【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磨削加工，具体的为一种考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法。
技术介绍
1、砂轮是磨削加工的刀具，砂轮工作面上的磨粒是去除工件材料的切削刃。因此，砂轮宏微观建模是建立磨削过程及磨齿质量模型的起始步骤，砂轮模型的准确性与高效性对磨削过程建模有重要意义。尤其对成形磨齿而言，根据其加工原理，砂轮磨削面与工件齿轮共轭接触，在实际加工中先用金刚修整轮将砂轮磨削面修整为设计齿轮对应的形状，再进行磨削加工使齿轮齿面成为与砂轮磨削面廓形相同的形状。因此，砂轮磨削面廓形的精度决定着齿轮的加工精度。
2、砂轮模型是对砂轮宏观几何以及微观磨粒信息的计算与表达，也是建立磨削过程与磨削质量模型的基础，砂轮模型信息会在后续计算与建模过程中反复使用。因此，更准确更高效的砂轮模型能够提高后续模型的精度并降低其复杂程度。但由于砂轮磨粒本身的随机特性，任意磨粒的位置、尺寸、形状等微观几何信息难以直接准确表达，且由于磨粒微观信息丰富，磨粒的微观几何参数及分布频率通常需要多个不同类别的矩阵联合表达，模型冗杂，计算数据量大，且精度较低。传统砂轮模型中的磨粒位置通常使用三个位置矩阵分别表示磨粒的x、y、z坐标值。假设每个位置矩阵的长度为磨粒的总数n，则可以通过三个[1×n]的位置矩阵表达磨粒的空间位置坐标分布，或将三个位置矩阵通过数据拼接的方式形成一个新的[3×n]或[1×3n]的位置矩阵。该方法对砂轮坐标系的位置姿态敏感，在后续计算中需考虑砂轮位置姿态的变化以及砂轮与空间其他坐标系间的相互转换关系，同时，通过该方法建立的磨粒空间位置矩阵
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决现有砂轮模型的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，包括如下步骤：
4、步骤一：构建砂轮磨削面宏观几何模型
5、利用砂轮磨削面与工件磨削面之间的共轭接触关系，利用工件磨削面廓形方程得到砂轮磨削面廓形方程，建立砂轮磨削面宏观几何模型；
6、步骤二：构建砂轮磨粒微观几何模型
7、21)利用砂轮磨削面宏观几何模型，建立砂轮磨削面廓形三维表达，对砂轮磨削面上任意磨粒位置进行三维表达；
8、22)将砂轮磨削面沿轴向侧视展开为二维圆环平面，将砂轮磨削面廓形三维表达转换为砂轮磨削面侧视二维表达，并对砂轮磨削面上任意磨粒位置进行二维表达；其中，二维圆环平面上任意点a的半径与二维圆环平面的内圆半径之差等于过砂轮磨削面点a′与砂轮轴线的平面在砂轮磨削面截得的曲线中位于点a与曲线内侧端点之间的曲线段长度，二维圆环平面上任意点a为砂轮磨削面上点a′沿轴向侧视展开后得到；
9、23)将二维圆环平面沿周向方向展开为等腰梯形平面并进行数值离散，将砂轮磨削面侧视二维表达转换为砂轮矩阵表达；
10、步骤三：构建砂轮磨粒微观几何参数模型
11、以磨粒随机特性分布规律在砂轮矩阵中填充元素，以元素在砂轮矩阵中的行数和列数表达磨粒的实际空间位置，以元素的大小表达磨粒信息，所述磨粒信息包括磨粒凸出高度、磨粒形状和磨粒朝向。
12、进一步，所述工件为渐开线直齿圆柱齿轮，渐开线直齿圆柱齿轮的磨削面为轮齿齿面，以轮齿齿面得到砂轮磨削面廓形方程为：
13、
14、其中：为渐开线角度参数，与分别为参数的上下限；rb为齿轮基圆半径：rb＝mzcosα
15、其中：m为齿轮模数，z为齿轮齿数，α为压力角。
16、进一步，所述步骤21)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的三维表达w1为：
17、
18、其中：为磨粒位置对应的齿轮渐开线角度参数；θ为磨粒位置在砂轮圆周上的旋转角度参数。
19、进一步，所述步骤22)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的二维表达w2为：
20、w2＝f(r,θ)
21、其中，r为二维圆环平面中磨粒所处位置的半径；且：
22、
23、其中：yd为砂轮圆心与齿轮坐标系原点在y方向上的距离；yend为齿顶的y坐标值；为渐开线起始点对应的渐开线角度参数；且：
24、
25、其中：为齿顶的渐开线角度参数。
26、进一步，所述步骤23)中，砂轮磨削面侧视二维表达w2与砂轮矩阵表达w3之间的转换关系为：
27、
28、其中：iw和jw分别表示砂轮矩阵的行数和列数；δiw和δjw分别为相邻磨粒之间的行间距和列间距，根据单位面积内磨粒数决定；δ(iw)为砂轮矩阵元素边界与矩阵最大宽度位置的距离；且：
29、
30、砂轮矩阵最大行数为：
31、iwmax＝1+rb(((z+2)/zcosα)2―1)/2δiw
