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、高熱穩定性和化學穩定、無磁等優良的綜合性能,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,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律,并針對現有加載系統的局限性,開發了新型的加載裝置及其控制系統。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量的影響。研究結果表明,采用較小的加工載荷,能夠實現較好的尺寸選擇性,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生。2.為實現高精度的加載要求,提出了一種步進電機驅動蝸輪蝸桿進行精確加壓的裝置,并針對課題組開發的雙自轉精密球體研磨加工設備,進行了新型加載裝置的工程開發。加載系統采用步進電機通過渦輪蝸桿結構下壓使加壓彈簧變形產生壓力,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。完全可以實現陶瓷球精加工的需要。3.進行新型加載方式控制系統設計。載荷控制方法選擇為數字遞推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,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高精度的加載要求,完全可以實現陶瓷球精加工中對載荷控制的需要。