脆性材料超声振动辅助磨削的轴向切削力预测方法

摘要

本发明提供了一种脆性材料超声振动辅助磨削的轴向切削力预测方法，对超声振动辅助作用下单颗磨粒的运动学特征和压痕特性进行分析，确定一个振动周期内单颗磨粒的有效切削时间、单颗磨粒平均切削力与最大冲击力的关系、材料去除体积以及参与加工的有效磨粒数目，并最终建立轴向切削力与刀具参数、工件材料性能参数、切削参数以及振动参数的关系，再综合考虑参与加工的有效磨粒数目以及材料的塑性变形去除，并提出八面体形的材料去除体积计算方法，建立轴向切削力F_a的预测公式，更加贴近真实加工状况，提高了脆性材料超声振动辅助磨削的轴向切削力预测的准确性。

主权项

一种脆性材料超声振动辅助磨削的轴向切削力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、有效切削时间t_1e的确定，即通过对一个振动周期内单颗磨粒的运动轨迹分析，确定该振动周期内单颗磨粒实际参与切削加工的时间，即有效切削时间t_1e；步骤2、建立单颗磨粒平均切削力F_1a与最大冲击力F_1m的关系，即根据一个振动周期内，平均切削力的冲量与最大冲击力的冲量相等的原则，建立单颗磨粒的平均切削力F_1a与最大冲击力F_1m的关系；步骤3、计算单颗磨粒的材料去除体积V_1t，即根据单颗磨粒的形状及其在一个振动周期内的运动轨迹，将单颗磨粒在该振动周期内的体积去除量等效为一八面体，通过计算该八面体的体积，获得单颗磨粒的材料去除体积V_1t；再根据切削加工参数计算单位时间内的材料去除体积V_1a，然后根据一塑性变形系数K建立V_1a与V_1t之间的关系；步骤4、计算参与切削加工的有效磨粒数目N_a，即通过分析相邻磨粒由于压痕作用所产生的横向裂纹之间的相互作用，从而确定在一个振动周期内，实际参与切削加工的有效磨粒数目N_a；步骤5、建立轴向切削力F_a的预测公式，即基于前述一个振动周期内的有效切削时间t_1e、单颗磨粒平均切削力F_1a与最大冲击力F_1m、单颗磨粒的材料去除体积V_1t与单位时间内的材料去除体积V_1a、以及参与切削加工的有效磨粒数目N_a，建立轴向切削力F_a与塑性变形系数K、刀具参数、工件材料性能参数、切削参数以及振动参数之间的关系；步骤6、前述步骤5中塑性变形系数K的取值计算，即采用事先标定的方式：通过多次超声振动辅助磨削脆性材料，并利用测力仪获取轴向切削力数据，再根据前述步骤5的预测公式求得多组塑性变形系数K，以各组塑性系数的平均值作为最终的K值，将其代入步骤5所建立的预测公式，得到最终的轴向切削力F_a的预测公式；步骤7、根据前述步骤6所得最终的轴向切削力F_a的预测公式，对不同切削加工参数下的轴向切削力F_a进行预测。