[发明专利]一种基于模拟磨粒分布的砂轮表面建模方法

说明书

本发明属于磨削领域，具体涉及一种基于模拟磨粒分布的砂轮表面建模方法。所述方法包括：构建砂轮外圆表面展开的三维坐标系，并分若干独立区域构建磨粒模型；随机确定独立区域内磨粒模型的截面；采用随机算法生成磨粒模型；生成所有独立区域内的磨粒模型完成砂轮表面的仿真模型。本发明提供的技术方案采用磨粒顶点所处的轴向截面所呈现出的不同形状与尺寸来分别表示不同磨粒的形状与大小的区别，比现有采用理想化砂轮模型进行预测计算更具真实性与准确性；并且便于后续调整和研究。

技术领域

本发明属于磨削领域，具体涉及一种基于模拟磨粒分布的砂轮表面建模方法。

背景技术

磨削加工是零件高尺寸精度、高表面质量的重要加工手段，是先进制造技术的重要组成部分。磨削过程控制和准确预测加工结果对精密度要求较高的磨削加工技术至关重要。磨削加工在本质上就是砂轮表面的众多磨粒在砂轮的进给过程中分别与工件表面接触，去除工件材料，以在宏观上实现切削效果，也可以理解为磨削加工是通过砂轮上每一个磨粒的切削来完成的。因此，建立砂轮模型对于预测磨削加工工件表面的形貌等后续研究具有着重要的意义。

目前的研究中，业界主要采用的方法是基于砂轮表面上所有磨粒均为理想化的模型。换言之，就是假设所有磨粒的大小、形态、以及磨粒高度都是一致的。比如中国专利CN106446403A中给出了一种基于多颗磨粒随机分布的虚拟砂轮仿真方法中,其中磨粒均为理想化模型。而实际磨削过程中砂轮表面磨粒并非理想，所以该方法所假定的理想化砂轮所得出的仿真结果与实际结果相比较存在较大偏差。因此，为了使磨削加工前期的预测结果更为贴近实际的加工结果，需要一种更加符合实际砂轮工作面磨粒分布的虚拟砂轮模型。

综上所述，传统的构建理想化砂轮模型进行磨削结果预测已满足不了工业生产当中对加工结果预测精度的需求，而找到一种更符合实际砂轮工作面磨粒分布的建模方法以提高加工结果预测精度已显得尤为迫切。

发明内容

本发明提供了一种基于模拟磨粒分布的砂轮表面建模方法，用以解决目前砂轮仿真方法中未考虑磨粒非均一形貌的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述基于模拟磨粒分布的砂轮表面建模方法，其包括如下步骤：

step1：根据模拟砂轮尺寸参数和砂轮上磨粒尺寸参数，构建砂轮外圆表面展开的三维坐标系，其中XY平面直角坐标系表示砂轮表面，Z轴向表示分布在砂轮表面磨粒的高度，将XY平面划分若干独立区域，每个独立区域内分布一个磨粒，每个独立区域的X向和Y向的最大值坐标和最小值坐标即为该独立区域内磨粒的生成区域范围参数；

step2：用磨粒模型截面模拟磨粒，截面为一几何图形，所述几何图形至少包括三角形、矩形、梯形和椭圆形中的两种及两种以上，然后按一随机算法定义所述独立区域内磨粒的几何图形；

step3：在step1中生成区域范围参数和step2确定的几何图形的基础上，按一随机算法在所述独立区域生成对应的几何图形，用于磨粒的模拟；

step4：砂轮上所有独立区域的磨粒模型分别经过step1-step3在各自的独立区域内生成，最终在step1中的三维立体坐标中构建完成砂轮表面的仿真模型。

可选地，step1中所述砂轮尺寸参数包括砂轮直径和砂轮宽度，所述磨粒尺寸参数包括磨粒粒度、砂轮表面所在平面的X方向和Y方向上的步长。

可选地，step2中所述几何图形为三角形为等腰三角形，梯形为直角梯形，椭圆形为半椭圆形。

可选地，step2中所述随机算法是rand函数产生的随机数。

可选地，step2中所述随机算法具体为在0-1数值区间内划分为若干区间，区间数在几何图形类型数以上，然后各个区间定义对应的几何图形，接着rand函数生成一随机数根据这一随机数所处的区间对应出所述独立区域内磨粒模型的截面是哪种几何图形。