(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211027430.3 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市高新园区凌工 路2号 (72)发明人 刘金帛　康仁科　徐念伟　董志刚　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 修睿　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削 金属表面形貌及粗 糙度预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑加载状态下振幅变 化的超声辅助磨削金属表面形貌及粗糙度预测 方法。 具体包括如下步骤： S1、 根据砂轮粒度及 尺 寸建立考虑磨粒随机分布的砂轮端面模型， 获取 轴向超声辅助端面磨削磨粒的三维磨削轨迹， 生 成加工后的表面三维数据矩 阵并对表面粗糙数 值进行计算。 S2、 对不同振幅下的轴向超声辅助 端面磨削表 面粗糙度进行计算， 获得粗糙度随振 幅的变化函数。 S3、 进行超声振动辅助端面磨削 预实验并实测粗糙度数值。 S4、 基于变化函数确 定实际加载工况的超声振幅。 将计算获得的实际 振幅带入S1构建的模型中， 计算获得金属超声辅 助端面磨削表 面形貌模拟及粗糙度数值， 对预测 结果进行验证 。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115310303 A 2022.11.08 CN 115310303 A 1.一种考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削金属 表面形貌及粗糙度预测方法， 其 特征在于， 包括以下步骤: S1、 根据砂轮粒度及尺寸建立考虑磨粒随机分布 的砂轮端面模型， 并对轴向超声辅助 端面磨削磨粒的三维磨削轨迹进 行数学描述， 生成了加工后的表面三维数据 矩阵并对表面 粗糙数值进行计算； S2、 对不同振幅下的轴向超声辅助端面磨削表面粗糙度进行计算， 获得粗糙度随振幅 的变化函数； S3、 进行超声振动辅助端面磨削预实验并实测粗 糙度数值； S4、 基于变化函数确定实际加载工况的超声振幅， 将计算获得的实际振幅带入S1构建 的模型中， 计算获得金属超声辅助端面磨削表面形貌模拟及粗糙度数值， 对预测结果进行 验证。 2.根据权利要求1所述的考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削金属 表面形貌及粗 糙度预测方法， 其特 征在于： 所述 步骤S1具体包括如下步骤： S11、 砂轮建模， 对于任意两 颗磨粒Ga,b,c和Gl,m,n满足下式： 式中 和 分别为两 颗磨粒的直径； S12、 考虑实际切深的磨粒中心切削轨迹建模， 以砂轮底面中心为原点， 工件进给方向 为x方向， 砂轮轴向方向为z方向建立砂轮坐标系， 仅有在端面磨削时， 磨粒的初始相角 与砂轮旋转的角度ωt才处于同一平面内， 则砂轮坐标系内单颗磨粒中心的运动轨迹可表 示为： 其中， 工件进给速度为vf， 超声振动频率为f， 振幅为A， 表示磨粒球心到砂轮中心的距离， xG、 yG、 zG分别表示磨 粒球心在砂轮坐标 系下的坐标值； t 表示加工时间； 对于任意磨粒G， 其初始实际切削深度可表示 为： 其中， ap表示为给定切削深度， 其中 rG分别表示磨粒G中心位置坐标的z值以及该磨粒的半径； rα分别表示磨粒 Ga中心位置坐标z值以及磨粒半径； 而由于轴向超声振动的作用， 磨粒实际切深as随着时间 的变化， 其变化 规律可表示 为： S13、 轴向超声辅助端面磨削三维切削轨迹建模， 以磨粒中心为原点坐标OG， 磨粒中心 所在位置的切削速度方向为yG方向， 砂轮轴向方向为zG方向建立磨粒坐标系， 圆弧上任意 一点相对于砂轮坐标原点的角度设为α， 参与切削的圆弧顶点与坐标原点的角度设为β， 则 磨粒坐标系下磨粒的切削轨 迹可表示 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115310303 A 2通过坐标 换算计算得到磨粒右侧 和左侧耕犁区方程分别为： 式中， Vx2＝rGsinβ +a； S14、 粗糙度计算， 选择工件表面的区域定义为分析域， 并对该区域内按照一定的密度 进行网格划分， 将经过分析域内磨粒 的相关参数以及时间节点带入切削轨迹方程， 生成一 定密度的轨迹散点坐标矩阵； 将轨迹散点映射到分析域网格节点， 仅保留最低点坐标值储 存到分析域坐标矩阵内； 对 结果矩阵执行三 维高斯降噪处理， 消除不合理的数据， 获得表 面 微观形貌及粗 糙度数据。 3.根据权利要求2所述的考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削金属 表面形貌及粗 糙度预测方法， 其特征在于： 所述步骤S2中， 基于S1所述方法获得粗糙度 随振幅的变化函 数， 具有如下步骤： S21、 利用构建的模型对不同振幅下的轴向超声辅助端面磨削表面粗糙度进行计算， 绘 制不同振幅下表面 粗糙度Ra理论计算 值曲线图； S22、 通过绘制不同振幅下表面 粗糙度Ra的方法标定振幅对粗 糙度的影响指数n； S23、 利用构建的模型计算出空载振幅下的理论 粗糙度Ra； S24、 至少选定一组参数进行预磨削试验， 测量空载情况下的超声振幅A及加工后实际 工件表面 粗糙度Ra0； S25、 根据下列式子计算出轴向超声辅助端面磨 削振幅衰减系数KA， KA为实际加载状态 下振幅A0与空载 下测得的振幅A与的比值； 4.根据权利要求3所述的考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削金属 表面形貌及粗 糙度预测方法， 其特征在于： 所述步骤S 3中， 进行超声振动辅助端面磨削预实验并实测粗糙 度数值， 具有如下步骤： S31、 在预设主轴转速、 进给速度、 切深的条件下， 获得普通端面磨削与轴向超声辅助端 面磨削的实测表面形貌与仿真形貌对比图。 5.根据权利要求4所述的考虑加载状态下振幅变化的超声辅助磨削金属 表面形貌及粗 糙度预测方法， 其特征在于： 所述步骤S4中， 基于变化函数确定实际加载工况的超声振幅， 具有如下步骤： S41、 选取不同磨削参数进行磨削试验， 并对加工后的表面形貌和粗 糙度进行测量； S42、 普通磨削时， 磨粒做二维的螺旋进给运动， 沟槽相互平行； 超声辅助磨削时， 磨粒权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115310303 A 3