[发明专利]一种砂轮磨削的仿真方法

说明书

本发明一种砂轮磨削的仿真方法，属于砂轮磨削仿真领域；通过在ABAQUS有限元软件中建立接近实际加工状况的仿真砂轮模型，所述仿真砂轮模型包括二维圆形结构和三角形仿真磨粒，二维圆形结构的半径为R，若干所述磨粒沿周向均布于所述圆形结构的外缘上，所述磨粒露出于所述圆形结构外缘的部分为三角形仿真磨粒，设定各参数值；再依次设置分析步、作用关系、载荷、划分网格；本发明能够实现实际加工的进给速度、砂轮转速及磨粒随转动的仿真，同时提高了磨削仿真分析的计算精度，使得误差控制在20％以内，此方法为利用有限元软件研究砂轮与工件的磨削过程提供了有力参考。

技术领域

本发明属于砂轮磨削仿真领域，具体涉及一种砂轮磨削的仿真方法。

背景技术

在磨削加工过程中需要对磨削力进行预测，因此需要在加工前进行磨削仿真，通过仿真过程得到磨削力的变化规律，然后对实际加工的参数选择进行指导。在磨削仿真中的砂轮建模为关键因素，直接影响仿真的真实性和仿真误差。

论文《A predictive model of subsurface damage and material removalvolume for grinding of brittle materials considering single grit micro-geometry》，作者是Wenyang Liu，记载了磨削仿真采用单颗磨粒单向一维磨削仿真为主，未考虑实际加工过程中砂轮的旋转，导致此方法无法准确仿真出磨粒随砂轮转动时与工件接触角度的变化，并且没有有效区分砂轮转速和进给速度。在砂轮实际磨削加工过程中，磨粒并非以单颗磨粒单一方向加工，而是随砂轮转动，此时磨粒与工件接触角度发生变化，且砂轮转速与进给速度对砂轮所受磨削力、加工质量的效果也会有影响。

因此有必要采取一种新的砂轮磨削仿真方法，对实际加工中砂轮转速与进给速度进行区分模拟仿真，并对实际加工过程中砂轮磨粒与工件接触角度的改变进行仿真分析，对指导工程实际具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种砂轮磨削的仿真方法，目的在于提供一种接近实际加工的仿真方法，考虑加工过程中磨粒与工件接触角度发生变化，以及砂轮转速与进给速度对磨削力造成不同影响的砂轮磨削；通过在ABAQUS有限元软件中建立接近实际加工状况的仿真砂轮模型，仿真出砂轮转速、进给速度和磨削深度，从而得到这三种不同磨削参数对砂轮磨削的影响，对实际加工的参数选择进行指导，为选择最佳的加工参数和最大程度上提高加工效率提供帮助。

本发明的技术方案是：一种砂轮磨削的仿真方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：首先选定实际砂轮型号，进而确定实际砂轮磨粒尺寸量级；然后根据实际磨粒尺寸设计仿真砂轮模型和工件基体：所述磨粒为二维三角形结构，其高度为H；所述仿真砂轮模型包括二维圆形结构和三角形仿真磨粒，二维圆形结构的半径为R，若干所述磨粒沿周向均布于所述圆形结构的外缘上，所述磨粒露出于所述圆形结构外缘的部分为三角形仿真磨粒，所述仿真磨粒的高度为h，其中R＝5h，h＝1/2H；

所述工件基体为二维长方形结构，其长度为2R、宽度为1/2R；

步骤二：依据步骤一所得尺寸，在ABAQUS有限元软件中建立仿真砂轮模型和工件基体模型，并将仿真砂轮和工件基体的材质设定为相同的金属材质；

步骤三：在ABAQUS有限元软件中将“分析步”设定为“动力显式分析步”，将所述仿真砂轮的输出参考点与载荷施加点设置为同一点，然后再将所述仿真砂轮所受切向力与法向力随时间变化的值设定为输出参考点的输出变量；

步骤四：在ABAQUS有限元软件中设定边界条件：所述工件基体的切削深度设定为a，将所述工件基体和仿真砂轮沿仿真砂轮的水平进给方向并列设置，所述工件基体位于仿真砂轮的进给一侧，将其上表面与所述仿真砂轮最低点之间的竖直方向距离调整为a，下表面与所述仿真砂轮最低点之间的竖直方向距离调整为1/2R-a；