1.一种磨粒切厚分布求解方法,包括如下步骤:
步骤A、构建数字化砂轮:将砂轮表面的磨粒参数表示成一个矩阵{Gjk}p×q,p×q是指矩阵{Φ}为p行q列矩阵,即砂轮外圆有p行q列磨粒分布,元素Gjk表示磨具表面的第j行第k列颗磨粒,Gjk={Xjk,Zjk,dgjk,hjk};Xjk表示磨粒Gjk在磨具圆周方向的位置坐标,Zjk表示磨粒Gjk在磨具轴向方向的位置坐标,dgjk表示磨粒粒径,hjk表示磨粒的岀刃高度;将砂轮表面磨粒参数导入矩阵{Gjk}p×q;
步骤B、磨粒轮廓轨迹计算:坐标系XYZ固定在工作台面上,X方向为工件的平移方向,Z方向与砂轮的轴向(砂轮宽度)方向一致,Y方向与工作台面法向相同,坐标系原点放置在工作台面中心位置合;对于平面磨削,磨具以速度vs旋转,并以速度vw相对工件移动;t时刻磨粒Gjk球心在XYZ坐标系中的运动轨迹方程为:zc(t)=Zjk (c)
jk jk jk
式中,xc(t)、yc(t)、zc(t)为磨粒Gjk球心在XYZ坐标系中t时刻的坐标,Z 、dg 、h 分别表示磨粒Gjk在磨具轴向方向位置坐标、磨粒粒径和磨粒岀刃高度;x0、y0是磨具中心在XYZ坐标系中的坐标,θ=2lg/ds,lg是磨粒沿磨具圆周方向的初始位置,lg=Xjk,ds是磨具直径,ap、vw、vs是磨削参数,即磨削用量,其中ap是磨削深度、vw是工件进给速度、vs是磨削砂轮线速度,t是加工时间;
进一步通过磨粒形状与磨粒球心运动轨迹耦合,得到砂轮表面上任意一颗磨粒Gjk轮廓上任意一点(xg,yg,zg)的运动方程:(xg-xc(t))2+(yg-yc(t))2+(zg-zc(t))2=(dgjk)2 (d)步骤C:工件离散:将工件被切割成n个间距为Δx且垂直于工件平移方向的截面,截面之间的间距Δx乘以n表示工件的长度;每一截面又切割成m条间距为Δz的竖直线,线段在y-方向的长度表示工件的高度,线段之间的间距Δz乘以m表示工件的宽度;这样,工件就离散成n×m条竖直线段;离散化之后,工件可用一个二维数组W表示,储存每一竖直线的高度值,每一线段在数组中的位置用下标u,v表示,u表示X方向的位置,v表示Z方向的位置,0<u<n,0<v<m;第u截面上的第v根竖直线的坐标xuv和zuv表达为:xuv=u*Δx (e)
zuv=v*Δz (g)
步骤D、磨粒切厚分布计算:磨粒Gjk与第u个截面第v根竖直线的干涉深度可通过以下①~③流程得到:①从磨具数值模型中读出磨粒Gjk的磨粒粒径dgjk、出露高度hjk、磨粒轴向位置坐标Zjk(zc)和周向初始位置坐标Xjk;
②对方程(a),令xc(t)=xuv,通过牛顿迭代法求得t的数值解,代入方程(b),可得yc(t);
③把xc(t)、yc(t)、zc(t)和方程(e)、(f)代入方程(d),并求解;如果方程无解,说明磨粒Gjk与竖直线v没有交点;否则,解方程求得 并与工件数组W中储存的初始高度值 相比较,如果 说明磨粒Gjk在竖直线v的上方,与竖直线v没有接触,否则,求得磨粒Gjk切割竖直线v的高度即切深深度 同时将 储存在临时数组Wt中,并用 替换后储存在数组W中;
④调整j和k值,重复以上①②③步骤,即可求得砂轮表面磨粒磨粒矩阵{Gjk}p×q中所有磨粒与平面u上所有竖直线的干涉深度,并对应储存在矩阵{hmaxGjk}p×q,即得到磨粒切削厚度分布。
2.如权利要求1所述的一种磨粒切厚分布求解方法,其特征在于:所述的磨粒切厚分布是磨削加工时砂轮表面上每颗磨粒切入工件深度。
3.如权利要求1所述的一种磨粒切厚分布求解方法,其特征在于:所述的磨削用量包括磨削速度、磨削深度和进给速度。
4.如权利要求1所述的一种磨粒切厚分布求解方法,其特征在于:所述的磨粒参数包括磨粒在磨具上的位置参数、高度参数、磨粒粒径。
5.如权利要求1所述的一种磨粒切厚分布求解方法,其特征在于:所述的砂轮表面磨粒参数导入是测量得的每颗磨颗参数直接导入,或是通过测量统计得到砂轮分布磨粒参数分布函数后,再通过分布函数间接生成每颗磨粒参数,然后再导入。
6.一种磨粒切厚分布求解在磨削工艺设计上的应用方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:根据加工结果设定目标磨粒切厚分布,预估磨削用量;
步骤2:根据权利要求1所述的磨粒切厚分布求解方法,导入预估磨削用量;导入砂轮磨粒参数(第一次计算用初始值,下轮计算则在上一轮的参数值基础上进行调整),然后进行磨粒切厚分布求解;
步骤3:优选砂轮磨粒参数:将步骤2算得的磨粒切厚分布与步骤1的目标切厚分布进行比较,两者相差超出设定标准值,则再次进行步骤2计算,直到两者偏差符合设定标准值后,停止计算,此时步骤2最后一次调整的砂轮磨粒参数即为优选砂轮磨粒参数;
步骤4:以步骤3优选砂轮磨粒参数为依据制备实际砂轮,然后将制备所得实际砂轮上的磨粒参数通过测量等到实际砂轮磨粒参数;
步骤5:根据权利要求1所述的磨粒切厚分布求解方法,将步骤4的实际砂轮磨粒参数导入,导入磨削用量(第一次计算时采用步骤3所得的初选磨削用量,下轮计算则在上一轮的参数值基础上进行调整),然后进行磨粒切厚分布求解,步骤6:优选磨削用量:将步骤5算得的磨粒切厚分布与步骤1的目标切厚分布进行比较,两者相差超出设定标准值,则再次进行步骤5计算,直到两者偏差符合设定标准值后,停止计算,此时步骤5最后一次调整的磨削用量即为再次优化的磨削用量;
步骤7:采用步骤4所制的实际砂轮与步骤6再次优化所得的磨削用量进行磨削加工,得到符合步骤1的加工结果。
7.如权利要求6所述的一种磨粒切厚分布求解在磨削工艺设计上的应用方法,其特征在于:所述的加工结果包括磨削效率、工件表面粗糙度、磨削力、磨削温度、磨削工件亚表面损伤程度中的至少一种。
8.如权利要求6的一种磨粒切厚分布求解在磨削工艺方向设计上的使用方法,其特征在于:步骤(3)所述的设定标准,是用于衡量两条曲线得重合情况,是标准偏差、相似度、误差、平均值、重合度的一种或几种,其值大小根据实际要求确定。