三偏心蝶閥密封面的形狀尺寸和表面質(zhì)量是影響其密封性能的關(guān)鍵要素，密封面的高質(zhì)量加工一直也是各廠家的難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的空間幾何理論分析基礎(chǔ)上以閥體密封面的聯(lián)動(dòng)磨削為研究對象，闡述了砂輪與工件的運(yùn)動(dòng)特性關(guān)系。

一、前言

　　三偏心蝶閥作為一種高性能閥門，在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用越來越廣，對其密封面的質(zhì)量要求也越來越高，密封面的高質(zhì)量加工一直是國內(nèi)行業(yè)中的難點(diǎn)，各企業(yè)對三偏心蝶閥密封面的磨削方式基本上還處于摸索階段，尤其是聯(lián)動(dòng)磨削在國內(nèi)基本上沒有成功的案例。

二、密封面成形分析

　　由于三偏心蝶閥密封面形狀的特殊性，密封面為一個(gè)圓錐的斜截面，傳統(tǒng)的研磨方法在其上都不易實(shí)現(xiàn)，對密封面的最終成形國內(nèi)的廠家基本上都是采取的車削方式。車削加工的局限性致使了產(chǎn)品性能無法進(jìn)一步提高，研究新的磨削設(shè)備與磨削方式，提高產(chǎn)品的密封性能一直是各個(gè)廠家正在研究的課題。

　　以下列舉了四種密封面成形的磨削方式，如圖1所示。從圖中可以看出四種磨削運(yùn)動(dòng)過程各有特點(diǎn)。圖1a為采取成形砂輪，砂輪面完全覆蓋磨削軌跡，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1b同樣為采取成形砂輪，砂輪面略大于閥體密封面寬度，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿密封面圓錐母線進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)(角度插補(bǔ))，并進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1c為采取傳統(tǒng)平行砂輪，砂輪主軸旋轉(zhuǎn)一定角度(密封面圓錐母線平行)，砂輪面覆蓋磨削軌跡，磨削過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行橫向進(jìn)給。圖1d為同樣采取傳統(tǒng)的平行砂輪，砂輪主軸旋轉(zhuǎn)一定角度(密封面圓錐母線平行)，砂輪面略大于閥體密封面寬度，運(yùn)動(dòng)過程為砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)砂輪沿圓錐母線上下運(yùn)動(dòng)并與密封面同步(即運(yùn)動(dòng)過程中砂輪面不脫離閥體密封面)，并進(jìn)行橫向進(jìn)給，即砂輪與工件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)磨削。四種磨削方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)對機(jī)床的要求也各不相同。圖1a到圖1c的運(yùn)動(dòng)過程相對比較簡單。圖1a與圖1c密封面的最后成形完全取決于砂輪面本身的形狀，同時(shí)在磨削過程中工件對砂輪的反作用力的著力點(diǎn)時(shí)刻在變化，砂輪主軸容易疲勞破壞。圖1b在磨削過程中為斷續(xù)磨削，存在沖擊，砂輪主軸容易疲勞的同時(shí)閥體密封面的成形也不是很好。圖1d為砂輪與工件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)磨削，沒有圖1a到圖1c的影響，砂輪主軸受力恒定且不存在沖擊。但是要完成此聯(lián)動(dòng)磨削，并不容易，一是對機(jī)床的要求比圖1a到圖1c的要高，機(jī)床c軸(工作臺主軸)能準(zhǔn)確定位，且能與z軸能建立聯(lián)動(dòng)關(guān)系，同時(shí)機(jī)床b軸(主軸的旋轉(zhuǎn)軸，即形成β角)定位準(zhǔn)確。二是聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對復(fù)雜，完成聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程必須要有明確的幾何數(shù)學(xué)關(guān)系。所以求解砂輪移動(dòng)速度v與工件的旋轉(zhuǎn)角度θ的幾何數(shù)學(xué)關(guān)系是完成聯(lián)動(dòng)磨削的必要條件。所以以下著重對圖1d的聯(lián)動(dòng)磨削運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析研究。

(a)磨削方式1 (b)磨削方式2

(c)磨削方式3 (d)磨削方式4

圖1 密封面成形的磨削方式

1.斜模2.工裝定位板3.閥體4.砂輪

三、砂輪與閥體密封面聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性分析

　　取圖1d中的密封面最低點(diǎn)為研究起始點(diǎn)，為了便于研究砂輪的運(yùn)動(dòng)方程，以圓錐中心線為z軸，密封面的最低點(diǎn)所在的平面為xy平面，且最低點(diǎn)在x軸上，建立坐標(biāo)系，如圖2所示。H為圓錐的高度，R為圓錐的底半徑，即密封面最低點(diǎn)到工件旋轉(zhuǎn)軸z軸的距離�！鰽CC1為斜模平面，∠OAC=α(斜模角)，∠AMO=β(圓錐半錐角)，弧ABC為斜模平面與圓錐面的交線，即為砂輪運(yùn)動(dòng)軌跡(也為閥體密封面)�！鱉OB1為工件(或C軸)從初始點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度q時(shí)所在的位置。旋轉(zhuǎn)角度q所用時(shí)間為t，則動(dòng)點(diǎn)b為此時(shí)的砂輪位置。假定動(dòng)點(diǎn)B在z軸上的投影為B2，則B點(diǎn)到z軸的動(dòng)半徑R(θ)=BB2，B點(diǎn)在z軸上的投影高度z(θ)=OB2。令B點(diǎn)在x與y軸方向的坐標(biāo)分別為x(θ)與y(θ)，則R(θ)=[x(θ)2+y(θ)2]。令M(θ)為砂輪在圓錐母線B1M方向位移，v為砂輪在圓錐母線B1M方向上的速度，ω為工件旋轉(zhuǎn)角速度，由幾何關(guān)系可知：

　　實(shí)際的加工過程中，R、ω、α和β均為已知常數(shù)，所以v=v(θ)，對其用MATLAB進(jìn)行計(jì)算分析得出其v—θ曲線如圖3所示，從v—θ曲線圖中可以看出，v與θ是非線性關(guān)系，而是速度v相對工件旋轉(zhuǎn)角度θ成正弦規(guī)律變化。明確了兩者之間的真實(shí)關(guān)系之后，便可為數(shù)控編程提供正確聯(lián)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，使聯(lián)動(dòng)磨削得以實(shí)施。

圖2 運(yùn)動(dòng)特性幾何分析

圖3 v-θ曲線

四、結(jié)語

　　通過對砂輪的運(yùn)動(dòng)特性研究分析，對數(shù)控編程進(jìn)行數(shù)學(xué)幾何關(guān)系指導(dǎo)，使三偏心蝶閥密封面的聯(lián)動(dòng)磨削成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)砂輪的不間斷磨削不僅將使磨削效率明顯提高，并且聯(lián)動(dòng)磨削過程中砂輪受力恒定，對密封面的最后成形精度非常有利，新的磨削方式對研究純金屬硬密封三偏心蝶閥的零泄漏具有重要的意義。