本發明屬于球鉸研磨，尤其涉及一種球鉸鏈球座內球面研磨浮動磨具壓力補償方法。

背景技術：

1、球面是一種重要的工件廓形表面，球鉸鏈作為球面運動機構，由球座、球軸頸、球壓蓋三部分組成，球軸頸在一定的范圍內實現自由轉動，無卡滯、無竄動現象，球面接觸為60％-80％。現有的加工技術，是工人師傅純手工刮研，且對操作者的技能水平要求較高，生產效率低，無法滿足批量生產需求。開發自動研磨技術是解決當前存在的技術的不足，球面高速研磨主要是在球面高速研磨機上進行，球座安裝在研磨機的主軸上，在磨具表面涂覆一層研磨劑，將磨具裝在研磨機磨具安裝位置的壓力件處，通過壓力件施壓磨具向球座內球面施加研磨壓力，并允許磨具繞自身回轉中心旋轉，同時驅動磨具的研磨球頭部位向球座的球心靠近，并繞球座球面球心o實現擺動。

2、在研磨過程中，球座在主軸上做主動旋轉運動，磨具在球座上方的內球面內做隨動旋轉運動。隨著磨削量的去除，參數變化，現有的磨削效果不佳，磨削效率不高，為了改變這一狀態，有必要研究分析球面研磨過程中的磨具球座間的受力情況，消除研磨過程中，隨著磨削量的去除參數發生變化后作用力誤差補償的方法。實現球面高速研磨，滿足技術要求，以提高生產效率。

技術實現思路

1、本發明針對現有技術的不足，提出一種球鉸鏈球座內球面研磨浮動磨具壓力補償方法。

2、本發明的上述目的通過以下技術方案來實現：

3、一種球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，設定球座繞自身旋轉軸z轉動，在摩擦力矩作用下，浮動磨具繞自身軸z′轉動，且球座轉軸z不與磨具轉軸z′重合；包括如下步驟：

4、步驟1、確認球面各研磨點的法線方向與磨具轉軸的夾角φ；

5、步驟2、根據球面研磨點的法線方向與磨具轉軸的夾角φ，建立壓力補償數學模型，包括：

6、2.1、利用對浮動磨具施加的壓力n，計算出球座內球面受到的正壓力q；

7、2.2、利用磨具表面與球座內球面產生的摩擦力，計算出磨具的旋轉力矩；

8、2.3、球面研磨中設定磨具壓力件與磨具接觸為平面接觸，算出壓力件與磨具之間的摩擦阻力矩。

9、步驟3、在實際研磨作用中，根據建立的壓力補償數學模型對輸入給磨具的壓力時時進行調整，實現壓力補償。

10、而且，步驟1中，φ角的獲取方法為：利用高精度的三坐標測量儀測量球座，均勻采集大量離散點的三標數據；三坐標數據經過逆向工程軟件處理，構建出研后球面的精確數學模型，然后通過ansys軟件算法，可得出球面上各點的法線方向及壓力分布情況，軟件直接獲得合力的大小及角。

11、而且，步驟2.1中，球座內球面受到的正壓力q為：

12、

13、其中，r為球座的內球面半徑，與模具的球頭半徑相等。

14、而且，步驟2.2包括

15、2.2.1、根據摩擦定律，得出球座內球面單位面積上的摩擦力表達式為：

16、

17、其中μ—摩擦系數；

18、—接觸球面相對研磨速度方向上的單位矢量；

19、公式前的負號表示摩擦力與相對研磨速度的方向相反；

20、2.2.2、通過球座和磨具的相對運動，利用空間活動的關系，計算出由摩擦力產生浮動磨具的旋轉力矩，旋轉力矩等于摩擦力對z′軸力矩的代數和，則：

21、

22、則m為：

23、

24、其中:軸向單位矢量，

25、—磨具繞z′軸轉角速度矢量；

26、-磨具轉動的力矩半徑矢量。

27、而且，步驟2.3中，在研磨過程中摩擦旋轉力矩與輸入磨具的壓力值n有關；輸入給磨具壓力的壓力件與磨具之間的摩擦阻力矩m0，壓力件與磨具的壓力輸入端面為平面接觸，則m0的計算根據力矩平衡條件為m0＝m。

28、本發明具有的優點和積極效果為：

29、本發明補償方法通過建立補償模型，依據該補充模型，球鉸鏈內球面在高速研磨時，利用輸入件調節輸入力的變化，使作用于浮動磨具的壓力隨著磨削量的去除發生的變化而改變，實現浮動磨具作用力的誤差補償，保證摩擦的不變和各摩擦參數的不變，消除磨削累計深度的誤差變化產生作用力的改變，確保磨削的效果和效率。

技術特征：

1.一種球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，其特征在于，設定球座繞自身旋轉軸z轉動，在摩擦力矩作用下，浮動磨具繞自身軸z′轉動，且球座轉軸z不與磨具轉軸z′重合；包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，其特征在于：步驟1中，φ角的獲取方法為：利用高精度的三坐標測量儀測量球座，均勻采集大量離散點的三標數據；三坐標數據經過逆向工程軟件處理，構建出研后球面的精確數學模型，然后通過通過ansys軟件算法，可得出球面上各點的法線方向及壓力分布情況，軟件直接獲得合力的大小及角。

3.根據權利要求1所述的球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，其特征在于：步驟2.1中，球座內球面受到的正壓力q為：

4.根據權利要求3所述的球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，其特征在于：步驟2.2包括：

5.根據權利要求4所述的球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，其特征在于：步驟2.3中，在研磨過程中摩擦旋轉力矩與輸入磨具的壓力值n有關；輸入給磨具壓力的壓力件與磨具之間的摩擦阻力矩m0，壓力件與磨具的壓力輸入端面為平面接觸，則m0的計算根據力矩平衡條件為m0＝m。

技術總結
本發明涉及一種球鉸鏈內球面研磨浮動磨具作用力補償方法，設定球座繞自身旋轉軸Z轉動，在摩擦力矩作用下，浮動磨具繞自身軸Z′轉動，且球座轉軸Z不與磨具轉軸Z′重合；包括：1、確認球面各研磨點的法線方向與磨具轉軸的夾角φ；2、根據球面研磨點的法線方向與磨具轉軸的夾角φ，建立壓力補償數學模型，包括：利用對浮動磨具施加的壓力N，計算出球座內球面受到的正壓力q；利用磨具表面與球座內球面產生的摩擦力，計算出磨具的旋轉力矩；球面研磨中設定磨具壓力件與磨具接觸為平面接觸，算出壓力件與磨具之間的摩擦阻力矩；在實際研磨作用中，根據建立的壓力補償數學模型對輸入給磨具的壓力時時進行調整，實現壓力補償，確保了磨削的效果和效率。

技術研發人員：范志成,尹灤,呂軒昊,張彬,王晨旭
受保護的技術使用者：中國船舶集團有限公司第七〇七研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24