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专利号: 2018100464038
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,包括如下步骤:

(1)根据加工结果设定目标磨粒切厚分布,给出设定锯切用量,初始化锯片表面磨粒参数;

(2)将锯片表面磨粒参数与锯切用量进行磨粒切厚分布计算,算出每颗磨粒与干涉即切入深度,得到磨粒切厚分布;

(3)将步骤(2)算出的磨粒切厚分布与步骤(1)中设定磨粒切厚分布进行比较,若两者差异太大,调整锯片表面磨粒参数,再次进行步骤(2)、(3)步骤循环,直到步骤(2)算出的磨粒切厚分布与步骤(1)中设定磨粒切厚分布差异小于设定标准值,停止计算,最后一次调整的锯片表面磨粒参数即为优选设计结果;

(4)采用优选的锯片表面磨粒参数为依据进行锯片制备,得到优选设计锯片。

2.如权利要求1所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,其特征在于:所述的磨粒切厚分布是锯切加工时锯片表面每颗磨粒切入工件深度。

3.如权利要求1所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,其特征在于:所述的锯切用量包括锯切速度、锯切深度和进给速度。

4.如权利要求1所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,其特征在于:所述的磨粒参数包括磨粒在锯片上的位置参数、高度参数、磨粒粒径,所述的位置参数包括切向位置参数和横向位置参数。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,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,包括是标准偏差、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。

6.如权利要求1至4任一项所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法:

其特征在于步骤(2)所述的磨粒切厚分布计算包括以下A、B、C、D计算过程:

A、锯片建模:将锯片表面的磨粒参数表示成一个矩阵{Gjk}p×q,p×q是指矩阵为p行q列矩阵,即锯片表面由轴向方向有p行磨粒和圆周方向有q列磨粒组合构成,也即锯片上总磨粒为p×q个;元素Gjk表示锯片表面的第j行第k列颗磨粒,0≤i≤p,0≤k≤q,Gjk={Xjk,Zjk,dgjk,hjk};Xjk表示磨粒Gjk在锯片圆周方向的位置坐标,Zjk表示磨粒Gjk在锯片轴向方向的位置坐标,相邻两列的间距为横向间距Δw,相邻两行的位置间距为切向间距ΔX;dgjk表示磨粒粒径,hjk表示磨粒的岀刃高度;

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方向与锯片的轴向方向一致,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;对于平面锯切,锯片以速度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)

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,Zjk、dgjk、hjk分别表示磨粒Gjk在锯片轴向方向位置坐标、磨粒粒径和磨粒岀刃高度;,x0、y0是锯片中心XYZ坐标系中的坐标,θ=2lg/ds,lg是磨粒沿锯片圆周方向的初始位置,lg=Xjk,ds是锯片直径,ap、vw、vs是锯切参数,即锯切用量,其中ap是锯切深度、vw是工件进给速度、vs是锯切锯片线速度,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,得到锯片表面上任意一颗磨粒Gjk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)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)

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步骤得到:

①从锯片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变化j和k值,重复以上①②③步骤,即可求得锯片表面磨粒矩阵{Gjk}p×q中所有磨粒与平面u上所有竖直线的干涉深度,并对应存储在矩阵{hmaxGjk}p×q,即得到磨粒切削厚度分布。

7.如权利要求6所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,其特征在于,初始化锯片表面磨粒参数通过分布函数生成,{Gjk}p×q中的磨粒粒径dgjk由磨粒粒径分布函数得到,出刃高度hjk由磨粒出刃高度分布函数得到,磨粒位置坐标Zjk=k·Δw,Xjk=ΔX·j,α为锯片上磨粒分布列与锯片轴向的夹角,Δw是锯片上磨粒的横向间距,ΔX是锯片上磨粒的切向间距。

8.如权利要求7所述的一种磨粒参数化排布锯片的磨粒参数优选设计方法,其特征在于,所述的分布函数包括威布尔分布函数、偏态分布函数、瑞利分布函数、指数分布函数、多项式分布函数、正态分布函数中的至少一种。