【摘要】：高精度球體是高端球軸承的關(guān)鍵元件,其幾何精度、表面質(zhì)量和批一致性直接影響軸承的運(yùn)動(dòng)性能、工作壽命以及設(shè)備的工作性能。針對高端軸承球形滾動(dòng)體加工對高精度、高一致性的技術(shù)需求,本研究基于加工軌跡均勻包絡(luò)原理,提出單轉(zhuǎn)盤變曲率溝槽球體加工方法,使球體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨溝槽曲率半徑的變化而持續(xù)發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)球面軌跡全包絡(luò)加工,保證高精度球體加工的高效率和高一致性。球面加工軌跡均勻包絡(luò)是高精度球體成形的必要條件之一。本文重點(diǎn)針對變曲率溝槽研磨方法下的加工原理、溝槽結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對研磨均勻性的影響、成球機(jī)理研究與材料去除模型、設(shè)備研制等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。主要研究工作如下:基于純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的假設(shè)條件,以幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)為理論基礎(chǔ),構(gòu)建了幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,計(jì)算了球體加工軌跡方程,研究了溝槽半角、偏心量、滾道極徑、溝槽間距系數(shù)等結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對加工軌跡的影響,得到了優(yōu)化的幾何參數(shù)組合,通過MATLAB軟件仿真顯示在該加工方法下球體表面的加工軌跡能完整的包絡(luò)整個(gè)球體,且加工軌跡形態(tài)呈多方向性,能保證球體的高精度加工。分析了球體成形的基本原理及加載系統(tǒng)對成球過程的影響。采用流體加載系統(tǒng)有利于提高放大系數(shù),提高球體的加工效率。利用有限元軟件分析仿真多球系統(tǒng)的受力情況,結(jié)合Preston方程,研究滑動(dòng)與滾動(dòng)對材料去除的影響,構(gòu)建與修正變曲率溝槽加工方法下軸承鋼材料去除模型,得出溝槽滾道極徑的變化對去除率影響甚微,但有益于去除率波形收斂。通過有限元對多球系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)仿真分析,研究溝槽盤不同區(qū)域內(nèi)球體的整體受力情況,得到球體直徑的應(yīng)力分布情況,在精研階段的球體加工必須避免直徑大的球體的混入。研制了臥式變曲率溝槽球體加工設(shè)備,出球口的水平位置高于進(jìn)球口,解決了球體堆積問題;同時(shí)增加球體加工路徑長度在線監(jiān)測系統(tǒng),使得球體加工路徑長度可控。對主軸的固有頻率進(jìn)行了有限元分析,并對主軸的絕對振動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)測試和分析,驗(yàn)證該主軸設(shè)計(jì)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可有效避免共振的發(fā)生;主軸的絕對振動(dòng)強(qiáng)度較小,對機(jī)床加工精度無影響�；谧灾餮邪l(fā)的單轉(zhuǎn)盤變曲率溝槽臥式研球機(jī),進(jìn)行了精研階段球體加工的單因素工藝實(shí)驗(yàn),依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)對影響球體加工的工藝參數(shù)優(yōu)化研究,再進(jìn)行超精研和拋光,加工后直徑變動(dòng)量為0.08μm,球形誤差達(dá)到0.078μm,表面粗糙度為10nm,達(dá)到了G3級球的標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果證明,本文提出的基于加工軌跡均勻性包絡(luò)原理的單轉(zhuǎn)盤變曲率溝槽研磨方法實(shí)現(xiàn)了球體加工方式的高精度和高一致性,適用于高精度球體高效批量加工的新方法,對提升我國高端軸承制造水平,促進(jìn)高端裝備制造業(yè)的自主發(fā)展,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

第 1 章 緒論因此，實(shí)現(xiàn)高效高一致性的高精度球加工技術(shù)是解決高端機(jī)械基礎(chǔ)部件發(fā)展瓶突破點(diǎn)[17-20]。深入研究高精度球的加工技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)高效、高一致性加工批合格率，對提升我國高端軸承制造水平，，促進(jìn)高端裝備制造業(yè)的自主發(fā)展具理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

(a) 立式 (b) 臥式圖 1-2 同心圓 V 形槽球體加工方式的基本原理等[35]采用該方式研究了 Si3N4陶瓷球的加工工藝，建立了在各研磨階段磨料度值、表面質(zhì)量和材料去除率的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)得到球度達(dá)到 0.062μm 以下，表a 達(dá)到 1.48nm 以下的高精度球。張永乾等梳理了當(dāng)前陶瓷球加工的難點(diǎn)，比瓷球加工方法，設(shè)計(jì)了合理的加工工序及工藝參數(shù)，加工得到表面粗糙度為形誤差 0.08μm 的球體[36]。張京軍等[37]基于對臥式球體加工裝置下鋼球的動(dòng)立其研磨運(yùn)動(dòng)方程，研究得出盤徑變化與跡線間距的關(guān)系，從而改善鋼球表的均勻性。李國廣等[38]利用球-盤彈性接觸理論建立起磨削力與磨削深度之型，通過理論分析與數(shù)值模擬為提高鋼球的研磨精度提供依據(jù)。接觸軌跡
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.3

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3 李建國;曲面造型及數(shù)控電火花仿銑加工軌跡生成方法的研究[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2005年02期

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本文編號：2659414