基于虚拟样机技术精密球体研磨均匀性仿真与试验研究

论文摘要

精密球是轴承、阀门、流量计、陀螺、测量仪器等设备的重要元件,是工业基础件。尤其是陶瓷球由于其极为优良的综合性能在球体轴承的应用上获得很大成功。但球体的精度及其一致性对所组装的精密功能部件性能起重要作用。所以精密机床、仪器等行业对高精度运动部件的巨大需求,使精密球体的需求量迅速增加,迫切需要能实现球体高效高精度批量加工的成套技术与设备及合理的加工工艺参数。针对上述情况,浙江工业大学超精密加工研究中心提出了双自转研磨方式,在极大程度上提高了加工精度与效率,从成球原理和加工工艺上解决了传统球体加工普遍存在的加工精度一致性差,加工效率低的难题。但是关于双自转研磨方式在球体研磨均匀性方面研究还不完善,有待进一步深入研究。本文以虚拟样机技术为主要研究手段,应用ADAMS软件构建了双自转研磨机构的虚拟样机模型,对双自转研磨方式的成球过程进行动态仿真分析,深入了解双自转研磨方式的成球过程,主要通过研磨均匀性函数标准差值对球体研磨的均匀性进行了研究。在之前研究成果的基础上,通过ADAMS参数化设计方法,分析了球面网格划分密度对研磨均匀性标准差值的影响,得出了评定研磨均匀性合理的网格划分密度,这为后续研磨均匀性研究提供了正确保证。讨论了沟槽偏角、球径与公转半径之比λ,0和下内外盘的转速值大小对研磨轨迹均匀性的影响。通过单因素仿真试验得出了研磨均匀性标准差值最小情况下的沟槽偏角、λ0和下内盘转速的一组最佳参数组合,并得到了特定尺寸大小的研磨盘可以加工球体大小最优范围。最后通过球体加工试验对这一组参数组合进行了检验,证明了仿真结果的正确性,明显改善了球体的加工精度。这为双自转研磨方式的后续研究工作,为在实际批量生产中的精密球体加工工艺设计等方面提供了理论和技术指导。

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
• 1.2.1 球体研磨的成球机理
• 1.2.2 球体研磨方式现状分析
• 1.2.3 球体研磨轨迹和均匀性研究
• 1.3 虚拟样机技术和ADAMS软件简介
• 1.3.1 虚拟样机技术简介
• 1.3.2 ADAMS简介
• 1.4 本课题的研究目标及意义
• 1.5 本文研究内容与论文结构安排
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 论文结构安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 双自转方式下球体运动学和动力学理论分析
• 2.1 单个球的运动学分析
• 2.2 单个球的动力学分析
• 2.2.1 对球体进行受力分析
• 2.2.2 无打滑研磨运动的动力学分析
• 2.3 球体无打滑研磨运动的坐标变换和研磨轨迹理论
• 2.4 本章小结
• 第3章 ADAMS的虚拟样机建模及研磨均匀性评定
• 3.1 双自转球体研磨机构介绍
• 3.2 研磨盘结构参数的设计要求
• 3.3 模型的简化与虚拟样机的建立
• 3.3.1 双自转球体研磨机构的简化
• 3.3.2 双自转球体研磨机构虚拟样机的建立
• 3.4 研磨机构样机模型验证
• 3.5 球体三角网格划分理论
• 3.6 用曲面三角形划分方式来评价研磨均匀性
• 3.6.1 研磨均匀性评价基本理论
• 3.6.2 球面网格划分密度对研磨均匀性评价的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 精密球体加工研磨轨迹均匀性的参数化仿真研究
• 4.1 虚拟样机的参数化设计
• 4.2 下内外盘转速大小对研磨均匀性影响
• 4.3 研磨盘沟槽形状对加工球体研磨均匀性影响
• 4.4 通过研磨均匀性划定研磨盘加工球体尺寸区间
• 4.5 本章小结
• 第5章 双自转研磨方式下球体加工试验研究
• 5.1 试验系统的组成
• 5.2 试验条件
• 5.3 试验数据的测量与处理
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 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