[发明专利]一种平行金刚石砂轮表面形貌的三维建模方法

说明书

本发明公开了一种平行金刚石砂轮表面形貌的三维建模方法，步骤如下：定义平行金刚石砂轮模型和磨粒模型；根据砂轮表面形貌测量与砂轮浓度计算得到磨粒平均间距；对砂轮进行立方体网格划分，建立立方体虚拟格子；球形磨粒初始定位在立方体的中心，使球形磨粒在虚拟格子中随机移动；用定义的实际磨粒替换球形磨粒，并进行不同方向的翻转实现方向偏移；定义结合剂表面，得到板状砂轮表面形貌模型；对板状砂轮表面形貌模型进行环形折弯，得到平行金刚石砂轮表面形貌模型。本发明采用多种形状的磨粒，并考虑磨粒尺寸、磨粒间距、磨粒分布建立砂轮表面形貌模型，该模型更接近实际平行金刚石砂轮表面形貌，能更准确地评价和预测砂轮的磨削性能和结果。

技术领域

本发明涉及砂轮表面形貌仿真领域，特别涉及一种平行金刚石砂轮表面形貌的三维建模方法。

背景技术

磨削加工在微观上可视为单颗磨粒的切削过程，在宏观上则可视为大量离散分布在砂轮表面的磨粒切削加工的整体效果。由于砂轮表面磨粒数量多，其切削刃的形状、尺寸、位置、角度随机多样，砂轮高速运动以及磨削工艺参数变化等，使得磨削加工过程变得极其复杂，难以进行全面的砂轮与工件状态变化的测量和监测，使得研究磨削加工机理异常困难。砂轮表面形貌的三维仿真技术可以建立逼真的虚拟磨削环境、磨床、砂轮以及工件等，综合考虑多种磨削参数的作用，模拟实际磨削加工过程，从而揭示磨削过程中诸多现象的本质和物理量的变化规律。

Chen等假设磨粒随机分布在砂轮结合剂中，考虑磨粒尺寸、磨粒间距以及理想修整刀具修整砂轮产生的磨粒破碎与脱落现象，从而得到砂轮表面形貌的仿真模型。Koshy等采用随机模拟方法进行了金刚石砂轮形貌建模，基于磨粒尺寸和浓度得出磨粒出刃高度分布、静态平面磨粒密度、磨粒间隔分布和出刃磨粒投影面积百分比。Hou等基于砂轮表面磨粒正态分布，不考虑修整对磨粒分布的影响，分析磨削过程中实际接触磨粒数、砂轮压痕指定深度下的单位实际切削磨粒数、接触切削磨粒最小直径、单位时间切屑去除体积。吕长飞等针对磨粒高度为非高斯随机分布，采用Johnson变换和Gabor小波变换在随机域内对砂轮表面形貌进行了仿真。Doman等在分析砂轮表面形貌建模研究现状的基础上，提出了一种综合考虑磨粒分布和修整作用的三维砂轮形貌建模方法。宿崇等采用随机空间平面切分实体的方法生成了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒，提出虚拟格子法实现了磨粒空间位置的随机分布，构建了陶瓷CBN砂轮表面形貌模型。刘月明等根据磨粒的大小和分布建立球形磨粒在空间随机运动的数学模型，并创建三维砂轮表面形貌模型，将球形磨粒转化为不规则六面体，同时建立单点金刚石笔修整模型，并将其引入砂轮表面形貌模型中。

近年来基于砂轮表面形貌建模有一定研究，但表征参数尚未形成统一的标准，且对磨粒形状、尺寸的定义比较简单。砂轮表面形貌的三维仿真中磨粒形状多选用球体、圆锥体、球头圆锥体、多棱锥体等几何体进行模拟，与实际磨粒存在较大差异；实际磨粒是多种形状磨粒的混合，而不是一种形状的磨粒。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种操作简单、准确度高的平行金刚石砂轮表面形貌的三维建模方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种平行金刚石砂轮表面形貌的三维建模方法，包括以下步骤：

步骤一：定义平行金刚石砂轮模型和磨粒模型；

步骤二：基于正态分布方法定义磨粒粒径尺寸，并根据砂轮表面形貌测量与砂轮浓度计算得到磨粒平均间距；

步骤三：定义砂轮为板状，基于得到的磨粒平均间距，对砂轮进行立方体网格划分，建立立方体虚拟格子；

步骤四：用球形磨粒代替实际磨粒进行处理，球形磨粒初始定位在立方体的中心，使球形磨粒在虚拟格子中随机移动；

步骤五：用定义的实际磨粒替换球形磨粒，并进行不同方向的翻转实现方向偏移；

步骤六：定义结合剂表面，得到板状砂轮表面形貌模型；