[发明专利]超声振动辅助磨削脆性材料磨削温度的预测方法

说明书

本发明公开了一种超声振动辅助磨削脆性材料磨削温度的预测方法：步骤1、建立磨削过程中磨削力F的数学模型；步骤2、确定热源强度q；步骤3、步骤3、确定温升时间t；步骤4、确定磨削温度θ的预测公式；步骤5、确定修正系数K；步骤6、确定平面磨削温度θ的最终预测公式，并对不同参数下的磨削温度进行预测；综合考虑磨粒的进给速度，主轴转速以及磨削深度对磨削温度的影响，引入了修正系数K表征此类因素对磨削温度的影响，更加贴合实际。

技术领域

本发明属于超声振动辅助磨削加工技术领域，特别涉及一种超声振动辅助磨削脆性材料磨削温度的预测方法。

背景技术

脆性材料具有良好的物理性能，但同时该类材料硬度高、断裂韧性低，导致其加工困难。因此，迫切需要一种新型的加工技术用于解决传统加工方法所存在的问题。现有研究显示，超声振动辅助磨削技术是解决这一问题的理想途径。超声振动辅助磨削加工脆性材料过程中，磨削温度直接影响了工件的表面质量，因此需要对磨削温度进行预测。宋慧东利用BP神经网络良好的非线性映射功能，以磨削用量(砂轮线速度、工作太速度和磨削深度)为输入，以磨削温度为输出，达到预测磨削温度的的效果(宋慧东.基于BP神经网络的磨削温度预测[J].机械管理开发,2013(1):145-146.)。马占龙等采用有限元和神经网络相结合的方法对磨削温度进行仿真预测(马占龙,王高文,张健,等.基于有限元及神经网络的磨削温度仿真预测[J].电子测量与仪器学报,2013,27(11):1080-1085.)这两种方法都没有将超声考虑在内而且这些方法都需要进行大量的数据采集与处理，样本量要求较大，计算量大，实际应用效果不太好。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种超声振动辅助磨削脆性材料磨削温度的预测方法，以解决现有磨削温度计算方法中未考虑超声振动参数的影响，不能反映真实加工状况的问题，而本发明能够实现脆性材料超声振动辅助磨削过程中磨削温度的准确预测。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种超声振动辅助磨削脆性材料磨削温度的预测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立磨削过程中磨削力F的数学模型：根据材料的理论去除体积与实际去除体积之间的关系，计算出超声振动辅助磨削脆性材料的磨削力数学模型；

步骤2、确定热源强度q：根据磨粒分布建立计算磨粒线速度，再根据几何关系计算磨粒磨削速度，根据热能方程，获得热源强度q的计算公式；

步骤3、确定温升时间t：根据实验测量的温度变化曲线获得单组温升时间，根据多组温升时间求得平均值最为温升时间t；

步骤4、确定磨削温度θ的预测公式：将步骤1的磨削力式和步骤2求得的热源强度式代入到平面磨削时磨削区域表面的温度表达式中，求得磨削温度理论模型的预测公式；

步骤5、确定修正系数K：综合考虑主轴转速n，进给速度v_f，磨削深度a_p，建立指数预测模型，利用最小二乘估计算法求得最终的修正系数K；

步骤6、确定平面磨削温度θ的最终预测公式，并对不同参数下的磨削温度进行预测：将步骤5获得的修正系数K的公式代入步骤4磨削温度θ的预测公式公式得到最终的预测公式；依据得到的最终预测公式，对不同磨削加工参数下的磨削温度进行预测。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本方法将超声振动参数考虑到磨削温度模型中，更加贴合实际；

(2)综合考虑磨粒的进给速度，主轴转速以及磨削深度对磨削温度的影响，引入了修正系数K表征此类因素对磨削温度的影响；

通过以上考虑，使得计算过程更加符合脆性材料的实际加工状况，提高了脆性材料超声振动磨削过程中磨削温度的预测的准确度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。