[發(fā)明專利]非球面平行磨削加工的磨削力計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410244109.X
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN103995979B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜晨;王春華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B24B13/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,王晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非球面平行磨削加工方法，尤其涉及一種非球面平行磨削加工的磨削力計(jì)算方法。

背景技術(shù)

非球面工件由于其復(fù)雜的面形輪廓，一直是磨削加工中較難加工的對象。非軸對稱非球面工件作為一種特殊非球面，其加工方法相對更加復(fù)雜，通常采用三軸聯(lián)動機(jī)床進(jìn)行加工。平行磨削是一種針對非軸對稱非球面工件的有效加工方法（見專利號為ZL?200710009306.3的“非軸對稱非球面光學(xué)元件的平行磨削方法”），該方法采用圓弧金剛石砂輪（簡稱砂輪），加工時使得砂輪的切削方向和工件的運(yùn)動方向相同，即砂輪線速度與工件速度方向平行，砂輪上的磨削點(diǎn)軌跡呈圓周分布。這種方法最大的優(yōu)勢是磨削時砂輪上磨削點(diǎn)是移動的，即參與磨削的有效切削刃增多，砂輪有效使用寬度增大，砂輪磨損明顯減小，加工精度得到保障。

磨削力在磨削加工過程中是一個極其重要的參數(shù)，它不僅影響系統(tǒng)變形、磨削效率、加工精度、表面質(zhì)量、砂輪耐用度、磨削熱量、磨削振動，而且也是超精密磨削機(jī)床設(shè)計(jì)時需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)之一。由于在非球面平行磨削加工方法中，砂輪與工件的運(yùn)動關(guān)系較為復(fù)雜，傳統(tǒng)磨削力計(jì)算方法無法對該加工方式下的磨削力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，專利號為200710009306.3的“非軸對稱非球面光學(xué)元件的平行磨削方法”詳細(xì)的闡述該加工方法，但是并沒有涉及到平行磨削的磨削力計(jì)算方法。因此，難以準(zhǔn)確計(jì)算該加工方法的磨削力，對相關(guān)機(jī)床參數(shù)設(shè)計(jì)及加工過程環(huán)境監(jiān)控等各項(xiàng)工作帶來較大的不便。本發(fā)明針對非球面平行磨削加工裝備設(shè)計(jì)、加工監(jiān)測、故障診斷等環(huán)節(jié)的需要，發(fā)明了一種非球面平行磨削加工的磨削力計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要提供一種非球面平行磨削加工的磨削力計(jì)算方法，用于準(zhǔn)確計(jì)算該加工方法的磨削力，對相關(guān)機(jī)床參數(shù)設(shè)計(jì)及加工過程環(huán)境監(jiān)控等各項(xiàng)工作帶來的方便。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種非球面平行磨削加工的磨削力計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）單顆磨粒切削力計(jì)算

（1）單顆磨粒切削力大小計(jì)算。

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式中

F_p——單位磨削力(單位磨削力是磨削工件時作用在單位磨削面積上的主切削力)；

θ_p——磨粒的半錐頂角；

θ_d——切削力方向與砂輪進(jìn)給方向的夾角；

ρ——為磨粒圓錐母線有效長度；

（2）單顆磨粒切削方向計(jì)算

根據(jù)工件表面不同加工點(diǎn)的空間位置，計(jì)算砂輪與工件接觸區(qū)域的單顆磨粒的空間姿態(tài)，獲得表示單顆磨粒切削方向的矢量N_F，步驟如下：

①非球面面形方程為

y=?y(x,?z)?????????????????????????????????(2)

工件表面當(dāng)前加工點(diǎn)位置單位法向量N(nxi，nzi，nyi)為：

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N_m為表示磨粒運(yùn)動方向的單位矢量，由砂輪進(jìn)給速度N_S和砂輪自轉(zhuǎn)引起的單顆磨粒線速度V_p疊加計(jì)算后獲得，再計(jì)算N和N_m的向量積N_a：

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根據(jù)等效軸旋轉(zhuǎn)矩陣方法，按左手準(zhǔn)則將單位垂直矢量N_a設(shè)為等效軸方向；

②根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣變換原理，表示單顆磨粒切削方向的矢量N_F為：

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式中：

Trot——標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)矩陣