氧化铝砂轮地貌的量化评价及数学建模

砂轮地貌特征是指砂轮表面磨粒密度、磨粒切削刃和磨粒出刃高度分布等情况。准确测量和量化评价砂轮地貌不仅有助于加深对磨削机理的认识,而且是磨削过程优化、磨削过程建模与仿真不可缺少的前提条件。采用白光干涉仪对氧化铝砂轮地貌进行了测量;用伯明翰三维表面粗糙度特征参数量化砂轮地貌特征,评价不同粒度号氧化铝砂轮的磨粒密度、磨粒形状和磨粒锋利程度;根据磨粒出刃高度测量结果,利用统计方法建立氧化铝砂轮表面磨粒出刃高度分布的数学模型。结果表明,氧化铝砂轮表面磨刃形状近似为尖端带有圆球半径的圆锥形状,随着砂轮粒度号数的增加,磨刃的圆头半径减小;在同一砂轮修整工艺条件下,磨刃的顶锥角相差不大;氧化铝砂轮表面磨粒出刃高度符合正态分布规律。     

基于数值建模的砂轮形貌仿真与测量

建立球形磨粒在空间随机运动的数学模型,提出创建三维砂轮数值模型的方法。提取仿真砂轮的表层磨粒以生成虚拟砂轮形貌,依据振动模型确定的磨粒中心坐标,将球形磨粒转化为不规则六面体进行统计分析。以单点金刚石笔为修整工具,建立修整模型并将其引入砂轮形貌生成过程之中。利用激光传感器测量实际砂轮形貌的磨粒分布规律,并将试验统计数据与同特征的仿真结果相比较,分析两结果之间的区别和联系。通过计算磨粒突出高度、磨粒间距等评价参数,讨论砂轮形貌修整前后的差异,测量和仿真的结果表明：在初始砂轮形貌中,磨粒突出高度呈正态分布,修整后则近似均匀分布,大部分磨粒间距分布在0.2～0.6 mm,为进一步探讨砂轮形貌对磨削工件的影响提供了依据。     

磨削用砂轮地貌测量方法分析比较CSCD

磨削是利用砂轮上粘结的磨粒进行切削的过程。磨粒在砂轮表面的空间分布和形态构成了砂轮地貌。砂轮在使用前或使用一段时间后都需要对砂轮地貌或砂轮宏观形状进行修整。为了深入研究砂轮修整后的砂轮质量,就需要对砂轮地貌进行测量,不同的测量方法均有自己的优势和局限性,目前,没有一种方法可以完成对砂轮三维地貌的完整描述,故本文对用同一种工具和同一种修整方法得到的砂轮进行各种方法的测量,对不同方法测得的结果进行比较,进而分析各自方法的优势和局限性。随着测量技术的发展,将会有更加精确、更广泛应用和测量结果更直观的砂轮地貌测量方法来指导和优化磨削加工过程。     

基于球切多面体和光密度的砂轮建模与测量

针对金刚石砂轮磨粒形状的不规则性、尺寸的变化性以及空间位置随机分布的特点,采用基于球坐标的随机点产生的空间平面切分实体的方法,建立更接近实际的虚拟多面体磨粒,并建立金刚石砂轮模型;从类似机床刀具切削刃的磨刃二面角出发,运用仿生物学中光密度以及计算机数字图像处理的方法,提出了基于光密度、积分光密度、平均积分光密度的一种新的砂轮形貌评价方法,并通过试验测量研究了磨刃二面角与积分光密度值之间的关系。研究结果表明,磨刃二面角越大,积分光密度值越大,在0~200之间变化。最后结合砂轮表面面积密度、磨粒平均个数、出刃高度、积分光密度值等参数验证了所建立的虚拟多面体磨粒和砂轮模型的有效性。     

基于双目图像的砂轮地貌检测

砂轮地貌的准确检测可以反映砂轮磨粒的出露高度和分布情况等,对于揭示砂轮的磨削机理发挥重要的作用.鉴于传统的砂轮地貌检测方法存在种种缺陷,提出了一种基于双目图像的磨粒出露高度检测方法.该方法采用灰度模板匹配算法,通过优化模板尺寸进行图像匹配,可以估算出磨粒的出露高度.试验结果令人满意,磨粒出露高度估算误差小于5%.     

柱面微透镜阵列的精密磨削

柱面微透镜阵列的加工精度要求高,加工效率低,采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度,建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征,结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构,同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型,模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后,开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知,面形误差PV值的偏差为5.78%,Ra值的偏差为17.3%,Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。     

砂轮离散元建模的镍基合金磨削加工数值模拟

为探究镍基合金在磨削加工中的材料去除机理,采用圆弧角度随机切分法,对砂轮表层磨粒进行了轮廓、分布的几何建模;采用平行键粘结线性标定法,对镍基合金材料进行了离散元模型校准;建立了砂轮磨粒磨削镍基合金加工的动态仿真.仿真结果表明:磨削过程中,磨削力存在动态波动;磨削切向力、法向力随着砂轮表面磨粒轮廓边数增加而减小;磨削切向力、法向力随着砂轮旋转速度增加而减小,数值模拟方法和结果对镍基合金磨削加工过程材料去除机理研究具有一定参考价值.     

