空心不锈钢球体平面研磨加工方法与工艺研究

论文摘要

精密空心不锈钢球体是精密浮球控制设备中的关键部件,球度偏差和表面粗糙度的好坏直接影响着控制设备的密封效果,在精密设备和精密加工中具有十分重要的地位。传统针对实心硬质材料球体的研磨加工方式,由于压力分辨率过低、生产效率低等原因并不适用于轻质空心不锈钢球体的批量研磨加工,因此,本文提出主动驱动式平面加工方法对空心不锈钢球体进行加工。为了解决空心不锈钢球体在普通平面研磨设备上稍加载荷时产生打滑,导致球面研磨不均匀、加工效率低、加工精度低的问题,本文采用主动驱动式平面加工方法,使得球体在研磨过程中始终处于被迫运动状态。通过调节研磨盘转速和保持架的摆动速率的组合实现球坯表面研磨轨迹均匀化。基础理论方面,通过对球坯的运动学分析和力学分析,建立运动学方程和力学方程,发现球坯的运动规律和受力状态。用MATLAB软件分析运动学方程中参数间的关系。用ADAMS软件建立球坯研磨过程中的动力学模型,仿真球坯表面研磨轨迹,并分析研磨压力、研磨盘转速、保持架摆动速率因素对研磨轨迹分布的影响。在该种研磨方式下,研究球度以及分析影响球度的因素。设计方面,在普通单面研磨抛光设备的基础上,设计一套主动驱动装置以适应空心不锈钢球体的平面研磨加工。实验方面,以050mm空心不锈钢球作为研究对象。通过正交实验法对空心不锈钢球研磨加工的工艺参数(研磨盘转速、磨料浓度、保持架摆动速率)进行优化,并讨论主要研磨加工参数对球体球度和表面粗糙度的影响,以获得最佳的工艺参数组合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 研磨成球机理
• 1.2.2 研磨成球的基本条件
• 1.2.3 实心硬质材料球体研磨研究
• 1.2.4 空心球体研磨研究
• 1.2.5 各类研磨球体方式比较
• 1.3 课题的研究目的与意义
• 1.4 课题研究内容及论文框架
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 论文结构安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 平面研磨方式原理及样机的研制
• 2.1 平面研磨方式工作原理
• 2.1.1 平面研磨方式介绍
• 2.1.2 平面研磨方式下球坯的几何运动分析
• 2.1.3 研磨动力学分析
• 2.2 平面研磨原理样机的研制
• 2.2.1 平面研磨加工装置的系统构成
• 2.2.2 平面研磨加工实验装置
• 2.2.3 驱动装置主要参数计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 平面研磨方式下球面研磨轨迹仿真研究
• 3.1 ADAMS虚拟样机简介及优势
• 3.2 模型的建立
• 3.2.1 建模思路与步骤
• 3.2.2 建模过程
• 3.2.3 模型仿真数据的采集
• 3.3 平面研磨方式下研磨轨迹的研究
• 3.3.1 定义研磨轨迹
• 3.3.2 研磨盘转速对研磨轨迹的影响
• 3.3.3 摆动电机转速对研磨轨迹的影响
• 3.3.4 研磨压力对研磨轨迹的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 平面研磨方式下球度仿真的研究
• 4.1 球度误差测量与评价
• 4.1.1 球度误差的测量
• 4.1.2 最小二乘法
• 4.2 研磨球的选择
• 4.3 研磨压力计算
• 4.4 球体加工中的切削因素
• 4.5 球度仿真
• 4.5.1 坐标转换和球面区域划分
• 4.5.2 球面各区域轨迹点密度及球度计算
• 4.6 优化影响球度的参数
• 4.6.1 研磨盘转速
• 4.6.2 摆动电机转速
• 4.6.3 研磨压力
• 4.7 本章小结
• 第5章 空心不锈钢球体平面研磨方式的工艺实验研究
• 5.1 实验条件与实验工艺参数的选择
• 5.1.1 实验条件
• 5.2 实验设计方法
• 5.2.1 实验水平的选择
• 5.2.2 正交表及实验的设计
• 5.2.3 实验数据的记录
• 5.3 实验数据评价
• 5.4 实验结果分析与讨论
• 5.4.1 实验数据计算
• 5.4.2 水平平均响应分析
• 5.4.3 球度的方差分析
• 5.5 实验验证
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果