32、对求解得到的iwmax进行取整；
33、砂轮矩阵最大列数为：
34、
35、对求解得到的jwmax进行取整。
36、进一步，所述步骤三中，在砂轮矩阵中填充元素时，从iw＝1、jw＝1开始填充矩阵元素；
37、若满足：
38、δ(iw)/δjw≤jw≤jwmax―2δ(iw)/δjw
39、则对应的矩阵元素对应的位置存在磨粒，否则对应的矩阵元素对应的位置不存在实际磨粒。
40、进一步，磨粒凸出高度服从高斯分布：
41、
42、其中：hi为任意磨粒的凸出高度；a、μ和σ分别为高斯分布的曲线峰值、峰值对应的凸出高度值和标准差，通过测量砂轮工作表面微观形貌获得。
43、进一步，磨粒朝向角度的范围满足：
44、
45、其中：和分别为磨粒朝向角度的最小值和最大值；且：
46、
47、
48、其中：xg，yg为磨粒空间位置坐标点；和分别是以磨粒空间位置为圆心、磨粒凸出高度为半径的圆与齿廓渐开线的2个交点的坐标值，通过联立砂轮磨削面廓形方程与磨粒半径圆的参数方程得到，且磨粒半径圆的参数方程为：
49、
50、其中：xoc，yoc为磨粒半径圆上的坐标点；为磨粒半径圆方程的参数变量，且和分别为的最小值和最大值。
51、进一步，磨粒形状为圆锥形和四棱锥形，磨粒的截面为三角形，且三角形的顶点位于磨粒半径圆上，其位置由磨粒朝向确定：
52、xtv＝xg+hicosθi
53、ytv＝yg+hisinθi
54、其中，xtv和ytv磨粒截面三角形的顶点坐标值；θi为任意磨粒的朝向角度；hi为任意磨粒的凸出高度；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述工件为渐开线直齿圆柱齿轮，渐开线直齿圆柱齿轮的磨削面为轮齿齿面，以轮齿齿面得到砂轮磨削面廓形方程为：
3.根据权利要求2所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤21)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的三维表达W1为：
4.根据权利要求3所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤22)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的二维表达W2为：
5.根据权利要求4所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤23)中，砂轮磨削面侧视二维表达W2与砂轮矩阵表达W3之间的转换关系为：
6.根据权利要求5所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤三中，在砂轮矩阵中填充元素时，从iw＝1、jw＝1开始填充矩阵元素；
7.根据权利要求6所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息
8.根据权利要求6所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：磨粒朝向角度的范围满足：
9.根据权利要求7所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：磨粒形状为圆锥形和四棱锥形，磨粒的截面为三角形，且三角形的顶点位于磨粒半径圆上，其位置由磨粒朝向确定：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述工件为渐开线直齿圆柱齿轮，渐开线直齿圆柱齿轮的磨削面为轮齿齿面，以轮齿齿面得到砂轮磨削面廓形方程为：
3.根据权利要求2所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤21)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的三维表达w1为：
4.根据权利要求3所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所述步骤22)中，砂轮磨削面上任意磨粒位置的二维表达w2为：
5.根据权利要求4所述考虑磨粒随机特性的砂轮多信息融合模型建模方法，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖雨亮，董建鹏，张虎，王时龙，印振坤，杨波，王四宝，任亨斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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