变曲率沟槽精密球研磨加工优化实验研究

目的获得变曲率沟槽加工方法研磨精密轴承钢球的最优工艺参数。方法应用田口法对变曲率沟槽加工方法研磨球体的参数进行实验和优化,以研磨压力、磨料粒径、磨料浓度为主要影响参数设计正交实验,以材料去除率、表面粗糙度和球度误差为评价指标,通过平均响应分析和方差分析得到最优研磨参数组合。结果对于材料去除率,研磨压力的影响最显著,磨料粒径的影响次之,磨料浓度影响最小;对于表面粗糙度,磨料粒径的影响最大,磨料浓度的影响次之,研磨压力影响最小;对于球度误差,压力的影响最大,其他因素的影响较小。结论在每球的研磨压力为5 N、磨料粒径为3000~#(5μm)、磨料质量分数为25%的条件下,球体的材料去除率最大,可达到0.28 mg/h。在磨料粒径为5000~#(3μm)、磨料质量分数为25%、每球研磨压力为2.5 N的条件下,球体的表面质量最佳,表面粗糙度最小达到12 nm。在每球研磨压力为0.5 N、磨料粒径为3000~#(5μm)、磨料质量分数为50%的条件下,球度误差小。

变曲率沟槽高精度球体精研工艺优化实验研究

基于变曲率沟槽研磨抛光方法,对球体进行运动学分析并建立运动学方程。利用Matlab绘制球体表面加工轨迹并结合Preston方程建立球度误差计算模型。仿真结果表明最短的加工时间为26 h。基于田口法对精研阶段球体加工工艺进行正交试验,并对实验结果进行方差分析及S-N-K分析,优化各加工阶段加工参数以获得最优的圆度值。结果表明:在半精研阶段将球体的球度研磨至0.7μm,精研阶段研磨至0.3μm时加工效率最高。完成精研阶段(半精研、精研和超精研)阶段只需要29 h,相较于传统的加工方法其效率提高了14.7%,并且抛光结束后的氧化锆陶瓷球粗糙度达到14 nm,圆度达到0.13μm,达到了G5级国家标准。

基于偏心式变曲率沟槽的高精度球体加工理论与试验研究

提出基于偏心式变曲率沟槽的高精度球体批量加工方法,加工过程中球体运动状态随磨盘沟槽曲率半径的变化而变化,送料机构将球体从磨盘外沿的出料口依序送至磨盘中心的入料口进行循环加工。基于纯滚动运动假设,建立单颗球体几何运动学模型,通过旋转坐标变换计算并仿真球面加工轨迹。在自主研发的偏心式变曲率沟槽加工系统上进行加工试验,对球体运动的宏观验证试验结果与仿真结果一致,证明了所建的运动学模型的有效性。在加工试验研磨阶段球体的批直径变动量、球度偏差及表面粗糙度偏差均得到明显改善并逐渐收敛,抛光阶段后得到单颗球体最好的球度值为0.114mm,表面粗糙度Ra为9 nm。

轴承球变曲率研磨盘沟槽结构参数数值优化研究

针对轴承球变曲率沟槽加工方法中沟槽结构参数优化问题,采用了数值仿真分析法,研究了研磨盘沟槽偏心距、沟槽半角、滚道极径及沟槽间距4个主要沟槽几何参数,对球面加工轨迹点分布均匀性的影响规律。设计了正交仿真试验,分析了沟槽几何参数对球面加工轨迹均匀性的影响权重,并得到了优化几何参数组合;最后,开展了轴承球的研磨实验研究。研究结果表明:变曲率沟槽最佳的结构参数为,偏心距/球径比4,沟槽半角45°,沟槽滚道极径/球径比60,沟槽间距系数2;在优化的槽形结构下,加工4 h后,球度误差从0.057μm降低至0.022μm,优于其他槽形结构下的加工结果;根据仿真分析,优化的研磨盘沟槽结构能够获得更好的球面轨迹均匀性,球面轨迹分布越均匀,加工后的球度误差越小。