[发明专利]一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法，在该方法中先假设磨粒分布服从瑞利分布，建立磨屑未变形厚度，基于砂轮和工件的相对运动，计算砂轮和磨粒的实际接触长度，考虑砂轮磨粒的重叠效应计算重叠系数，然后建立考虑切屑变形力和摩擦力的磨削力模型，最后用实验反推磨削力模型中的系数。该方法的主要特点考虑了螺纹升角和磨粒重叠系数的影响。该方法得到的高速内螺纹磨削力对内螺纹磨削机理分析具有指导意义。

技术领域

本发明属于内螺纹磨削机理研究领域，涉及一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法，该磨削力包括切削变形力和摩擦力，通过实验计算磨削力模型的系数。

背景技术

超高速磨削是高速磨削技术的飞跃，具有生产效率高、砂轮使用寿命长、磨削表面精度和质量好、磨削力和工件受力变形小、磨削区温度较低等特点，可集粗、精加工于一体，在带来巨大的经济效应、社会效应和绿色特性的同时，也带来了诸多新机理研究和对传统磨削机理的突破性挑战。由于长接杆内螺纹高速磨削冷却困难、主轴-接杆-砂轮振动性差，为了实现内螺纹高效高质量加工，有必要对内螺纹磨削力进行研究。目前关于内螺纹磨削力建模未见报道，由于螺纹升角的存在内螺纹磨削力建模仍是个难点，这是本发明的原因和意义所在。

发明内容

本发明旨在提供一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法。该方法的主要特点是考虑了螺纹升角和磨粒的重叠系数，将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分。

本发明采用的技术方案为一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法，该方法是采用以下技术手段实现的：

S1、未变形磨屑厚度的计算：由于螺纹升角的存在，砂轮的当量直径为考虑磨粒的重叠效应，假设砂轮磨粒形状为圆形，突出高度服从瑞利分布，推导内螺纹磨削过程中未变形磨屑厚度的计算表达式；d_s是砂轮直径，d_w是工件直径，α是螺纹升角。

S2、砂轮-工件接触长度的计算：根据工件和砂轮的相对运动建立实际接触长度。

S3、磨粒重叠系数的计算：先计算考虑重叠效应单个磨粒去除的有效面积，再计算不考虑重叠效应单个磨粒去除的有效面积，考虑重叠效应单个磨粒去除的有效面积与不考虑重叠效应单个磨粒去除的有效面积之比即为磨粒重叠系数。

S4、内螺纹磨削力建模：考虑切屑变形力和摩擦力分别建立切向和径向磨削力模型，通过实验测出不同加工条件下的切向和径向磨削力，带入磨削力理论模型，从而求出磨削力模型中的系数。

附图说明

图1磨削过程接触长度示意图。

图2磨粒重叠示意图。

图3单颗磨粒受力图。

具体实施方式

下面将结合附图更清晰的阐明本发明的方法及实施例。

一种考虑螺纹升角和磨粒重叠系数的高速内螺纹磨削力计算方法，该方法包括如下步骤，

S1.未变形磨屑厚度模型；

不同于普通的内外圆磨削，由于螺纹升角的存在，内螺纹磨削砂轮的当量直径为

其中，d_s是砂轮直径，d_w是工件直径，α是螺纹升角。

工件与砂轮的相对运动将产生纵向弯曲形状的切屑，在砂轮和工件之间的接触弧方向上，切屑厚度从0增加到最大。考虑到磨粒的突出高度在砂轮上分布的随机性以及瑞利分布参数唯一性，用瑞利分布描述切屑厚度，瑞利分布函数为

其中,h为切屑厚度，β为瑞利分布参数。