由于先進陶瓷材料低密度、高硬度、高剛度、高耐磨損性和低熱膨脹系數(shù)、高熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定、無磁等優(yōu)良的綜合性能,氮化硅等陶瓷球已被廣泛地用于高速、高精度及特殊環(huán)境需求軸承的滾動體。加工載荷被認為是陶瓷球研磨最重要的加工參數(shù),直接影響了陶瓷球研磨過程中的成球過程、加工效率以及加工質(zhì)量。本文主要以氮化硅Si3N4陶瓷球為研究對象,探討了加工載荷對加工過程的影響規(guī)律,并針對現(xiàn)有加載系統(tǒng)的局限性,開發(fā)了新型的加載裝置及其控制系統(tǒng)。本文主要工作和取得的成果如下:1.為掌握不同加工載荷條對陶瓷球加工過程的影響,采用理論分析、實驗研究、數(shù)值仿真的方法討論了不同載荷條件陶瓷球成球過程、表面材料去除形式以及表面質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明,采用較小的加工載荷,能夠?qū)崿F(xiàn)較好的尺寸選擇性,從而提高球形誤差的修正效果。當載荷較大或磨粒濃度較低時,材料主要以二體磨損的形式去除。反之材料主要以三體磨損的形式去除。當材料以二體形式去除時,材料去除率較高。陶瓷球表面材料主要是以材料的脆性裂紋的形式去除的。較小的研磨壓力有利于獲得較好的表面粗糙度,減少裂紋等表面損傷的產(chǎn)生。2.為實現(xiàn)高精度的加載要求,提出了一種步進電機驅(qū)動蝸輪蝸桿進行精確加壓的裝置,并針對課題組開發(fā)的雙自轉(zhuǎn)精密球體研磨加工設備,進行了新型加載裝置的工程開發(fā)。加載系統(tǒng)采用步進電機通過渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)下壓使加壓彈簧變形產(chǎn)生壓力,并通過壓力傳感器測定壓力值。渦輪蝸桿減速箱具有自鎖功能,從而保證上研磨盤的壓力恒定。加載裝置最大加載力為10kN,加載精度為5‰,最小加載力為50N。完全可以實現(xiàn)陶瓷球精加工的需要。3.進行新型加載方式控制系統(tǒng)設計。載荷控制方法選擇為數(shù)字遞推PID控制算式;加載控制器MCU采用Cygnal的C8051F單片機;選擇110BYG步進電機;選擇UCN5804B集成電路芯片作為電機驅(qū)動芯片;選擇了加速度傳感器和壓力傳感器。選擇裝配完成后的加載裝置最大加載力為10kN,加載精度為5‰,最小加載力為50N。4.雙自轉(zhuǎn)研磨加工設備的新型加載方式對球坯進行了研磨實驗,并與原加載研磨方式下毛坯研磨結(jié)果進行了比較。通過測量加工后球的球度、表面粗糙度等參數(shù),毛坯球在新型加載方式下的球度、表面粗糙度都比原加載研磨方式下球體加工效果要好,兩種加載方式下球體去除率相差不大。通過理論分析和實驗驗證,所設計的新型加載方式可實現(xiàn)高精度的加載要求,完全可以實現(xiàn)陶瓷球精加工中對載荷控制的需要。
