构。

优选的，所述面板的上表面设置有配重块，所述配重块位于所述顶升气缸的上方。

优选的，所述顶升气缸的气缸轴通过一弹性缓冲件连接所述面板。

球面研磨装置的方法，

S1：顶升气缸的气缸轴缩回，使面板绕第一转轴旋转至呈现为前端高后端低的倾斜状态；

S2：将研磨盘安装至转轴下端的球头连接件上；以及将配流盘放置在研磨盘工件定位治具上定位；

S3：顶升气缸的气缸轴伸出，带动所述面板绕第一转轴反向旋转复位，至所述面板呈水平状态，所述研磨盘与配流盘的研磨面接触；

S4：上旋转电机启动驱动所述转轴上的所述研磨盘自转和/或下旋电机启动驱动所述工件定位治具带动配流盘自转，进行研磨，所述上旋转电机工作的全程或部分时段中，所述摆动电机启动，驱动所述转轴往复摆动。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本发明采用卡接块与配流盘连接，并通过研磨盘连接件和插杆将配流盘固定，增加稳定性；在摆臂的作用下是配流盘做圆周旋转研磨，配流盘在卡接块的压紧和旋转作用下能够防止配流盘与研磨盘之间打滑，提高研磨质量和工作效率，节约人力成本；

配重块对顶升气缸施加作用力，顶升气缸与配流盘的运动方向相反，且顶升气缸无法对配流盘直接施加作用力，故能避免配流盘与缸体之间不够贴合，或者配流盘难以旋转研磨等问题。

附图说明

图1：本发明的立体图；

图2：本发明的主视图；

图3：本发明的右视图；

图4：本发明的左剖视图；

图5：本发明图4中A部分的放大图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

如图1至图4所示，本发明揭示了一种球面研磨装置及研磨方法。球研磨装置包括机架1，所述机架1上设置有支撑座10，所述支撑座10的顶端枢轴连接面板102，即所述面板102可绕其与所述支撑座10枢接的第一转轴1021转动，所述第一转轴1021连接所述面板102的中后部。

如图3和图4所示，所述机架1上固定有一顶升气缸2，所述顶升气缸2位于所述支撑座10的后侧且位于所述面板102的下方，所述顶升气缸2的气缸轴枢轴连接于所述面板102的底部，所述顶升气缸2驱动所述面板102绕所述第一转轴1021转动，从而切换所述面板102的状态。第一状态下，所述顶升气缸2的气缸轴缩回，所述面板102与水平线之间形成夹角，此时面板是前端高，后端低的倾斜状态。第二状态下，所述顶升气缸2的气缸轴伸出，所述面板102为前后端等高的水平状态或接近水平状态。当然，所述顶升气缸2还可以由其他现有技术中所揭示的能够实现直线移动的部件替换，例如可以是已知的各种电动推杆或液压缸等，且位置也可设置在所述面板102的上方。

如图4所示，所述顶升气缸2的气缸轴通过一弹性缓冲件20与所述面板102的底面连接，即通过所述弹性缓冲件20避免气缸轴与面板硬性接触导致其折弯甚至断裂的现象，有效延长两者的使用寿命，同时对研磨时工件对面板的反作用力起到一定的缓冲作用。所述弹性缓冲件20的具体结构可以根据需要进行设计，例如，在一可行的方式中，所述面板102的底部固定有一限位件，所述限位件的内腔设置有一轴线与所述面板垂直的弹簧，所述弹簧的上端与所述面板102的底面或面板底面设置的凸台的底面抵靠和固定，所述弹簧的下端与一限位于所述限位件枢轴连接件抵靠或固定，所述顶升气缸2的气缸轴穿过所述限位件底部的孔并枢接所述枢轴连接件。当然，所述弹性缓冲件20也可以是其他可行的结构，或者在其他实施例中可以省去。

所述面板102的上表面设置有配重块11，且所述配重块11位于所述顶升气缸2的正上方，所述配重块11用于使所述面板102前后的机构的重量能够保持一定的平衡，以减小对顶升气缸的要求，所述配重块11的重量根据需要进行设计，此处不作限定。

本发明还包括如图4所示的旋转机构3，所述旋转机构3包括用于连接研磨盘7的转轴32，所述转轴32位于所述面板102的前端（面板102远离所述配重块11的一端）。所述转轴32的顶端通过万向节203连接驱动其自转的驱动机构。所述驱动机构设置在所述面板102上，其包括固定于所述面板102上的上旋转电机31以及由所述上旋转电机31驱动自转的旋转输出轴2011。所述上旋转电机31的电机轴平行于所述面板102，且与所述面板102转动时所绕的第一转轴1021垂直。所述旋转输出轴2011与所述面板102垂直。当然，所述上旋电机31亦可与所述面板102垂直或倾斜设置，只是本发明中优选采用平行设置状态，具体可根据使用需求进行调整。所述上旋转电机31的电机轴上共轴连接有第一锥齿轮201；所述第一锥齿轮201与第二锥齿轮202啮合，所述第二锥齿轮202共轴套接在旋转输出轴2011的上部，所述旋转输出轴2011通过轴承可自转地设置于一与所述面板102平行的安装板上，所述安装板固定在所述面板的前端且高于所述面板，所述旋转输出轴2011的下端连接所述万向节203。

