高精度球体作为高端轴承、高精度滚珠丝杠的关键组件,其精度和质量极大程度的影响了产品的精度乃至加工设备的精度。现有高精度球体加工方法及设备普遍存在加工精度低、一致性差等一系列问题,变曲率沟槽球体加工方法作为一种高精度球体加工新方法,通过在研磨过程中自主改变球体的自转角度,实现高精度球体的高效、高一致性加工。本文从成球机理出发,对单转盘轴偏心式变曲率沟槽加工方式下球体的运动特性、成球过程、材料去除情况等关键问题进行了研究。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)针对球体表面加工轨迹一致性的问题,在滑动的基础上,建立单颗球体在单转盘轴偏心式变曲率沟槽加工方式下的运动学模型,利用矢量法求解运动学方程。基于Matlab建立球面轨迹仿真模型。仿真结果显示在单个加工周期后,各接触点所形成的加工轨迹及其综合的加工轨迹均能够均匀地包络整个球面,有利于实现高精度球体的精密加工。(2)针对球面轨迹难以准确定量评价的问题,通过优化轨迹模型采样方法,分析各网格区域内轨迹点密度建立加工轨迹均匀性的定量评价体系,标准差值SD越低加工轨迹越均匀。单因素仿真分析了变曲率沟槽相关几何参数对标准差SD及相关运动参数的影响,结果显示当偏心量为球体半径的4倍、沟槽半角为45°时,标准差SD达到最小,正交仿真试验及S-N-K事后检验表明偏心量对标准差SD在α=0.01水平上显著,沟槽内角及沟槽外角在α=0.05水平上显著。(3)针对多球系统中球体直径不统一及滚道极径逐渐变大从而影响材料去除率不断变化的问题,从单颗球体的成球机理入手,分析了球体成形的基本原理及加载系统对成球过程的影响。采用流体加载系统有利于提高放大系数,提高球体的加工效率。利用有限元软件对多球系统的受力进行仿真,结合Preston方程优化材料去除模型,绘制单个加工周期内球体材料去除率的变化曲线图,结果显示球体在单周期加工过程中材料去除率没有明显的变化,有利于高精度球体的高一致性加工。(4)搭建了卧式单转盘轴偏心式变曲率沟槽球体加工实验平台,以轴承钢球为研究对象优化精研阶段的加工参数,实验结果表明轴承钢球的精研阶段最优加工参数为加工载荷:2N/ball、研磨液浓度:20%、平盘转速:20rpm。以氧化锆陶瓷球为研究对象分析了半精研、精研、超精研需要达到的参数指标以提高加工效率,结果表明在半精研阶段将工件的圆度研磨至0.7μm,精研阶段研磨至0.3μm时,加工效率最高,其加工效率相较传统加工工艺提升了14.7%,抛光后球体表面粗糙度达到14nm,圆度达到了0.13μm,达到了G5级球体标准。