[发明专利]一种超声振动辅助磨削下基于单颗磨粒的磨削力预测方法

权利要求书

1.一种超声振动辅助磨削下基于单颗磨粒的磨削力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：基于超声振动原理，获取单颗磨粒在超声椭圆振动辅助条件下的运动学特征；

S200：基于磨削原理与超声椭圆振动对磨削力的影响规律，分别建立各磨削分力的数学模型，所述磨削分力至少包括：切屑变形力、磨粒切刃与工件滑擦的第一摩擦力以及切屑流出工件表面的第二摩擦力；每种所述磨削分力包括法向力、切向力和轴向力；

S300：基于各个所述磨削分力的数学模型，建立单颗磨粒磨削力初始模型，所述初始模型适用于无超声振动辅助的普通磨削、超声振动辅助磨削以及超声椭圆振动磨削三种加工条件；

S400：基于磨削试验获取各加工条件下所述初始模型的模型参数，获得各加工条件下的单颗磨粒磨削力预测模型；

S500：采用所述预测模型预测磨削力。

2.如权利要求1所述的超声振动辅助磨削下基于单颗磨粒的磨削力预测方法，其特征在于，步骤S100包括：

S110：根据砂轮与工件的位置建立三维坐标系M-XYZ，获取单颗磨粒在坐标系M-XYZ中的运动学方程，并基于所述运动学方程计算单颗磨粒在各坐标方向上的运动分速度v_x、v_y、v_z；

S120：分别获取椭圆振动信号和组成所述椭圆振动信号的两个方向垂直的原始振动信号的表达方程，并求取各振动信号的振动速度v_u、v_y1、v_z1；

S130：获取单颗磨粒在磨削弧区的合成速度v_e；

S140：分别计算椭圆振动信号的振动速度v_u和合成速度v_e与磨削方向的夹角β、α，其中，β、α随时间t周期性变化。

3.如权利要求2所述的超声振动辅助磨削下基于单颗磨粒的磨削力预测方法，其特征在于，所述椭圆振动信号的振动速度v_u和合成速度v_e与磨削方向的夹角β、α的计算公式分别为：

其中，v_s为砂轮线速度；t为运动时间；v_w为工件进给速度；A_y、A_z分别为y、z方向的超声振幅，且A_z/A_y＝λ；w为超声振动角频率，w＝2πf，f为超声振动频率；分别为y、z方向振动的初始相位角，

4.如权利要求3所述的超声振动辅助磨削下基于单颗磨粒的磨削力预测方法，其特征在于，步骤S200中，建立所述切屑变形力的数学模型的方法包括：

S211：基于实际工作磨粒的几何模型，建立超声椭圆振动辅助条件下单颗磨粒的受力模型，进行力学分析；

S212：获取所述磨粒前刀面上的微小单元面积的切屑变形力dF_gc、磨粒与工件接触的微小单元面积d_A；

S213：对微小单元面积的所述切屑变形力dF_gc作积分运算，获取切屑变形力F_gc；

S214：基于步骤S100获取的运动学特征以及所述切屑变形力的法向力、切向力和轴向力的关系，获得所述切屑变形力的数学模型。