启动所述上旋转电机31后，其电机轴的水平旋转由所述第一锥齿轮201、第二锥齿轮202切换为所述旋转输出轴2011的竖向自转通过所述旋转输出轴2011带动万向节以及与万向节连接的所述转轴32自转。

如图4所示，所述转轴32的外周套设有固定块33，压块35以及固定于两者之间的弹簧305。所述固定块33通过轴承共轴设置在所述转轴32的上端位置，所述弹簧305的两端与所述固定块33和压块35固定连接或抵接。所述压块35套接在所述转轴32的底端，压块35可相对所述转轴32沿转轴的轴向移动。

进一步，所述压块35的下方连接有与所述转轴32共轴的卡接块34上，所述压块35与所述卡接块34之间通过连杆连接。所述卡接块34的中心形成有供所述孔，可以供所述转轴下端连接的研磨盘连接件通过。

所述转轴32的下端共轴开设有用于连接研磨盘连接件321的螺孔，所述研磨盘连接件可以用各种可行的结构，例如所述研磨盘连接件321可以是下端面具有卡齿或凸块等限位结构的杆件，优选为球头连接件，其用于连接中心具有相应球头连接槽或孔的研磨盘7。所述研磨盘7的研磨面不小于待研磨的配流盘的研磨面。并且常态下，所述弹簧305使所述研磨盘连接件321的球头位于所述卡接块34的底面上方，研磨盘连接件321不能与所述研磨盘7接触；当需要将所述研磨盘7安装到所述研磨盘连接件321上时，可以通过所述研磨盘7向上推所述卡接块34使得所述研磨盘连接件321的球头伸出到所述卡接块34的下端并与所述研磨盘7中心的连接槽或连接孔卡接；或者，也可以将所述研磨盘7放置于工件定位治具9上的配流盘上，当所述面板102切换至第二状态，使卡接块34与研磨盘7的顶面抵靠，导致其抬升时，所述研磨盘连接件321的球头可伸出到所述卡接块34的下方并插入所述研磨盘7的中心从而实现连接。

如图4所示，研磨时，将研磨盘7安装至所述球头连接杆321上，所述研磨盘7的底面为与工件待磨表面匹配的形状，对配流盘进行研磨时，所述研磨盘7的底面为对应的球面，研磨时，研磨盘7与配流盘抵接，受到来自配流盘向上的压力，该压力向上传递，使得所述压块35相对所述转轴32向上移动，所述压块35向所述弹簧305施加压力使其变形，所述弹簧305的反作用力作用在所述固定块33上使所述固定块33固定位置，从而转轴32能够相对固定块33自转，并带动其上安装的研磨盘7自转，同时，弹簧305的反作用力也对压块35施加下压力使研磨盘7与配流盘紧密贴合。

如图4所示，为了保证研磨的充分性和均匀性，使所述转轴32可以做摆动运动，具体的，所述转轴32连接驱动其相对万向轴摆动的摆动机构4，所述摆动机构4设置在面板102上，其具有产生平行于所述面板102的直线移动的结构，该结构连接转轴32并驱动所述转轴32摆动，且所述转轴32可相对于所述摆动机构4自转。

所述摆动机构4具体包括摆动电机41，曲柄连杆机构42及摆臂424。本发明中优选将所述摆动电机41设置于所述面板102上且位于所述上旋转电机的后方，其电机轴垂直且贯穿面板102，且与所述曲柄连杆机构42连接。所述曲柄连杆机构42连接所述摆动电机41的电机轴，用于将所述摆动电机41的电机轴的旋转旋动切换为所述摆臂424的直线运动，所述摆臂424的直线运动方向即所述摆动机构产生的直线运动。所述曲柄连杆机构42的具体结构可以是已知的各种可行结构。

具体而言，所述摆动电机41通过共轴连接在其电机轴下方的传动轴411连接所述曲柄连杆机构42，所述曲柄连杆机构42包括与所述传动轴411的底端连接的转盘412。

如图5所示，所述转盘412的底部设置有一L形的曲柄421，所述L形曲柄421的竖杆偏心固定在所述转盘412的底部，所述曲柄421的横杆上连接一与所述传动轴411的轴线平行的摇杆422，所述摇杆422与所述传动轴偏离且其下端通过轴承连接第一摆杆423，所述第一摆杆423通过万向节425连接所述摆臂424。如图2至图4所示，所述摆臂424的前端为Y形或U形分叉，每个分叉枢轴连接于所述压块35的侧壁。

