[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨的全域切削力建模方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810380084.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108723900B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁松梅;李真;李麒麟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/04
• 分類號(hào): B24B1/04
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

1.一種旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨的全域切削力建模方法，其特征在于，所述全域包括延性域和脆性域，所述方法包括：

S1，通過(guò)分析目標(biāo)旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨加工過(guò)程中切削區(qū)域的刀具磨粒與工件材料相互作用的運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)程，建立斷續(xù)切削特性條件方程，并獲取滿足斷續(xù)切削特性的工藝參數(shù)匹配條件；

S2，基于所述運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)程、所述斷續(xù)切削特性條件方程和所述工藝參數(shù)匹配條件，計(jì)算所述加工過(guò)程中的最大未變形切屑厚度；

S3，基于維氏硬度壓痕理論和延/脆性材料去除模式，以及所述切削區(qū)域中任一磨粒位點(diǎn)的最大壓入深度，建立所述切削區(qū)域的磨粒壓入深度分布式，并通過(guò)超聲振動(dòng)輔助劃痕試驗(yàn)，獲取所述工件材料對(duì)應(yīng)的延/脆性去除模式臨界壓入深度；

S4，基于單顆切削磨粒的所述磨粒位點(diǎn)的最大壓入深度，以及單顆切削磨粒的壓入深度與正向力的關(guān)系，計(jì)算所述切削區(qū)域中各位置點(diǎn)磨粒的平均正向切削力，并通過(guò)累加各位置點(diǎn)的所述磨粒的平均正向切削力，結(jié)合刀具錐角幾何關(guān)系，建立所述目標(biāo)旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨的延/脆性切削力模型；

S5，基于所述磨粒壓入深度分布式和所述延/脆性切削力模型，并通過(guò)比對(duì)所述最大未變形切屑厚度與所述延/脆性去除模式臨界壓入深度，建立所述目標(biāo)旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨加工的全域切削力模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1的步驟進(jìn)一步包括：

S11，通過(guò)分析所述切削區(qū)域中刀具磨粒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和超聲振動(dòng)，獲取所述目標(biāo)旋轉(zhuǎn)超聲振動(dòng)銑磨中刀具磨粒的運(yùn)動(dòng)特性，并建立包含運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)加速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；

S12，基于所述刀具磨粒的運(yùn)動(dòng)特性和所述運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過(guò)分析所述刀具磨粒與所述工件材料之間高頻壓入及分離的切削狀態(tài)，獲取斷續(xù)切削特性，并基于所述斷續(xù)切削特性，建立所述斷續(xù)切削特性條件方程；

S13，基于所述斷續(xù)切削特性條件方程，通過(guò)求解建立的磨粒動(dòng)態(tài)壓入深度方程，獲取所述滿足斷續(xù)切削特性的工藝參數(shù)匹配條件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S13的步驟進(jìn)一步包括：

S131，在給定坐標(biāo)系中，將所述超聲振動(dòng)分別沿各坐標(biāo)軸進(jìn)行分解，建立單顆磨粒從切入至切出所述工件材料的運(yùn)動(dòng)方程；

S132，通過(guò)計(jì)算所述單顆磨粒在旋轉(zhuǎn)方向上的相鄰磨粒切入所述工件材料的相對(duì)滯后時(shí)間，建立所述相鄰磨粒從切入至切出所述工件材料的運(yùn)動(dòng)方程；

S133，分別從所述單顆磨粒和所述相鄰磨粒對(duì)應(yīng)的所述運(yùn)動(dòng)方程中，獲取壓入材料方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡分量，并進(jìn)行矢量疊加，獲取所述磨粒動(dòng)態(tài)壓入深度方程；

S134，以所述斷續(xù)切削特性條件方程為約束，確定所述磨粒動(dòng)態(tài)壓入深度方程有實(shí)解的工藝參數(shù)匹配關(guān)系，作為所述滿足斷續(xù)切削特性的工藝參數(shù)匹配條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3的步驟進(jìn)一步包括：

S31，基于維氏硬度壓痕理論和延/脆性材料去除模式，分別確定所述加工過(guò)程中延/脆性去除模式的刀具前端磨粒最大壓入深度；

S32，通過(guò)對(duì)切削磨粒掃掠形狀的假設(shè)，結(jié)合刀具前端磨粒最大壓入深度取值，確定所述切削區(qū)域中各所述磨粒位點(diǎn)的最大壓入深度；

S33，基于所述刀具前端磨粒最大壓入深度和所述磨粒位點(diǎn)的最大壓入深度，建立所述切削區(qū)域的磨粒壓入深度分布式；

S34，通過(guò)觀測(cè)超聲振動(dòng)輔助劃痕試驗(yàn)中，劃痕形貌與劃痕力的變化過(guò)程，檢測(cè)所述延/脆性去除模式臨界壓入深度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述S31的步驟進(jìn)一步包括：

確定延性去除模式下的刀具前端磨粒最大壓入深度等于所述最大未變形切屑厚度；并根據(jù)維氏硬度壓痕理論和所述加工過(guò)程的壓痕幾何關(guān)系，確定脆性去除模式下的刀具前端磨粒實(shí)際最大壓入深度。