一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，包括如下步骤：步骤1：以工件右下最远端为原点

【技术实现步骤摘要】
一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法


[0001]本专利技术涉及砂轮磨削
，尤其涉及一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法
。

技术介绍

[0002]碳化硅陶瓷
(SiC)
作为一种典型的硬脆材料，具有强度高
、
耐高温
、
耐腐蚀等优异的物理化学性能，在光学反射镜
、
核设施
、
航空和航天领域具有巨大的应用价值
。
然而，
SiC
的高强度和高硬度使其加工十分困难，难以实现高效
、
高质量加工
。
金刚石砂轮磨削加工是难加工材料精密加工的执行者，是对加工质量控制的关键一环
。
[0003]精密磨削时运用延性域磨削加工技术，能够抑制陶瓷材料加工过程中的表面损伤，提高加工表面完整性
。
而通过合理选择磨削工艺参数，使单颗磨粒最大未变型切屑厚度小于脆塑性转变临界值，就能够让陶瓷这类硬脆材料实现塑性去除
。
因此从磨削加工的本质入手，研究单颗磨粒磨削时的最大未变型切屑厚度，是表述磨削加工时工件材料去除状态的基础
。
[0004]目前，常采用有限元软件仿真磨削的一维运动模式对加工结果进行预测，其难以准确描述实际切削的形状
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，以解决上述技术问题
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：以工件右下最远端为原点
O
，工件进给方向为
Y
轴方向，垂直于工件进给方向为
X
轴方向，工件的法向为
Z
轴方向，构建基础坐标系；
[0008]步骤2：分别沿砂轮轴向和工件平面方向添加独立的轴向超声振动和椭圆振动，构建超声复合振动磨削未变型切屑模型，未变型切屑定义为相邻两颗磨粒轨迹所围成的区域；
[0009]步骤3：基于磨粒切入工件的深度，构建不同阶段的材料弹塑性变形模型；
[0010]步骤4：基于超声复合振动磨削未变型切屑模型和材料弹塑性变形模型计算单颗磨粒未变型切屑厚度
。
[0011]较佳地，初始位置时，所述砂轮的中心与坐标原点
O
重合
。
[0012]较佳地，所述轴向超声振动的数学表达式为：所述椭圆振动的数学表达式为：
[0013]其中，
A
z
、A
x
、A
y
为超声振动幅度，
f
z
、f
xy
为超声振动频率，为超声振动相位角
。
[0014]较佳地，步骤3中，基于磨粒切入工件的深度，将材料的去除过程分为划擦
、
犁耕和切削三个阶段，各阶段对应的弹塑性变形量为：
[0015][0016]其中，
σ
e
为弹性极限，
E
为弹性模量，
ε
p
为塑性应变，
a
g
为磨粒切入材料深度，
a
gp
为临界耕犁深度，
a
gc
为临界切削深度
。
[0017]较佳地，临界耕犁深度
a
gp
和临界切削深度
a
gc
分别为：
[0018][0019]a
gc
＝
cr
n
，
[0020]其中，
σ
ye
为屈服强度，
c
为经验常数，
r
n
为等效切削刃半径
。
[0021]较佳地，步骤4中，所述单颗磨粒未变型切屑厚度包括径向切厚
a
r
和法向切厚
a
n
，当径向切厚
a
r
和法向切厚
a
n
中至少有一个大于零时，磨粒可切除工件材料；当径向切厚
a
r
和法向切厚
a
n
均小于零时，磨粒没有切除工件材料，实际单颗磨粒未变型切屑厚度为
0。
[0022]较佳地，采用当量切厚
a
cug
描述实际单颗磨粒未变型切屑厚度，表示为：
[0023][0024]较佳地，径向切厚
a
r
和法向切厚
a
n
表示为：
[0025][0026][0027]其中，
a
ur
和
a
un
分别为未考虑弹塑性变形时的未变型切屑厚度，
h
sx
、h
sy
、h
sz
分别为
x、y、z
方向弹塑性变形量
。
[0028]较佳地，未考虑弹塑性变形时的未变型切屑厚度
a
ur
和
a
un
分别为：
[0029][0030]a
un
＝
l
EF
[0031]其中，
l
BC
和
l
EF
为两条磨粒间沿
x、z
方向的距离，
β
k
为磨粒绕过圆心所转过的角度
。
[0032]较佳地，采用
MATLAB
仿真计算径向切厚
、
法向切厚
、
当量切厚和未变型切屑厚度
。
[0033]与现有技术相比，本专利技术提供的超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法具有如下优点：
[0034]1、
本专利技术针对超声复合振动切厚建立三维模型，相较于传统一维未变型切屑厚度
计算方法，本专利技术更能准确描述实际切屑的形状；
[0035]2、
本专利技术考虑了切屑自身的弹塑性变形，相较于一般未变型切屑厚度计算方法，使预测结果更加精确；
[0036]3、
本专利技术采用
MATLAB
数值仿真方法计算单颗磨粒切厚编程更容易，计算量也更小
。
附图说明
[0037]图1为本专利技术一具体实施方式中坐标系建立和超声复合振动磨削示意图；
[0038]图2为本专利技术一具体实施方式中径向未变型切屑厚度计算示意图；
[0039]图3为本专利技术一具体实施方式中法向未变型切屑厚度计算示意图；
[0040]图4为本专利技术一具体实施方式中径向和法向未变型切屑厚度模拟结果示意图；
[0041]图5为本专利技术一具体实施方式中当量未变型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：以工件右下最远端为原点
O
，工件进给方向为
Y
轴方向，垂直于工件进给方向为
X
轴方向，工件的法向为
Z
轴方向，构建基础坐标系；步骤2：分别沿砂轮轴向和工件平面方向添加独立的轴向超声振动和椭圆振动，构建超声复合振动磨削未变型切屑模型，未变型切屑定义为相邻两颗磨粒轨迹所围成的区域；步骤3：基于磨粒切入工件的深度，构建不同阶段的材料弹塑性变形模型；步骤4：基于超声复合振动磨削未变型切屑模型和材料弹塑性变形模型计算单颗磨粒未变型切屑厚度
。2.
如权利要求1所述的超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，其特征在于，初始位置时，所述砂轮的中心与坐标原点
O
重合
。3.
如权利要求1所述的超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，其特征在于，所述轴向超声振动的数学表达式为：所述椭圆振动的数学表达式为：和其中，
A
z
、A
x
、A
y
为超声振动幅度，
f
z
、f
xy
为超声振动频率，为超声振动相位角
。4.
如权利要求1所述的超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，其特征在于，步骤3中，基于磨粒切入工件的深度，将材料的去除过程分为划擦
、
犁耕和切削三个阶段，各阶段对应的弹塑性变形量为：其中，
σ
e
为弹性极限，
E
为弹性模量，
ε
p
为塑性应变，
a
g
为磨粒切入材料深度，
a
gp
为临界耕犁深度，
a
gc
为临界切削深度
。5.
如权利要求4所述的超声复合振动磨削未变型切屑厚度的计算方法，其特征在于，临界耕犁深度
a
gp
和临界切削深度
a
gc
分别为：
a
gc
＝
cr
n
，其中，
σ
ye
为屈服强度，
c
为经验常数，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晨伟，程祺辉，苗情，殷振，卢金斌，杨圣军，曹自洋，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：