螺旋式沟槽磨盘加工高精度球体的探索研究

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现有的高精度球体加工方法中,由于传统V形槽研磨方式的研磨盘沟槽为同心圆,使得球坯加工过程中自转角是一固定值,因此球坯上的研磨轨迹为三个同心圆环,球坯需要借助外力来调整自转角随机变化来实现球坯表面均匀研磨;而自转角主动控制方式虽然能够实现自转角在0°到360°之间不断连续变化,但是其实现手段相当复杂,并且整机只有一道V形槽,因此可加工球坯的数量相当有限。本文提出了一种螺旋式沟槽磨盘加工高精度球体的方法,通过对这种方法的探索研究希望能解决以上两种方法的不足之处。对于这种新型球体研磨方式,本文的主要工作包括以下几个方面:1.分析传统V形槽研磨方式、双盘自转研磨方式、以及螺旋式沟槽磨盘研磨方式下加工球坯时的运动形式,获得球体自转角、自转角速度以及公转角速度的数学公式,建立球面研磨轨迹计算方法来分析单个研磨周期内该方式与其他方式的研磨轨迹,最后通过比较来阐述该方式加工球体的基本原理,结果显示该方法具有双盘自转自转角主动控制和传统V形槽机构简单、控制方便的优点,以及自身一次性最大加工量可大可小的特点。同时,研制出实体样机,并对样机进行性能测试和加工可行性分析。2.应用PROE-ADAMS建立虚拟样机进行联合仿真,可以通过仿真获得多种参数下单个研磨周期内球面研磨轨迹。建立球体研磨轨迹均匀性的定量评价方法,并对仿真获得的研磨轨迹进行了研磨均匀性比较分析,研究影响研磨均匀性的若干因素,包括了研磨转速、研磨压力、沟槽轨迹线。3.研究球体与研磨盘之间的摩擦特性,主要研究研磨过程中滚动摩擦和枢转摩擦的变化趋势;同时建立单颗球的受力模型,以及不同直径多球体系下球坯受载规律。结果表明加工球坯时存在临界转速以及较小载荷具有优秀的尺寸选择性。最后利用单因素实验法,分析不同参数下的磨粒磨损形式,宏观上显示了球坯在多种参数下受力的综合作用效果。4.研究一些关键的参数对球坯表面粗糙度和球形误差的影响规律;探索该方式下加工高精度球体的加工工艺,实验结果表明球坯最终的球形误差均值为0.095pm,表面粗糙度均值为O.O11μm,特别是一致性在很短的时间内就达到了 0.17μm,已经达到了 G5级球的精度要求;同时设计加工对比实验,分析比较该方式与传统V形槽加工方式的加工结果,相同时间内,本研磨方式在加工效率以及加工一致性均比传统V形槽优秀。最后讨论实际加工高精度球体过程中其他重要影响因素,为生产实践提供了指导。总的来说,螺旋式沟槽磨盘加工高精度球体的研磨方式是一种自转角可控、高效高一致性的研磨新方式。但是其缺点也非常明显,即实际加工中球坯自转角可控范围非常小,希望在以后的研究中能够解决这一局限性。
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