面向高精度球体高效高一致性加工的变曲率沟槽研磨新方法研究

High Precision balls are the key components for high-level fundamental machine parts, such as high performance bearings, high precision ball screws, and high precision linear guides. A key challenge in batch manufacturing of high precision balls is high efficiency and high consistency. A novel lapping method based on variable-radius groove for precision ball batch manufacturing is proposed in this project: The spin angle of ball is continuously changed with the variation of the groove radius as the ball moving along the groove. As a result, the ball surface can be lapped evenly, and high efficiency and high consistency lapping of a bath of precision can be realized by employed cycling feeding transporter. Theoretic analyses, numerical simulations and machining experiments are employed to focus on rules of radius variation of groove, sphere shaping process, and the machining mechanics. A quantitative analysis and evaluation method will be established, and optimized groove structure and processing parameters will be obtained. This project will provide a theoretical and process foundation for the new batch manufacturing method of high precision balls. It has a great scientific importance and engineering value towards high-level fundamental mechanical components manufacturing in our country.

高精度球体是高性能轴承、高精度滚珠丝杆、高精度直线导轨等高端机械基础部件的关键元件。高效率、高一致性是高精度球批量加工面临的主要难题。本项目提出了一种基于变曲率沟槽实现高精度球体批量加工的新方法：球体随着沟槽曲率半径的变化，作自转角连续变化的研磨运动，使研磨迹线均匀包络整个球面，并通过循环机构实现一批球的高效高一致性精密加工。本项目将采用理论分析、数值仿真及加工实验相结合的方式，重点研究磨盘沟槽曲率变化规律、成球过程和加工机理。建立加工效果定量分析和评价方法，并获得优化的磨盘沟槽结构和加工工艺参数，为高精度球体批量加工新方法提供理论和工艺依据，对发展我国高端机械基础件制造技术具有重要的科学意义和工程应用价值。

本项目针对高精度球批量加工高效率、高一致性差的主要难题，提出了变曲率沟槽球体高效高一致性批量加工方法，通过理论分析、计算机仿真和加工实验相结合的方式建立了加工过程工件运动学模型，提出了球面加工轨迹均匀性的定量分析方法，将球面加工轨迹与球面材料去除相结合，建立了球度误差预测仿真模型，研制了变曲率沟槽球体超精密加工设备，开发了高精度球体超精研和抛光技术，提高了球体的形状精度、表面质量及其批一致性。实现了国家标准《GB/T308-2002》和国际标准ISO3290规定的G5级球体（圆度误差优于0.13μm，表面粗糙度Ra优于14nm）的高一致性超精密加工。.本项目已发表学术论文14篇，其中被SCI收录3篇，被EI收录1篇。已授权专利6项，其中发明专利2项，实用新型4项，获软件著作权3项。已毕业硕士生10人，在读硕士生1人，已毕业博士生1人，在读博士生1人，在读博士后1人。本项目组组织承办了国际学术会议10次，国内学术会议1次。本项目组成员参加了国内学术会议5次，国际学术会议5次，做国际会议大会主题报告3次。项目成果获2016年度浙江省科技进步一等奖1项。