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双自转研磨方式下研磨成球机理的研究

作　者: 汤科锋
导　师: 袁巨龙
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 精密球双自转研磨方式材料去除率研磨均匀性网格划分
分类号: TG580.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
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内容摘要

精密机械的运转常使用轴承,而轴承球、陶瓷球是轴承的主要元件之一,精密球在精密工程领域发挥着重要作用。然而,成球机理不完善、加工效率低的传统研磨方式越来越不能适应当代科技发展需求。为克服上述不利因素,本研究中心独创性提出双自转研磨方式,它继承了自转角主动控制研磨方式的研磨均匀性优点,使研磨轨迹点在球上分布均匀。为定量评价双自转研磨方式的研磨均匀性,对球坯和研磨盘接触点上的基本材料去除率进行了研究,即单位接触面积,单位力作用,单位相对速度条件下的材料去除量。运用有限元法计算得到轴承钢球和上研磨盘之间的接触应力,由接触应力分别设计了不同加工载荷和转速的轴承钢平面研磨实验,得出材料的基本去除率,作为仿真中球和盘接触点上的材料去除率,为定量评价双自转研磨方式的均匀性奠定了前提条件。本文还对几种不同类型的研磨方式进行了力学特性的分析,得出了双自转研磨方式下的球坯运动方程,根据球坯的运动方程,计算出研磨轨迹,并用计算机仿真精密球球面研磨轨迹的分布。为了进一步对研磨均匀性做定量化分析,提出了对精密球进行网格划分的评价方式,将平面研磨实验得出的轴承钢材料去除规则应用到仿真中,分析双自转研磨方式的研磨均匀性。最后从研磨均匀性角度比较了新型研磨方式和传统研磨方式的区别,并分析了影响研磨均匀性的一些机构参数。为验证双自转研磨方式的研磨均匀性,选取仿真后几组工艺参数组合,在磨球机上进行了研磨均匀性试验研究。在试验过程中,以研磨后的球形偏差为评价指标,验证以上几组组合条件下的研磨均匀性。仿真结果和试验结果表明,在双自转研磨方式下,球坯表面能均匀研磨,且研磨盘转速和加工载荷都对球度有较大影响。最后通过建立研磨过程中单球球形误差修正过程、球坯滑动和碰撞等模型,对研磨成球过程中成球机理及影响因素进行了分析。并探讨了材料去除、设备精度、研磨盘端跳等因素对研磨成球的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
符号说明  11-13
第1章绪论  13-27
  1.1 研究背景  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-22
    1.2.1 研磨成球的基本条件  15-17
    1.2.2 传统的精密球研磨方式  17-19
    1.2.3 非传统的精密球研磨方式  19-21
    1.2.4 精密球研磨过程中研磨均匀性的研究  21
    1.2.5 精密球研磨工艺的研究  21-22
  1.3 球度误差的评价及测量  22-24
    1.3.1 球度误差的评价  22-24
    1.3.2 球度误差的测量  24
  1.4 本课题的研究目标及意义  24-25
  1.5 本文研究内容与创新之处  25
  1.6 论文结构安排  25-26
  1.7 本章小结  26-27
第2章双自转研磨方式材料去除规则的研究  27-44
  2.1 ANSYS 概述  27-28
    2.1.1 ANSYS 主要技术特点  27-28
    2.1.2 接触问题有限元法  28
  2.2 双自转研磨方式下的球—盘接触有限元分析  28-33
    2.2.1 接触非线性分析的步骤  29
    2.2.2 球—曲面接触应力分析  29-33
  2.3 加工实验系统的构成  33-35
    2.3.1 实验装置  33-34
    2.3.2 加工材料的选择  34-35
    2.3.3 测量方法简介  35
  2.4 影响材料去除率的权重实验设计  35-38
    2.4.1 正交实验简介  35-36
    2.4.2 正交实验设计  36
    2.4.3 正交表设计  36-37
    2.4.4 实验设计  37-38
    2.4.5 实验结果分析  38
  2.5 典型材料的单因素实验研究  38-43
    2.5.1 加工载荷变化的轴承钢单因素实验  39-40
    2.5.2 研磨盘速度变化的轴承钢单因素实验  40
    2.5.3 轴承钢磨损方程的确定  40-42
    2.5.4 氮化硅磨损方程的确定  42-43
  2.6 本章小结  43-44
第3章双自转研磨方式研磨均匀性的研究  44-69
  3.1 双自转研磨方式球体的运动分析  44-46
  3.2 球坯表面研磨轨迹分布的仿真过程  46-53
    3.2.1 研磨轨迹点的计算  46-48
    3.2.2 球坯表面研磨轨迹点分布的仿真  48-51
    3.2.3 纯几何条件下的不同研磨方式之间的比较  51-53
  3.3 研磨均匀性的定量评价方法  53-58
    3.3.1 球面的三角划分理论  54-56
    3.3.2 研磨均匀性评价方法的实现  56-58
  3.4 研磨均匀性的仿真计算  58-64
    3.4.1 球坯上加工载荷变化的研磨均匀性仿真  59
    3.4.2 外盘转速变化的研磨均匀性仿真  59-60
    3.4.3 内外盘转速比的研磨均匀性仿真  60-64
  3.5 其它因素对研磨均匀性影响分析  64-67
    3.5.1 V 形槽角度变化对研磨均匀性的影响  65
    3.5.2 球体半径对研磨均匀性的影响  65-66
    3.5.3 偏心距e 对研磨均匀性的影响  66-67
  3.6 双自转研磨方式和其他的研磨方式的定量比较  67-68
  3.7 本章小结  68-69
第4章双自转研磨方式研磨均匀性的试验研究  69-79
  4.1 双自转磨球机概述  69-72
    4.1.1 双自转磨球机的组成  69-70
    4.1.2 双自转磨球机的组成系统  70-71
    4.1.3 磨球机研磨盘参数的设置  71-72
    4.1.4 球坯上压力控制  72
  4.2 研磨均匀性对球度影响的试验研究  72-76
    4.2.1 球度测量方法  72-73
    4.2.2 研磨试验条件  73-74
    4.2.3 球坯所受载荷变化的加工试验  74-75
    4.2.4 外盘转速变化的加工试验  75
    4.2.5 试验结果讨论  75-76
  4.3 双自转研磨方式和传统研磨方式的研磨均匀性试验研究  76-78
    4.3.1 试验条件  76
    4.3.2 试验结果  76-78
  4.4 本章小结  78-79
第5章研磨成球过程的影响因素研究  79-89
  5.1 精密球研磨成球过程研究  79-80
  5.2 球坯的滑动和碰撞对研磨成球的影响  80-83
    5.2.1 球坯相对于研磨盘的滑动  80-83
    5.2.2 研磨过程中球坯之间的碰撞  83
  5.3 精密球研磨成球过程中其它因素的影响分析  83-88
    5.3.1 材料去除量的影响  84
    5.3.2 研磨过程中研磨盘端跳的影响  84-86
    5.3.3 切削深度的影响  86
    5.3.4 研磨盘几何精度的影响  86-87
    5.3.5 安装精度的影响  87
    5.3.6 其他因素的影响  87-88
  5.4 本章小结  88-89
第6章结论与展望  89-92
  6.1 结论  89-90
  6.2 展望  90-92
参考文献  92-95
附录1  95-98
附录2  98-100
致谢  100-101
攻读学位期间参加的科研项目和成果  101

双自转研磨方式下研磨成球机理的研究

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