[发明专利]一种用于CFRP磨削的砂轮设计方法

权利要求书

1.一种用于CFRP磨削的砂轮设计方法，其特征在于具有如下步骤：

工件可靠装夹，并保证加工过程中砂轮轴线平行于纤维排布面；

确定砂轮端面半径r_s；

确定砂轮切削轨迹；

获得砂轮切出角度φ及纤维方向角θ在砂轮移动过程中的变化规律；

根据纤维方向角θ在砂轮移动过程中的变化规律，初步确定：砂轮端面倒角角度初始设计值β₀，砂轮端面倒角长度初始设计值b_∈0，并结合砂轮切出角度φ在砂轮移动过程中的变化规律，通过迭代算法对砂轮端面倒角角度进行再设计，获得砂轮端面倒角角度迭代输出值β_outp；

在保证砂轮端面倒角强度的条件下，进一步对砂轮端面倒角角度迭代输出值β_outp进行优化，确定砂轮端面倒角角度最终设计值β^*及砂轮端面倒角长度最终设计值b_∈。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述工件为由单向连续纤维增强复合材料预浸料铺层制成的单向或多向纤维增强复合材料层压板；

所述纤维排布面，指的是：

当工件为平面构件时，其纤维排布面与平面构件切出壁平面重合，砂轮切出点位于平面构件切出壁平面；

当工件为曲面构件时，其纤维排布面为曲面构件切出壁切平面，曲面构件切出壁切平面过砂轮切出点；

所述工件可靠装夹的装夹方案为夹具夹紧所述工件两侧纤维铺层面，装夹面平行于所述纤维排布面。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述确定砂轮端面半径r_s，具体指：

根据机床功率、机床主轴转速及工件结构参数，结合工件材质对砂轮切削速度的要求及工件结构对砂轮尺寸的限制，确定砂轮端面半径r_s；

所述砂轮端面半径r_s，指的是：

加工过程中，砂轮参与切削加工并与已加工表面相接触的一端为砂轮端面，其半径即为所述砂轮端面半径r_s。

4.根据权利要求1或3所述的设计方法，其特征在于：所述确定砂轮轨迹，具体指：

根据工件去除需求及工件结构，结合砂轮端面半径r_s，确定砂轮轨迹。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述获得砂轮切出角度φ及纤维方向角θ在砂轮移动过程中的变化规律，具体指：

将砂轮轨迹离散为由n个轨迹点组成的轨迹点阵列，计算每个轨迹点对应的砂轮切出角度φ及纤维方向角θ，获得砂轮切出角度φ及纤维方向角θ在砂轮移动过程中的变化规律，计算过程如下：

按照砂轮移动的先后顺序对每个轨迹点进行编号；

砂轮切出角度φ为加工过程中砂轮切出点切削速度方向与该砂轮切出点对应的纤维排布面之间的夹角，并记第i个轨迹点对应的砂轮切出角度为φ_i，且：

其中，l_i为第i个轨迹点距离其纤维排布面的距离；r为刀具直径，取端面直径或侧面直径的较大值；

记Φ＝(φ₁，φ₂，φ₃，...，φ_n)，表示由n个轨迹点对应的砂轮切出角度组成的矩阵，用于描述砂轮切出角度φ在砂轮移动过程中的变化规律，记砂轮移动过程中，砂轮切出角度的最大值为φ_max；

纤维方向角θ为纤维排布面内砂轮进给方向与纤维方向的夹角，即砂轮进给方向顺时针旋转至与纤维方向平行所转过的角度；

记第i个轨迹点对应的纤维方向角为θ_i，并记Θ＝(θ₁，θ₂，θ₃，...，θ_n)，表示由n个轨迹点对应的纤维方向角组成的矩阵，用于描述纤维方向角θ在砂轮移动过程中的变化规律，记砂轮移动过程中，纤维方向角的最大值为θ_max。