如图3至图4所示，所述面板102与所述摆臂424上形成有穿孔，所述穿孔沿竖向延伸，即其轴线与所述水平状态的面板垂直，且穿孔处可移动地插设有一导向板431，即所述穿孔的长度至少大于所述导向板431的长度，且所述穿孔可以为任一形状，优选所述穿孔为腰型孔。所述导向板431的下端穿过所述穿孔并连接位于所述摆臂下方的限位板425，所述限位板425的宽度大于所述穿孔给的宽度，从而可以限制所述摆臂不会与所述导向板431脱离。本发明中优选将所述限位板425通过螺栓与所述导向板431的底部固定连接，当然两者的连接方式也可以采用其他现有技术中所揭示的固定方式代替，在此不做赘述。所述面板102的底面固定有与其平行且与所述第一转轴1021垂直的导轨5。所述导向板431通过其上部的滑块可滑动地设置在所述导轨5上，从而可以保证所述摆臂424做直线运动。

所述面板上还设置有延伸到其前端的按压把手6，所述按压把手6由两根相互平行的直管和弧形管一体连接，且弧形管位于远离所述摆动电机41的一端。通过向上抬升或向下按压所述把手6带动所述面板102绕其第一转轴1021处旋转，同时方便对所述研磨盘7底面安装待研磨的配流盘或拆卸其上研磨完成的配流盘。

结合图2和图4所示，所述支撑座10上还枢轴设置有一伸缩杆101，枢轴连接方式为现有技术，在此不做赘述。所述伸缩杆101的顶端与所述面板102底面固定连接，且所述伸缩杆101与所述面板102之间形成一锐角。在第一状态下，所述面板102抬起，并与所述支撑座10之间形成钝角，此时，所述伸缩杆杆101绕枢轴连接处旋转，同时其的伸缩段伸出；在第二状态下，所述面板102与所述支撑座10垂直，此时，所述伸缩杆101绕枢轴连接处旋转，同时其伸缩段缩回。由于伸缩杆的结构为现有的已知技术在此不做赘述。所述伸缩杆101的具体结构为已知技术，其主要用于在面板转动时起缓冲作用，此处不作赘述。

如图4所示，本发明还包括工件定位治具9，所述工件定位治具9的安装高度根据需要进行调节，所述工件定位治具9与处于竖直状态的所述旋转输出轴2011（面板102处于水平状态时）共轴，且其连接驱动其自转的自转驱动机构。所述工件定位治具9具有将工件共轴定位在其上并使工件不可相对其自转的结构，具体结构根据需要进行设计，此处不作赘述。

所述自转驱动机构包括固定设置于所述机架1上的下旋电机91，传动机构及下旋杆93。所述下旋电机91水平设置，其通过下锥齿轮组92与下旋杆93连接，所述下锥齿轮组92由两个轴线相互垂直且啮合的锥齿轮组成，其结构与驱动机构中的所述第一锥齿轮201和所述第二锥齿轮202的结构一致，在此不做赘述。所述下旋杆93的设置方向与所述下旋转电机91的电机轴的设置方向垂直，并由所述下锥齿轮92带动其旋转。所述下旋杆93可自转地设置在安装座上，且其顶部设置所述工件定位治具9。当然，工件定位治具9也可以是具有对工件底面进行研磨的结构，即工件定位治具9可以是可定位工件轴向及水平位置的研磨盘94，从而可以实现双面研磨。

当然，所述下旋电机91的电机轴亦可与所述下旋杆93同轴连接。

下面简述一下本发明的球面研磨方法：

S1：顶升气缸2的气缸轴缩回，带动面板102和转轴32绕第一转轴1021旋转，直至所述面板102呈前端高后端低的状态，以便于装配或拆卸研磨盘7和配流盘；

S2：将研磨盘7安装在所述转轴32下端的研磨盘连接件321上，并将配流盘放置在所述工件定位治具9中；

S3：顶升气缸2的气缸轴伸出，带动所述面板102和转轴32绕第一转轴1021旋转，直至所述面板102呈水平状态。所述研磨盘7与配流盘的研磨面接触，且所述插杆321插接于所述研磨盘7的中心处；

S4：启动上旋转电机31和/或下旋电机91，所述上旋转电机31驱动与其电机轴共轴连接的第一锥齿轮201旋转，所述第一锥齿轮201进一步带动与其啮合的第二锥齿轮202旋转，所述第二锥齿轮202的设置方向与所述第一锥齿轮201的设置方向垂直，并与所述转轴32共轴连接；进而带动所述转轴32旋转，所述转轴32带动同轴设置于其底端的所述研磨盘7对配流盘的一面进行研磨。启动所述下旋转电机91后，其电机轴通过与第一锥齿轮201和第二锥齿轮202结构相同的下锥齿轮组驱动下旋杆93转动，所述下旋杆93进一步带动与其同轴设置的下研磨盘94旋转，所述下研磨盘94旋转是对配流盘的下表面进行研磨。

所述上旋转电机31工作的全程或部分过程中启动所述摆动电机41，其驱动曲柄连杆机构42动作，所述曲柄连杆机构42带动摆臂424做直线移动，进而带动所述转轴32以及所述研磨盘7摆动。研磨过程中，配流盘将产生向上的作用力，该作用力依次传递至研磨盘7，卡接块34，压块35上，所述压块35受力上下移动并对弹簧305施加作用力，所述压块35上下移动时，所述摆臂424绕万向节相对所述导向板上下移动。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。