平面磨盘定偏心式微小球体精加工方法研究

发布时间：2020-07-21 11:23

【摘要】：高精度微小球体作为微型精密轴承中的关键元件,其精度对微型轴承的质量和寿命起着决定作用。鉴于现有的球体加工方式难以满足高精度微小球体加工的需求,提出了一种新型的适用于高精度微小球体加工的方式,本文的主要工作包括以下几个方面:(1)基于几何运动学建立了单颗球体在平面磨盘定偏心式加工方式下的球体几何运动学模型,得出运动方程表达式。基于Matlab建立球面轨迹仿真模型,与其它球体加工方式进行了球面加工轨迹仿真对比实验,结果表明平面磨盘定偏心式球体加工方式能够实现球面加工轨迹的均匀全包络,有利于实现高精度微小球体的加工。(2)基于成球的基本条件和所建立的球体运动学模型,结合刚体运动学以及空间坐标系旋转变换的原理,推导出了球面加工轨迹的仿真方法。建立了球面加工轨迹量化处理方法。以统计数据的标准差作为研磨轨迹分布均匀性的评价指标,对平面磨盘定偏心式球体精加工方法的球面加工轨迹包络均匀性进行评估,并与原始的评价方式进行对比,结果显示平面磨盘定偏心式球面加工轨迹包络均匀性要优于传统加工方式。(3)采用Matlab进行仿真实验,以球面加工轨迹分布和加工轨迹点密度差SD作为评估参数,对不同下磨盘转速、孔持距、偏心量和球径等不同参数下的球面加工轨迹均匀性进行了对比分析,仿真结果显示,下磨盘转速、偏心量和孔持距对球面研磨轨迹分布和加工轨迹点密度差SD均有不同程度的影响,球径变化对球面加工轨迹分布和加工轨迹点密度差SD值影响不大。(4)搭建了平面磨盘定偏心式球体精加工方式的实验平台,进行了不同加工方式下轴承钢球精加工阶段的对比实验。对进行了单因素工艺实验,主要研究了下研磨盘转速,偏心量以及加工载荷等工艺因素对球体表面粗糙度和球度误差的影响。通过正交实验获得最优的加工参数为:加工载荷1N/ball,下磨盘转速15rmp,研磨液浓度10%。以轴承钢球为实验对象,采用最优工艺参数进行加工实验,最后获得的球体达到了G5级的精度。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3
【图文】：

微型轴承,应用实例

浙江工业大学硕士学位论文2图1-1 微型轴承应用实例Figure 1-1. Example of miniature bearing application球体的国家标准和国际标准[16]对高精度球体加工提出了严格的要求。球体标准中的最高精度等级为 G3 级，次高等级为 G5 级。G5 级以上属于高精度球，其质量和精度指标如表 1-1 所示（单位：μm）：表 1-1 高精密球质量和精度指标[17]Table 1-1. High-precision ball quality and accuracy indicators[17]球精度等级(GB)球直径变动量(Vdws)球批直径变动量(Vdwl) 球形误差(ΔSph)表面粗糙度Ra(μm)G3 级 0.08 0.13 0.08 0.01G5 级 0.13 0.25 0.13 0.014鉴于以上背景，实现高精度微小球体的精密加工技术是目前我国需要解决的一个重大技术问题，故而亟需提出一种新的适用于高精度微小球体的加工方式。本课题的主要目的在于对高精度微小球体的精加工技术进行探讨，建立一种新型的加工方式，实现微小球体的高精度、低成本的加工技术。本文的研究成果有利于高精度微球加工技术的发展，对提高我国微型轴承产品的加工技术，推动微型轴承的应用具有非常积极的作用。同时

研磨原理,球面

几何学中定义空间中到定点的距离等于定长的所有点组成的图形叫做球的加工过程实际上是加工表面逐渐接近理想球面的过程。实际的球形成形图 1-2 所示。电机带动研具以 ωp绕 Z 轴旋转，同时，球坯绕其瞬时旋转轴角速度 ωs旋转。通过研具与球体的共同作用在球面上形成加工轨迹[46]。定面与 Z1的夹角为 α，当 α 为定值时，研具只能在球体表面形成一系列环状轨迹。而成球的条件是要求球面上的各个点都能够被均匀的加工到。因此能够在较大的范围内连续变化，加工路径就可以实现毛坯表面的均匀全包此，在球体加工期间通过一定方式来改善球体的旋转角度 α 的大小对于提表面的均匀性和加工精度是一种有效的手段[47-49]。实际的球形轮廓不是理形，如图 1-3 所示，球面轮廓和理想圆之间存在一定的差异。在加工过程中获得高精度的球体，还需要材料去除率随着球形表面形状的改变而改变，余量大的区域提高去除率，而在加工余量小的区域降低去除率。综上所述精加工成球的基本条件为[50-52]：（1）切削均匀性：在整个球体的整个加工，待加工球体上每个点被切削的的概率是相同的；（2）尺寸的选择性：在程中，多加工大球，少加工小球。磨长轴，少磨短轴。与理想球面的偏差

球面,轮廓,研具

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