[發明專利]一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法與裝置

有效

• 申請號: 201810380084.4
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108723900B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 袁松梅;李真;李麒麟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法與裝置，通過開展加工過程中的刀具磨粒與工件材料相互作用運動學分析，獲取滿足切削區域振動分離的工藝參數匹配關系，建立斷續切削特性的條件方程；根據超聲振動輔助劃痕試驗，獲取材料延/脆性去除模式轉變的臨界壓入深度，建立切削區域的磨粒壓入深度分布關系式，對切削區域不同位置的磨粒載荷累加，分別獲得延/脆性域切削力模型，并根據臨界壓入深度和最大切厚對模型進行融合，獲得旋轉超聲振動加工全域切削力模型。本發明能夠更全面地反映旋轉超聲振動加工特性及去除機理，從而有效指導實際加工的切削力預測和工藝優化。

技術領域

本發明涉及超聲振動加工技術領域，更具體地，涉及一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法與裝置。

背景技術

隨著工業領域對裝備服役性能要求的不斷提高，復合材料、超高溫陶瓷等先進材料得到廣泛應用。同時，由于此類材料的高強度、高硬度特性，使得其加工過程易出現切削力大、加工損傷嚴重等諸多問題，傳統切削加工工藝難以滿足其制造需求。

旋轉超聲振動銑磨加工是實現高性能材料高效低損傷加工的有效技術途徑，然而目前對于這一技術的研究還很不充分。在實際加工過程中，大多依靠工程師經驗選擇切削參數，不能對切削力進行有效的預測和調控，制約了加工效能的進一步提升。因此，建立旋轉超聲振動銑磨的切削力模型，可以為難加工材料的高效、高質加工工藝優化提供重要理論支撐。

目前，旋轉超聲振動銑磨加工切削力建模的方法主要分為經驗擬合建模和理論分析建模。其中：經驗擬合建模多采用優化算法，對切削力實驗數據進行擬合獲得切削力經驗公式；理論分析建模方法則從加工機理入手，基于材料去除過程，如脆性斷裂材料去除模式，進行切削力建模。

但是，由于旋轉超聲振動加工過程較為復雜，且所涉及的工藝參數眾多，切削力經驗模型不能對不同工藝條件下的加工過程進行有效預測。而理論分析建模法僅基于單一的材料去除機理進行切削力建模，不能完全反映硬脆材料超聲振動加工的切削特性，因此難以指導實際加工中的切削力控制和工藝優化。

發明內容

為了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，本發明提供一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法與裝置，用以更精確的反映實際加工過程，從而更有效的進行加工過程的切削力預測和工藝優化指導。

一方面，本發明提供一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法，包括：S1，通過分析目標旋轉超聲振動銑磨加工過程中切削區域的刀具磨粒與工件材料相互作用的運動學過程，建立斷續切削特性條件方程，并獲取滿足斷續切削特性的工藝參數匹配條件；S2，基于所述運動學過程、所述斷續切削特性條件方程和所述工藝參數匹配條件，計算所述加工過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，以及所述切削區域中任一磨粒位點的最大壓入深度，建立所述切削區域的磨粒壓入深度分布式，并通過超聲振動輔助劃痕試驗，獲取所述工件材料對應的延/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系，計算所述切削區域中各位置點磨粒的平均正向切削力，并通過累加各位置點的所述磨粒的平均正向切削力，結合刀具錐角幾何關系，建立所述目標旋轉超聲振動銑磨的延/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，并通過比對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，建立所述目標旋轉超聲振動銑磨加工的全域切削力模型。

另一方面，本發明提供一種旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模裝置，包括：至少一個存儲器、至少一個處理器、通信接口和總線；所述存儲器、所述處理器和所述通信接口通過所述總線完成相互間的通信，所述通信接口用于所述建模裝置與目標旋轉超聲振動銑磨的觀測設備通信接口之間的信息傳輸；所述存儲器中存儲有可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時，實現如上所述的旋轉超聲振動銑磨的全域切削力建模方法。