为提高精密球体的加工精度与加工效率,针对传统立式研球机的机械结构及加工特点,面向批量加工,设计了一种新型料盘外置式立式研球机。通过分析球体加工的运动原理,采用组合创新的方法,确定了新型研球机的总体机械结构,实现了总体方案的创新;根据新型研球机的总体结构方案,对其关键零部件进行了分析与设计;基于对球体几何运动的分析,采用数值仿真技术,对球面加工轨迹进行了仿真分析,结果显示,采用新型研球机研磨板对球体进行研磨加工,可以使球体表面研磨迹线的分布更加均匀。通过对机床总体结构方案及关键零部件的设计与分析,实现了研球机的创新设计。

氮化硅陶瓷球是混合轴承中的关键元件,对于氮化硅陶瓷球的研磨加工,研磨液的选用是获得高质量加工表面的关键因素之一。文中简述了陶瓷球的特性和成球原理,理论分析了陶瓷球在研磨加工过程中的材料去除理论。对研磨液的成分及作用进行分析,对研磨液的作用机理进行分类,为配制氮化硅陶瓷球专用研磨液提供理论基础。

将遗传算法和神经网络两种技术相结合,建立遗传-神经网络插补模型以实现对复杂型面零件插补,该模型兼具神经非线性映射能力和遗传算法快速、收敛学习能力等性能。通过实验分析,验证了遗传-神经网络数控插补的可行性,该方法能够提高复杂型面零件插补的精度及速度。

为提高精密球体的成球精度及研磨效率,针对精密球体研磨盘,提出变径偏沟V形槽的设计结构。通过建立单颗球体的几何运动模型,对球体的几何运动进行分析,获得球体自转角与沟槽偏角及研磨盘沟槽半径之间的关系。以90°槽形角V形槽为例,研究变半径条件下偏沟V形槽结构对研磨等概率的影响规律,结合实际生产情况,提出偏沟V形槽沟槽偏角的合理取值。采用数值仿真技术,对球面加工轨迹和轨迹分布密度进行了仿真分析,结果表明:采用偏沟V形槽对球体进行研磨加工,可以使研磨轨迹的分布更加均匀,从而提高球体的切削等概率性。该结构有利于提高研磨球体的研磨质量与加工效率。

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。

为了满足新型研球机变径沟槽研球板均匀加压的需要,设计一种偏心加压固定板压盘。通过分析固定板压盘的功能需求,采用联想类比法,提出固定板压盘的结构设计方案;运用数值仿真技术,建立固定板压盘的有限元模型,分析压盘的静态与模态特性,获得压盘的变形图、应力云图和固有频率与振型,验证了压盘结构设计的可行性。针对固定板压盘的偏心距大小和进球缺口到压盘中心的距离大小,以结构变形和应力最小为优化目标,通过参数化建模,基于响应面法对