对双自转式球体研磨机构V形槽夹角的仿真研究

　　精密球是圆度仪、陀螺、轴承和精密测量中的重要基础元件[1]。随着高精密仪器设备的快速发展,对精密球的要求越来越高,传统的精密球加工方法已不适合高精密球体的加工[2]。为了解决这些问题,浙江工业大学袁巨龙教授等人提出了双自转球体研磨方式[3]。

　　双自转球体研磨机构采用三研磨盘V形槽结构(如图1所示),包括上盘、下内盘和下外盘。上盘实现对球体的压力加载,下内盘和下外盘支撑球体并转动,其转速分别独立控制,2个下盘之间可形成V形槽。该设备的优点在于可以使球体研磨轨迹较均匀地分布整个球面,并根据球径大小改变材料去除量和去除率,满足切削等概率性和尺寸选择性,从而实现高效率、高精度、高尺寸一致性的球体加工[4]。

　　图1　双自转球体研磨机结构示意图

　　本文旨在研究V形槽夹角对双自转研磨成球过程的影响,即应用ADAMS软件建立双自转球体　研磨机构的三维模型,在不同V形槽夹角条件下进行成球过程仿真,对各个仿真结果进行分析和讨论。

　　1　ADAMS建模与仿真

　　1.1　ADAMS建模

　　图2中,RA,RB,RC分别为3个盘球接触点到旋转中心的距离;rb为球的半径;α为下外盘内侧边缘的倒角;β为下内盘外侧边缘的倒角;ωB,ωC分别是下外盘和下内盘的转速;ωb为球的自转角速度;ω为球的公转角速度;θ为球的自转角。

　　图2　双自转式磨球运动学原理

　　ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Me2chanical Systems)是一款用于机械系统运动学和动　力学分析的专业软件。依据图1所示的双自转式球体研磨机结构示意图和图2所示的双自转式磨球运动学原理图,建立双自转式球体研磨机的三维模型,如图3所示,其中V形槽夹角由下外盘内侧倒角α和下内盘外侧倒角β构成。

　　1.2　仿真条件

　　依据双自转式磨球原理,下外盘转速(见图4)和下内盘转速存在如下计算关系:

　　1.3　ADAMS仿真

　　为了研究V形槽夹角对球体研磨的影响,本文对不同V形槽夹角(即不同的α和β角度组合,见表2、表3)条件下的成球过程进行仿真,并观察了如下3个运动参数的变化:自转角θ、自转角速度ωb和公转角速度ω。

　　2　仿真结果的分析和讨论

　　2.1　仿真结果

　　在不同α和β角度组合条件下得到的自转角θ、自转角速度ωb和公转角速度ω3个运动参数的变化曲线如下。

　　1)对自转角θ的影响,如图5所示。α不变,β增大时,自转角变化的上峰值增大,下峰值变化不大,自转角变化区间变大;α增大,β不变时,自转角变化的上峰值、下峰值及变化区间均没有较大变化,只是在加工过程后半段自转角变化均匀平缓。