[发明专利]螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法

说明书

本发明公开了一种螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法，包括以下步骤：计算磨削过程中，砂轮与螺杆接触线长度；利用向量积定义，根据求得的接触线长度与接触点处的接触弧长，确定磨削面积；进行砂轮磨削区域磨削力计算；综合求得砂轮磨削区域的磨削力；本发明的螺杆磨削加工过程中磨削力的计算方法通过对磨削过程中接触线长度、实际参与磨削的磨削面积的求解，可实现对砂轮磨削区域磨削力的精确计算，该方法可以为螺杆磨床设计、磨削功率的预测等提供所需的理论依据。

技术领域

本发明涉及螺杆磨削加工领域，尤其涉及一种螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法。

背景技术

磨削力在磨削加工过程中是一个极其重要的参数，它不仅影响系统变形、磨削效率、加工精度、表面质量、砂轮耐用度、磨削热量、磨削振动，而且也是超精密磨削机床设计时需要重点关注的参数之一。由于螺杆的磨削加工方法中，砂轮与工件的运动关系较为复杂，现有技术中，通常利用经验公式对螺杆切削力进行计算，而利用公式进行计算前，需先获取砂轮与螺杆的接触线长度，目前普遍采用啮合原理求解接触线及砂轮廓型。由于齿轮啮合原理是运用解析几何的方法通过螺杆与刀具所具有的公法线建立螺杆与刀具的补充条件式，以达到求解接触线及成型刀具齿形的目的，这就要求螺杆齿形曲线在任意点处都具有连续的一阶导数，而实际设计过程中，螺杆端面的齿形曲线一般都是由两条甚至更多的不同类型的曲线组合而成，在曲线与曲线的连接处只能保证曲线的连续性，不能保证曲线在连接点处一阶导数的连续性，使得在运用啮合原理求得的接触线及刀具齿形曲线出现明显的波动情况，影响接触线长度的精确求解。

因此，需要一种螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法，可实现对砂轮磨削区域磨削力的精确计算，该方法可以为螺杆磨床设计、磨削功率的预测等提供所需的理论依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法，可实现对砂轮磨削区域磨削力的精确计算，该方法可以为螺杆磨床设计、磨削功率的预测等提供所需的理论依据。

本发明的螺杆磨削过程中考虑运动参数的磨削力精确预测方法，包括以下步骤：a.求解砂轮与螺杆接触线的长度以及砂轮与螺杆接触点处的接触弧长l_k；b.根据求解得的所述接触线的长度和接触弧长l_k，计算砂轮与螺杆在实际参与磨削的磨削面积S；c.所述磨削力的大小为：

式中，为螺杆的材料系数,其值可由实验测得；为砂轮的平均有效磨粒间隔，可由显微镜观察得到；为砂轮的线速度；v_w为螺杆的线速度；a_p为磨削深度；d_e为砂轮的当量直径，x为影响系数；获得材料系数k的实验方法为：磨削实验在普通外圆磨床上进行，砂轮选用60#刚玉砂轮，型号为WA60L6V；工件材料选用合金钢40Cr。测力变换装置利用测力顶尖作弹性测力元件，金属式电阻应变片作为变换器，通过信号转换即可测得磨削力，根据其他磨削参数，利用上式即可确定螺杆的材料系数k。影响系数x的取值范围为0.2—0.5，优选0.45；

其中，砂轮与螺杆接触点处的实际接触弧长度l_k的求解过程如下：

磨削作用发生时砂轮与工件发生切削作用会产生一个接触作用区域，该接触区域弧长如图3所示。螺杆磨削加工时，砂轮上的磨粒在A点和螺杆表面发生接触，并沿曲线路径到达C点。与外圆磨削相比,螺旋曲面磨削过程中，砂轮轴线与螺杆轴线存在夹角，故参与磨削的磨粒在切向、径向和轴向三个方向均有位移变化，将其位移变化在各个方向分解后可得：

切向：

径向：

轴向：

式中：为一个磨粒发生磨削作用时，砂轮相对于工件以角速度ω做匀速运动转过的角度；d_e为砂轮当量直径，