在石油化工、能源工业等领域,球阀是一种应用很广泛的阀门。为了满足耐高温、耐高压、抗热冲击等恶劣工作环境要求,通常在球阀球体上喷涂WC-Co等高硬度涂层材料;为了满足密封性要求,对球体的形状精度要求很高(直径400mm的球体形状误差≤8μm)。这给球阀球体的制造带来了很大的困难。为此,本文首先研究了高硬度回转球面精密加工的方法,进而围绕精密球面磨削的数控技术和磨削试验展开了研究,实现了高硬度回转球面的精密磨削加工。研究了适用于高硬度回转球面精密磨削加工的方法。该方法基于砂轮和工件展成运动原理和机床的高刚度设计实现高硬度球面的柔性加工。通过“四心合一”工艺和自动检测手段保证球体的形状精度。研究了高硬度回转球面精密磨削的数字控制技术,开发了基于PLC和运动控制器的数控精密球面磨床的控制系统,完成了伺服进给(包括磨头进给、回转工作台进给、工件主轴进给和尾座进给)和主轴驱动(包括磨头高速电主轴和工件主轴驱动)的数字控制设计。研究分析了数控软件的整体结构,阐述了数控软件设计的关键技术和人机交互的基本原理,开发完成了高硬度回转球面精密磨削数控软件和人机交互软件。围绕高硬度回转球面的精密磨削进行了试验研究。伺服轴进给精度试验表明进给精度达到了设计指标;静刚度试验表明磨头刚度可以满足一定进给量下的精密磨削加工;磨削工艺试验表明,磨削深度对材料去除率影响最大,工艺参数的变化对球度的影响不大;砂轮工艺试验表明,利用金属结合剂金刚石砂轮进行粗磨,利用树脂结合剂砂轮进行精磨,可以满足较高的加工效率和表面质量要求。研究了高硬度回转球面精密磨削的状态监控技术。基于磨削过程中的振动加速度信号监测砂轮的磨损状态,提出了一种新的特征提取方法,研究表明所提取的特征量对揭示砂轮的磨损状态有较好的灵敏度。其次,研究了恒压力磨削策略,以磨头电流信号作为监控信号建立了恒压力磨削模型,为恒压力自适应磨削打下了基础。