[发明专利]一种磨粒切厚分布求解方法及其在磨削工艺设计上的使用方法

说明书

本发明公开了一种磨粒切厚分布求解及其在磨削工艺设计上的使用方法，求解方法包括A：构建数字化砂轮，B、磨粒轨迹轮廓计算，C、工件离散，D、磨粒切厚分布计算；该方法应用在磨削工艺设计上的应用方法具体是根据加工结果设定目标磨粒切厚分布，然后根据目标切厚分布约束得到优选砂轮磨粒参数，进而以优选砂轮磨粒参数制备实际砂轮并对其测量得到实际砂轮上的磨粒参数，再将实际砂轮磨粒参数为输入再次结合加工结果进行磨削用量优选。采用优选参数制造的实际砂轮与优选磨削用量搭配进行磨削加工，可以高效高质量低成本低获得预期加工结果。

技术领域

本发明涉及磨削领域。

背景技术

磨削加工是零件高尺寸精度、高表面质量的主要加工手段，是先进制造技术的重要组成部分。磨削过程的控制与加工结果的准确预测对高效精密磨削加工技术至关重要。磨削加工是众多磨粒在结合剂把持下分别实现微切削，进而从宏观上去除工件材料的加工方式。换句话说，磨削加工是工具上材料宏观层面的去除，在微观上实实在在是每颗磨粒切削完成的。因此，每个磨粒切削厚度值一直是磨削过程和磨削结果的关键控制量。

目前业界主要采用单颗磨粒最大未变形切屑厚度来作为每颗磨粒切削厚度表征。但是现有的单颗磨粒最大未变形切屑厚度基于砂轮表面上所有磨粒均匀分布且大小、形态、出刃高度均一致的理想状态假设。换句话说，是假定砂轮上每颗磨粒的切削量均匀一致的。然而，众所周知，实际上砂轮表面上磨粒众多且出刃高度、大小、刃形均并不一致，也就是说实际加工中砂轮表面上磨粒的切削厚度并不一致。这也正是用单颗磨粒最大未变形切屑厚度控制磨削过程时往往与预期偏差甚大的根本原因。事实上，业界也已经发现了单颗磨粒最大未变形切屑厚度计算方法存在原理性假设缺陷。也正因为如此，业界也开始寻找更好的磨粒切削厚度求解方法。美国Markin教授将磨粒在砂轮表面三维的随机性简化成平面内(垂直与砂轮轴向的平面)磨粒分布不均匀、不等高，进而提出了平面内磨粒切削厚度的求解公式，但本质也还只是考虑平面内(即二维的随机性)。因此，寻找更接近实际的磨粒切厚分布方法倍受业界期待。

另一方面，传统磨削过程优化都是根据给定砂轮进行，这种磨削过程优化难度很大，且很难达到效果。能否找到“一种以加工结果为目的进行砂轮磨粒参数设计，然后制造出来，再根据制造出来的砂轮结合加工目的进行优化磨削用量，再进行磨削加工”成为业界关注的热点和殷切的期待。

发明内容

本发明提供了提供了一种磨粒切厚分布求解方法及其在磨削工艺设计上的使用方法，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

一种磨粒切厚分布求解方法，包括如下步骤：

步骤A、构建数字化砂轮：将砂轮表面的磨粒参数表示成一个矩阵{G_jk}_p×q，p×q是指矩阵{Φ}为p行q列矩阵，即砂轮外圆有p行q列磨粒分布，元素G_jk表示磨具表面的第j行第k列颗磨粒，G_jk＝{X^jk，z^jk，d_g^jkh^jk}；X^jk表示磨粒G_jk在磨具圆周方向的位置坐标，Z^jk表示磨粒G_jk在磨具轴向方向的位置坐标，dg^jk表示磨粒粒径，h^jk表示磨粒的出刃高度；将砂轮表面磨粒参数导入矩阵{G_jk}_p×q；

步骤B磨粒轮廓轨迹计算：坐标系XYZ固定在工作台面上，X方向为工件的平移方向，Z方向与砂轮的轴向(砂轮宽度)方向一致，Y方向与工作台面法向相同，坐标系原点放置在工作台面中心位置合；对于平面磨削，磨具以速度v_s旋转，并以速度v_w相对工件移动；t时刻磨粒G_jk球心在XYZ坐标系中的运动轨迹方程为：