1.一种超声辅助磨削砂轮磨粒排布策略设计的单颗磨粒切厚模型的建立方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)建立超声辅助磨削时单颗磨粒与工件的接触长度lUs表达式,并求解lUs与普通磨削时,即无超声振动作用时,单颗磨粒与工件的接触长度ls的比例关系K = ls/lUs;
2)按照相同磨削用量条件下,相同时间内普通磨削与超声辅助磨削去除材料体积相等这一基本原理,建立超声辅助磨削时aUgmax与普通磨削时agmax的关系:aUgmax = Q·agmax,Q由K决定;
其中,aUgmax为超声辅助磨削时单颗磨粒切厚,agmax为普通磨削时单颗磨粒切厚;
3)根据普通磨削时agmax的计算公式及aUgmax = Q·agmax,建立aUgmax的数学模型为: 公式(2),
公式(3),
式中,ap为磨削深度,ds为砂轮直径;
4)根据上述计算步骤,最终获得超声辅助磨削时的单颗磨粒切厚模型为: 公式(10)。
2.根据权利要求1所述的磨粒切厚模型的建立方法,其特征在于,所述步骤1)中,ls与lUs的表达式为:
公式(4),
式中,A为振幅,λ为单颗磨粒运动轨迹曲线的波长;
运用梯形公式求解出lUs:
公式(5),
则有:
公式(6),
公式(6)中n值大小取决于所要求的计算精度;计算精度要求越高,n值越大。
3.根据权利要求1所述的磨粒切厚模型的建立方法,其特征在于,aUgmax与agmax之间比例系数Q通过计算lUs与ls之间的比例系数K获得,lUs与ls之间的比例系数K的计算步骤如下:a、磨削层平均体积等于单位时间内被砂轮去除掉的材料体积与单位时间内砂轮表面参加工作的磨削刃数之比,即: 公式(7),
式中,为每一工作磨粒的平均切削厚度, 为每一工作磨粒的平均切削宽度,lUs为超声辅助磨削时砂轮与工件的接触长度,b为磨削弧区宽度,Nd为磨削弧区动态有效磨粒数;
b、由公式(5)、单颗磨粒切屑形状得:
公式(8),
则有:
公式(9),
即 K = Q;
其中,单颗磨粒切屑形状影响公式(8)中 、 。
4.一种采用权利要求1-3任一项单颗磨粒切厚模型建立方法的超声辅助磨削砂轮磨粒排布策略,其特征是,超声辅助磨削砂轮工作的部件包括待磨削的工件(1)、砂轮(2),所述工件(1)具有磨削弧区(11),砂轮(2)侧壁为工作面(21),工作面(21)与磨削弧区(11)接触,工作面(21)上设有磨粒(22),所述磨粒(22)在工作面(21)上有序化的排布,磨粒(22)有序化的排布的控制方法如下:(1)确定磨粒周向间距Δx:取砂轮圆周上相邻两颗磨粒A、B为研究对象,磨粒A与磨粒B运动轨迹产生干涉的条件为:Δx ≠ nλ,n为整数,具体确定Δx时,需结合超声辅助磨削用量计算获得;考虑磨削弧区内的动态有效磨粒数,限定Δx<2 mm,依据前述干涉条件,则有: 公式(1),
式中,vs为超声辅助磨削时的磨削速度,vw为进给速度,f为振动频率;具体数值按照公式(1)计算后选定;
(2)确定磨粒轴向间距Δz:取砂轮轴向相邻两颗磨粒A、B为研究对象,为使得A、B的运动轨迹能产生良好的干涉作用,磨粒B需处于B′位置,即两磨粒中心连线L1与砂轮轴线L2为异面直线,且Δz小于或等于S,S为磨粒粒径D与两倍的振幅2A之和,其中D与A均为测量值;
(3)确定磨粒排布角度β:采用MATLAB对磨粒运动轨迹进行建模,利用for...end ...循环函数对有序排布的磨粒运动轨迹进行循环计算,同时结合磨削弧区动态有效磨粒数,确定适于超声辅助磨削用工具磨料层的排布角度β。
5.根据权利要求4所述的单颗磨粒切厚模型建立方法的超声辅助磨削砂轮磨粒排布策略,其特征是:所述超声辅助磨削用量包括磨削速度、磨削深度、和进给速度。