[发明专利]基于多面体形磨粒的砂轮地貌模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于多面体形磨粒的砂轮地貌模拟方法，包括以下步骤：构建砂轮模型；构建砂轮工作面模型；砂轮工作面上磨粒的分布模型；单颗多面体形磨粒的构建。本方案可建立与实际相符的砂轮地貌模型，通过MATLAB编程将形貌直观的模拟出来，同时也为接下来精密磨削的性能和最终的工件加工表面的预测提供了合理的参考。

技术领域

本发明涉及砂轮地貌仿真模拟领域，具体的是一种基于多面体形磨粒的砂轮地貌模拟方法。

背景技术

磨削加工具有加工效率高、精度高等优点，是应用较为广泛的材料去除方法之一。但是，使用砂轮进行磨削加工时，往往会在工件表面引起材料的变质层、裂纹、缺陷和残余应力等加工表面/亚表面损伤。这些加工表面/亚表面损伤的存在会严重影响到工程材料的使用性能，例如产生有害塑性变形、材料断裂强度和疲劳强度大幅下降。

为了减少加工表面/亚表面损伤，针对精密磨削的加工过程进行深入研究十分必要。精密磨削加工时，砂轮上的众多磨粒共同作用，每一颗磨粒都产生自身独特的切削轨迹，由于磨粒数量繁多而且每颗磨粒的形状和大小也各不相同，导致了每一颗磨粒的磨刃也是具有了随机性，使得从微观上对于精密磨削的加工表面的产生过程难以控制。磨粒形状模型及砂轮地貌模型的建立是精密磨削的加工过程深入研究的最基础、也是最为关键的一步。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种基于多面体形磨粒的砂轮地貌模拟方法，其可建立与实际相符的砂轮地貌模型，通过MATLAB编程将形貌直观的模拟出来，同时也为接下来精密磨削的性能和最终的工件加工表面的预测提供了合理的参考。

本申请实施例公开了：一种基于多面体形磨粒的砂轮地貌模拟方法，所述砂轮具有垂直于轴线方向的第一端面，所述模拟方法包括以下步骤：

step1：构建砂轮模型：以所述第一端面的中心为原点O，砂轮进给方向为X轴，垂直于进给方向为Y轴，砂轮的轴线为Z轴，在砂轮上构建基础坐标系；

step2：构建砂轮工作面模型：假设砂轮直径为d_b，所述第一端面上设有用于分布多个磨粒的工作面，所述工作面呈圆环状，其内圆半径为R₁，外圆半径为R₂，其中，R₂≤d_b/2；

step3：砂轮工作面上磨粒的分布模型：在所述工作面内划分多个半径不同的第一圆，多个所述第一圆为同心圆，任一所述第一圆上分布多个磨粒，任一所述磨粒的中心落在相应的所述第一圆上；

step4：单颗多面体形磨粒的构建：在XOY平面内确定第二圆，在Z轴正方向上一个平行于XOY平面的平面内确定第三圆，在Z轴负方向上一个平行于XOY平面的平面内确定第四圆，所述第三圆和所述第四圆的半径均小于所述第二圆的半径，分别在所述第二圆、第三圆和第四圆上取n个点，n为大于或等于3的整数，将第二圆上的n个点与第三圆上的n个点一一对应连接，将第二圆上的n个点与第四圆上的n个点一一对应连接，获得多面体形磨粒。

具体地，所述方法还包括step5：任一所述磨粒的每个顶点使用旋转矩阵围绕该磨粒的中心点分别旋转一个角度θ、α、φ。

具体地，在step3中，任一第一圆上，单颗磨粒所占区域的长度为弧长l，相邻两颗磨粒的中心间隔为弧长l，相邻两个第一圆之间的半径差为ΔR，则任一所述第一圆的半径为R＝R₁+ΔR·i，其中，i为步长。

具体地，在step4中，第二圆的半径r₁可通过以下公式确定：

式中，R为该第二圆所对应的第一圆的半径。

具体地，在step4中，在所述第二圆上取点的方式为：将第二圆均分为n段圆弧，在n段圆弧内各随机取一个点。