【摘要】：高精度微小球體作為微型精密軸承中的關(guān)鍵元件,其精度對微型軸承的質(zhì)量和壽命起著決定作用。鑒于現(xiàn)有的球體加工方式難以滿足高精度微小球體加工的需求,提出了一種新型的適用于高精度微小球體加工的方式,本文的主要工作包括以下幾個方面:(1)基于幾何運動學(xué)建立了單顆球體在平面磨盤定偏心式加工方式下的球體幾何運動學(xué)模型,得出運動方程表達(dá)式。基于Matlab建立球面軌跡仿真模型,與其它球體加工方式進(jìn)行了球面加工軌跡仿真對比實驗,結(jié)果表明平面磨盤定偏心式球體加工方式能夠?qū)崿F(xiàn)球面加工軌跡的均勻全包絡(luò),有利于實現(xiàn)高精度微小球體的加工。(2)基于成球的基本條件和所建立的球體運動學(xué)模型,結(jié)合剛體運動學(xué)以及空間坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換的原理,推導(dǎo)出了球面加工軌跡的仿真方法。建立了球面加工軌跡量化處理方法。以統(tǒng)計數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差作為研磨軌跡分布均勻性的評價指標(biāo),對平面磨盤定偏心式球體精加工方法的球面加工軌跡包絡(luò)均勻性進(jìn)行評估,并與原始的評價方式進(jìn)行對比,結(jié)果顯示平面磨盤定偏心式球面加工軌跡包絡(luò)均勻性要優(yōu)于傳統(tǒng)加工方式。(3)采用Matlab進(jìn)行仿真實驗,以球面加工軌跡分布和加工軌跡點密度差SD作為評估參數(shù),對不同下磨盤轉(zhuǎn)速、孔持距、偏心量和球徑等不同參數(shù)下的球面加工軌跡均勻性進(jìn)行了對比分析,仿真結(jié)果顯示,下磨盤轉(zhuǎn)速、偏心量和孔持距對球面研磨軌跡分布和加工軌跡點密度差SD均有不同程度的影響,球徑變化對球面加工軌跡分布和加工軌跡點密度差SD值影響不大。(4)搭建了平面磨盤定偏心式球體精加工方式的實驗平臺,進(jìn)行了不同加工方式下軸承鋼球精加工階段的對比實驗。對進(jìn)行了單因素工藝實驗,主要研究了下研磨盤轉(zhuǎn)速,偏心量以及加工載荷等工藝因素對球體表面粗糙度和球度誤差的影響。通過正交實驗獲得最優(yōu)的加工參數(shù)為:加工載荷1N/ball,下磨盤轉(zhuǎn)速15rmp,研磨液濃度10%。以軸承鋼球為實驗對象,采用最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行加工實驗,最后獲得的球體達(dá)到了G5級的精度。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1-1 微型軸承應(yīng)用實例Figure 1-1. Example of miniature bearing application球體的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)[16]對高精度球體加工提出了嚴(yán)格的要求。球體標(biāo)準(zhǔn)中的最高精度等級為 G3 級，次高等級為 G5 級。G5 級以上屬于高精度球，其質(zhì)量和精度指標(biāo)如表 1-1 所示（單位：μm）：表 1-1 高精密球質(zhì)量和精度指標(biāo)[17]Table 1-1. High-precision ball quality and accuracy indicators[17]球精度等級(GB)球直徑變動量(Vdws)球批直徑變動量(Vdwl) 球形誤差(ΔSph)表面粗糙度Ra(μm)G3 級 0.08 0.13 0.08 0.01G5 級 0.13 0.25 0.13 0.014鑒于以上背景，實現(xiàn)高精度微小球體的精密加工技術(shù)是目前我國需要解決的一個重大技術(shù)問題，故而亟需提出一種新的適用于高精度微小球體的加工方式。本課題的主要目的在于對高精度微小球體的精加工技術(shù)進(jìn)行探討，建立一種新型的加工方式，實現(xiàn)微小球體的高精度、低成本的加工技術(shù)。本文的研究成果有利于高精度微球加工技術(shù)的發(fā)展，對提高我國微型軸承產(chǎn)品的加工技術(shù)，推動微型軸承的應(yīng)用具有非常積極的作用。同時

幾何學(xué)中定義空間中到定點的距離等于定長的所有點組成的圖形叫做球的加工過程實際上是加工表面逐漸接近理想球面的過程。實際的球形成形圖 1-2 所示。電機帶動研具以 ωp繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)，同時，球坯繞其瞬時旋轉(zhuǎn)軸角速度 ωs旋轉(zhuǎn)。通過研具與球體的共同作用在球面上形成加工軌跡[46]。定面與 Z1的夾角為 α，當(dāng) α 為定值時，研具只能在球體表面形成一系列環(huán)狀軌跡。而成球的條件是要求球面上的各個點都能夠被均勻的加工到。因此能夠在較大的范圍內(nèi)連續(xù)變化，加工路徑就可以實現(xiàn)毛坯表面的均勻全包此，在球體加工期間通過一定方式來改善球體的旋轉(zhuǎn)角度 α 的大小對于提表面的均勻性和加工精度是一種有效的手段[47-49]。實際的球形輪廓不是理形，如圖 1-3 所示，球面輪廓和理想圓之間存在一定的差異。在加工過程中獲得高精度的球體，還需要材料去除率隨著球形表面形狀的改變而改變，余量大的區(qū)域提高去除率，而在加工余量小的區(qū)域降低去除率。綜上所述精加工成球的基本條件為[50-52]：（1）切削均勻性：在整個球體的整個加工，待加工球體上每個點被切削的的概率是相同的；（2）尺寸的選擇性：在程中，多加工大球，少加工小球。磨長軸，少磨短軸。與理想球面的偏差

幾何學(xué)中定義空間中到定點的距離等于定長的所有點組成的圖形叫做球的加工過程實際上是加工表面逐漸接近理想球面的過程。實際的球形成形圖 1-2 所示。電機帶動研具以 ωp繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)，同時，球坯繞其瞬時旋轉(zhuǎn)軸角速度 ωs旋轉(zhuǎn)。通過研具與球體的共同作用在球面上形成加工軌跡[46]。定面與 Z1的夾角為 α，當(dāng) α 為定值時，研具只能在球體表面形成一系列環(huán)狀軌跡。而成球的條件是要求球面上的各個點都能夠被均勻的加工到。因此能夠在較大的范圍內(nèi)連續(xù)變化，加工路徑就可以實現(xiàn)毛坯表面的均勻全包此，在球體加工期間通過一定方式來改善球體的旋轉(zhuǎn)角度 α 的大小對于提表面的均勻性和加工精度是一種有效的手段[47-49]。實際的球形輪廓不是理形，如圖 1-3 所示，球面輪廓和理想圓之間存在一定的差異。在加工過程中獲得高精度的球體，還需要材料去除率隨著球形表面形狀的改變而改變，余量大的區(qū)域提高去除率，而在加工余量小的區(qū)域降低去除率。綜上所述精加工成球的基本條件為[50-52]：（1）切削均勻性：在整個球體的整個加工，待加工球體上每個點被切削的的概率是相同的；（2）尺寸的選擇性：在程中，多加工大球，少加工小球。磨長軸，少磨短軸。與理想球面的偏差

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本文編號：2764340