大切深磨削加工磨轮工件接触弧区力载荷分布测量方法

摘要

本发明公开了一种大切深磨削加工磨轮工件接触弧区力载荷分布测量方法，将一工件薄片在与加工接触弧线所对应的相同的磨削参数下进行磨削加工，并将该工件薄片固定在测力仪器上，通过测力仪器实时地记录下该工件薄片在整个加工接触弧线轨迹上所受的磨削力及对应的磨削时刻，再通过所记录下的磨削力及时刻，以弧区位置角为自变量，磨削力载荷为因变量进行拟合，即得到该磨削参数对应下的加工接触弧线上的磨削力载荷分布。该方法将实际磨削加工过程中处于静态的一条完整的加工接触弧线，用该工件薄片沿进给方向在相同的磨削参数下进行磨削勾勒出的一条磨削轨迹来体现，即将该整条完整加工接触弧线对应的磨削力通过该工件薄片进行微分割细化，该方法简单有效、直观、准确。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体是涉及一种大切深磨削加工磨轮工件接触弧 区力载荷分布测量方法。

背景技术

采用圆盘形磨轮(比如砂轮、锯片等)磨削加工是机械加工中非常常用的一 种方法，也是各种金属、岩石、陶瓷、玻璃、晶体等材料成型加工的关键手段之 一。从业人员把磨削加工时磨轮外圆与工件相接触的弧段区域称为加工弧区。磨 削力是加工弧区内磨轮与工件间的复杂相互作用力，是研究磨削过程、工件材料 去除机理、磨轮磨损机制的重要参量，也是控制磨削过程和提高工件加工质量的 重要指标。磨削力沿弧区接触弧线上的分布是研究磨削力、磨削功率与磨削参数 之间对应关系、实现磨削力预测和优化的关键，对控制磨削过程、提高磨削质量 意义重大。

尽管人们很早就推测磨削力载荷在接触弧区内的分布是不均匀的，但一直没 有直接的测量手段。因此，如何获得磨削弧区内力载荷分布一直以来都是国内外 研究的重点，A.G.Mamalis尝试通过单个节块锯切石材来跟踪节块进出锯切弧区 的磨削力变化特征，但仍无法获得磨削力沿接触弧线的分布情况。也有通过单颗 磨粒切削对磨削弧区内相关微观作用进行揭示，但对大切深长弧区来讲存在严重 的失真。目前最为常用的是通过系列磨削实验通过弧度内整段力进行反算，但必 须基于一系列假设，因此所得结果也很难令人信服。

发明内容

本发明提供了一种大切深磨削加工磨轮工件接触弧区力载荷分布测量方法， 其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

大切深磨削加工磨轮工件接触弧区力载荷分布测量方法，它包括：

步骤1，根据磨削参数提取磨轮与工件的完整加工接触弧线，该完整加工接 触弧线为既定的磨削参数下的磨轮外圆周与工件发生的几何干涉部分；

步骤2，将一工件薄片固定在测力仪器上并在与步骤1相同的磨削参数下进 行磨削加工，其中：该完整加工接触弧线的沿进给方向的长度是工件薄片沿进给 方向的厚度的整数倍，该测力仪器在该薄片工件的磨削加工过程中实时记录工件 薄片与磨轮的接触面上的磨削力及对应的时刻；

步骤3，计算该工件薄片所受的磨削力载荷以及该工件薄片所在的弧区位置 角，得到系列不同弧区位置角及对应的磨削力载荷即为加工接触弧线上的磨削力 载荷分布，其中：该工件薄片所在的弧区位置角为该薄片中性面和磨轮外圆的交 点与磨轮最低点所夹的磨轮弧线所对应的圆心角，所述的中性面为该工件薄片上 垂直于进给方向的中心面。

一实施例之中：还包括步骤4，以弧区位置角为自变量，磨削力载荷为因变 量进行函数拟合，得到磨削力载荷与弧区位置角的拟合函数即为该完整加工接触 弧线上的磨削力载荷分布函数。

一实施例之中：该工件薄片的厚度为完整加工接触弧线的沿进给方向的长度 经等厚分割。

一实施例之中：该磨削力载荷等于该工件薄片所受到的磨削力除以该工件薄 片与该磨轮外圆面的接触面面积。

一实施例之中：该函数拟合是指采用线性函数、指数函数、对数函数、多项 式函数中的一种函数或两种及以上的组合函数进行拟合。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

将一工件薄片在与加工接触弧线所对应的相同的磨削参数下进行磨削加工， 并将该工件薄片固定在测力仪器上，通过测力仪器实时地记录下该工件薄片在整 个加工接触弧线轨迹上所受的磨削力及对应的磨削时刻，进而通过计算得到系列 不同弧区角及对应磨削力载荷即为加工接触弧线上磨削力载荷分布，进一步可以 通过以弧区位置角为自变量，磨削力载荷为因变量进行函数拟合得到该磨削参数 对应下的加工接触弧线上的磨削力载荷分布函数。该方法将实际磨削加工过程中 处于静态的一条完整的加工接触弧线，用该工件薄片沿进给方向在相同的磨削参 数下进行磨削勾勒出的一条磨削轨迹来体现，即将该整条完整的加工接触弧线对 应的磨削力通过该工件薄片进行微割细化，该方法简单有效、直观、准确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了具有完整加工接触弧线的工件磨削加工示意图。

