[发明专利]一种杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力预测方法及预测系统

说明书

本发明属于曲面磨削加工技术领域，公开了一种杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力预测方法及预测系统，杯形砂轮曲面磨削加工过程中单颗磨粒的磨削轨迹l以及磨削接触面积S的获取；单颗磨粒沿磨削轨迹l方向上的磨削深度asubgt;p/subgt;以及临界磨削深度asubgt;pc/subgt;的获取；单颗磨粒的磨削力模型的获取；单位面积内总磨粒数Nsubgt;stat/subgt;有效磨粒数Nsubgt;act/subgt;的获取；曲面磨削总磨削力的计算。本发明可以在已知法向力的情况下，同时得到切向力的预测值；通过改变磨削参数，进而完成对磨削力控制。本发明计算结果精确，精确的磨削力预测方法可以用于对砂轮寿命的评估，对磨削温度场分析有重要意义。通过本发明可以对自动化曲面加工的砂轮寿命进行监测。

技术领域

本发明属于曲面磨削加工技术领域，尤其涉及一种杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力预测方法及预测系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

风电叶片及涡轮机叶片等大型曲面工件在自动化磨削加工过程中磨削力难以做到实时监测，而磨削力是解释磨削过程的最重要参数。现今的机器人末端恒力执行器在曲面磨削加工中仅能够保证单向力恒定输出，无法做到同时预测和控制打磨过程中其他各向磨削力数值，因此建立完整且精确的曲面磨削加工磨削力预测方法显得尤为重要。在曲面工件磨抛工具的选择方面，杯形砂轮具有比平行砂轮更高效的优势。综上，建立杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力预测方法意义重大。

目前，关于磨削力预测的研究方法主要分为两类：解析式法和经验公式法。解析式法更多的应用于科学研究当中解释磨削现象(如磨削温度场，刀具寿命等)，做定性分析；经验公式更多应用到实际工业生产当中。杯形砂轮的几何外形和磨削方式与平形砂轮有很大区别，因此两者的磨削力预测方法差别较大，目前关于平行砂轮磨削力方法的研究成果较多，而杯形砂轮相关的成果较少。关于杯形砂轮磨削力预测方法的研究目前有：

吴琦等,杯形砂轮精密磨削WC-Co涂层的磨削力.南京航空航天大学学报(英文版),2007.24(2):第134-138页；以及Fujiwara,T.,et al.,Study on Grinding ForceDistribution on Cup Type Electroplated Diamond Wheel in Face Grinding ofCemented Carbide.Advanced Materials Research,2014.1017:p.9-14。

以上研究均是针对杯形砂轮平面磨削得到的磨削力预测方法及磨削力分布模型，但是并没有讨论曲面磨削加工的磨削力预测方法相关的研究，并且所描述的磨削力预测方法精度较低无法达到实际工业应用的要求。因此，亟需一种杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力预测方法，以解决现有技术中存在的问题，满足生产所需。

综上所述，现有技术存在的问题是：

首先说明，杯形砂轮曲面磨削加工的磨削力方法在此之前尚未发现相关研究成果，并且平面磨削力预测方法的很多结论并不适用于曲面磨削的情况。

(1)杯形砂轮平面磨削的磨削方法并不适用于曲面磨削，而且杯形砂轮平面磨削与曲面磨削所产生的磨削接触区域也有很大不同；

(2)杯形砂轮平面磨削的磨削接触区域任意位置点处磨削深度a_p是固定值，而曲面磨削的磨削接触区域任意位置点处磨削深度a_p不是固定值，需要对单颗磨粒磨削轨迹进行几何分析，然后推演磨削深度a_p的计算公式；

(3)之前的磨削力预测方法研究当中，磨削接触区域内单位面积磨粒数的统计方法并不科学具体，使得磨削力预测结果与实验结果吻合度较差；

现有技术均是针对杯形砂轮平面磨削得到的磨削力预测方法及磨削力分布模型，但是并没有讨论曲面磨削加工的磨削力预测方法相关的分析，并且所描述的磨削力预测方法精度较低无法达到实际工业应用的要求。