高精度球体是制造高精度轴承的关键零部件之一,广泛应用于精密机床设备和检测设备中。加工载荷是球体加工中最重要的加工参数之一,对球体表面质量和球形误差等有着重要影响,而传统球体加工机床加压系统普遍采用液压加压系统,无法实现载荷的精确控制,对最终成球质量造成一定影响。为解决传统机床加压系统无法精确控制载荷的问题,本文提出了一种新型机械加压系统,采用两组弹簧分段加压的方式实现了载荷的精确控制:并进一步分析其加压误差来源,优化结构设计,使其满足理论所需的加压精度要求。为确定加压系统对加压精度的需求,通过建立双自转研磨方式下球体运动学、力学模型,得到球体做无打滑研磨运动条件下单球所需的最小载荷公式,并测试了油基条件下球体表面摩擦磨损特性,分析得到加压系统所需的加压精度为0.86%FS(满量程百分比)。为满足加压系统加压精度需求,开发了一套采用步进电机驱动,两组弹簧分段加压的新型机械加压系统;并通过建立新型加压系统力学模型并结合测量结果,对加压系统误差来源进行了分析,发现静摩擦力引起的误差是加压精度误差的主要来源,球体振动引起的误差是加工前期控制精度误差的主要来源。针对所分析的误差来源,对加压系统进行了两个方面的改进,主要包括上磨盘调平和弹簧组优化;并对优化弹簧组进行静力学与动力学仿真分析,分析表明,在弹簧组个数为6个,安装半径为180mm的条件下,加压系统的加压均匀性与稳定性最好;改进后加压系统的加压精度达到0.67%F·S,满足加压系统加压精度要求。为验证改进后加压系统的加压性能,在采用更低单球载荷的条件下,对G10级的氮化硅陶瓷球进行了研磨加工实验。实验结果表明,G5级球成球率达到93%,G3级球成球率达到72.5%,且质量优于采用传统加压系统所生产的陶瓷球。