图2绘示了本实施例中该工件薄片在相同的磨削参数下进行磨削加工的示意 图。

图3(a)绘示了本实施例中测力仪在整个加工弧区内得到的工件薄片与磨轮 之间的作用力随时间的变化曲线图。

图3(b)绘示了本实施例中得到的工件薄片与磨轮的接触面的磨削力载荷和 对应的弧区位置角经线性拟合后的曲线图。

具体实施方式

请查阅图1和图2，大切深磨削加工磨轮工件接触弧区力载荷分布测量方法， 它包括：

步骤1，根据磨削参数提取磨轮1与工件2的完整加工接触弧线，该完整加 工接触弧线为既定的磨削参数下的磨轮1外圆周与工件2发生的几何干涉部分；

步骤2，将一工件薄片3固定在测力仪器4上并在与步骤1相同的磨削参数 下进行磨削加工，其中：工件薄片3沿进给方向的厚度为该完整加工接触弧线的 沿进给方向的长度整数倍分割的段长，该测力仪器4在该薄片工件3的磨削加工 过程中实时记录工件薄片3与磨轮1的接触面上的磨削力及对应的时刻；

步骤3，计算该工件薄片3所受的磨削力载荷以及该工件薄片3所在的弧区 位置角，该工件薄片3所在的弧区位置角为该薄片中性面和磨轮1外圆的交点与 磨轮最低点所夹的磨轮弧线所对应的圆心角；

步骤4，根据该测力仪器4在薄片工件3的加工过程中所获得的磨削力和对 应的磨削时刻，以弧区位置角为自变量，磨削力载荷为因变量进行拟合，得到磨 削力载荷与弧区位置角的拟合函数即为该完整加工接触弧线上的磨削力载荷分 布，其中：该中性面为该工件薄片3上垂直于进给方向的中心面，该磨削力载荷 等于该工件薄片3所受到的磨削力除以该工件薄片与该磨轮1外圆面的接触面面 积。

优选地，该经等厚分割后的工件薄片3的厚度为0.5-20mm，该工件薄片3的 厚度可以根据实际接触弧线载荷分析精度的要求在该范围内选择；理论上，相同 的接触弧线，其工件薄片3的厚度越小，则工件薄片与磨轮1外圆面的接触面面 积越小，该测力仪器4测得的数据点数越多，所测得的该接触弧线上的载荷分布 精度也越高，但制样的难度越大。

根据函数拟合精度等要求，可以采用线性、指数、对数函数、多项式中的一 种函数或两种及以上的组合函数进行拟合。

一较佳实施中：请查阅图1和图2，磨轮采用直径D为500mm，厚度B为5mm 的圆盘状磨轮1(也可称为圆锯片)，工件2材料为603花岗石，磨削参数为：磨 削深度ap＝40mm，进给速度v_f＝1、2、4、8、12m/min，磨轮1线速度v_s为40m/s。 将完整加工接触弧线沿进给方向按段厚s＝2mm进行等分，然后取厚度为段厚s的 工件薄片3通过夹具固定在Kisster9257BA测力仪器4上，接着进行等参数磨削。 在磨削工件薄片3的过程中，测力仪器4实时监测工件薄片3与磨轮1之间的作 用力随时间的变化记录F(t)，如图3(a)所示。磨削结束后，通过将测得的磨削 力F(t)转化成t时刻薄片与磨轮的接触面的磨削力载荷DF(t)，DF(t)＝F(t)/(s·B)， 通过式计算出t时刻工件薄片中性面所处的弧 区位置角a(t)。由于测力仪器4是同步记录磨削力与时间的关系，所以DF(t)和a(t) 是同步对应的。不同时刻的a(t)实际上描述了工件薄片3中性面处在接触弧线上 的不同位置。将不同时刻的DF(t)和a(t)通过线性函数DF＝k(a)进行数学拟合， 即可得到磨削力载荷沿接触弧线分布,如图3(b)所示。

将一工件薄片在与加工接触弧线所对应的相同的磨削参数下进行磨削加工， 并将该工件薄片固定在测力仪器上，通过测力仪器实时地记录下该工件薄片在整 个加工接触弧线轨迹上所受的磨削力及对应的磨削时刻，再通过所记录下的磨削 力及时刻，以弧区位置角为自变量，磨削力载荷为因变量进行拟合，即得到该磨 削参数对应下的加工接触弧线上的磨削力载荷分布。该方法将实际磨削加工过程 中处于静态的一条完整的加工接触弧线，用该工件薄片沿进给方向在相同的磨削 参数下进行磨削勾勒出的一条磨削轨迹来体现，即将该完整的加工接触弧线对应 的磨削力通过该工件薄片进行微分割细化，通过该方法所获得的工件加工接触弧 线的载荷分布直观、准确，同时，方法简单有效。

以上该，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围， 即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖 的范围内。