全陶瓷球轴承套圈沟道精密磨削用砂轮修整试验

为提高金刚石圆弧砂轮外缘轮廓精度,减少全陶瓷球轴承套圈沟形误差,采用金刚石碟片对树脂基金刚石圆弧砂轮进行修整;对比修整前后砂轮的表面形貌及套圈沟形误差,验证砂轮的修整效果.修整后砂轮表面出现光泽,露出表面的金刚石磨粒明显增多,部分金刚石磨粒破碎,形成新切削刃或脱落,增大容屑空间;修整前沟形误差的平均值为5.823μm,...     

基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模研究

虚拟砂轮建模时大多采用包围球对磨粒进行碰撞检测,而包围球相互接触时凸多面体磨粒之间仍存在间隙,导致虚拟砂轮表面与实际砂轮表面差异较大,影响后续磨削过程仿真的准确性.针对这一问题,提出了一种基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模方法.推导了砂轮表面磨粒随机位置的数学模型,基于凸多面体碰撞检测判断磨粒干涉状况,最终生成虚拟砂轮...     

氮化硅陶瓷套圈磨削力有限元仿真分析与实验

分析磨削氮化硅陶瓷材料时产生的磨削力,对磨削力的变化规律进行探索,对磨削过程中磨削力的大小进行预测,提高磨削效率和加工表面质量。通过超景深电子显微镜对砂轮表面磨粒分布状况进行扫描,计算得到砂轮表面的磨粒密度,建立多颗磨粒随机分布的三维虚拟砂轮模型,将砂轮模型导入到Abaqus有限元仿真软件中进行氮化硅陶瓷的磨削仿真,得到不同参数组合下的磨削力仿真数据。在MK2710的数控磨床上进行氮化硅陶瓷的磨削实验,获取相应的磨削力实验数据,比较实验数值与预测数值,并分析影响磨削力因素的主次顺序。实验数值与预测数值具有一致性,磨削深度对磨削力的影响最大,其次为砂轮转速和径向进给速度。     

Recognition of diamond grains on surface of fine diamond grinding wheel

The accurate evaluation of grinding wheel surface topography, which is necessary for the investigation of the grinding principle, optimism, modeling, and simulation of a grinding process, significantly depends on the accurate recognition of abrasive grains from the measured wheel surface. A detailed analysis of the grain size distribution characteristics and grain profile wavelength of the fine diamond grinding wheel used for ultra-precision grinding is presented. The requirements of the spatial sampling interval and sampling area for instruments to measure the surface topography of a diamond grinding wheel are discussed. To recognize diamond grains, digital filtering is used to eliminate the high frequency disturbance from the measured 3D digital surface of the grinding wheel, the geometric features of diamond grains are then extracted from the filtered 3D digital surface, and a method based on the grain profile frequency characteristics, diamond grain curvature, and distance between two adjacent diamond grains is proposed. A 3D surface profiler based on scanning white light interferometry is used to measure the 3D surface topography of a #3000 mesh resin bonded diamond grinding wheel, and the diamond grains are then recognized from the 3D digital surface. The experimental result shows that the proposed method is reasonable and effective. __________ Translated from Journal of Dalian University of Technology, 2007, 47(3): 358–362 [译自: 大连理工大学学报]     

磨削过程模拟及磨削机理研究（上）

在前人磨削理论基础上对砂轮结构做了更接实际的随机性假设,应用计算机数字模拟技术对磨削全过程进行了模拟,获得了磨削过程和磨削表面的许多重要数据和结果,给出了砂轮表层的磨料中中切削的磨粒数目和切屑的长度、厚度和体积。在研究砂轮结构的基础上得出砂轮磨粒分布的随机性是磨削加工能产生表面低粗糙度的重要因素。对砂轮磨料粒度及砂轮修整的定量研究表面,要获得超低粗糙度值磨削表面不仅需要选择较细磨粒,而且需要对砂轮     

Recognition of diamond grains on surface of fine diamond grinding wheel

The accurate evaluation of grinding wheel surface topography, which is necessary for the investigation of the grinding principle, optimism, modeling, and simulation of a grinding process, significantly depends on the accurate recognition of abrasive grains from the measured wheel surface. A detailed analysis of the grain size distribution characteristics and grain profile wavelength of the fine diamond grinding wheel used for ultra-precision grinding is presented. The requirements of the spatial sampling interval and sampling area for instruments to measure the surface topography of a diamond grinding wheel are discussed. To recognize diamond grains, digital filtering is used to eliminate the high frequency disturbance from the measured 3D digital surface of the grinding wheel, the geometric features of diamond grains are then extracted from the filtered 3D digital surface, and a method based on the grain profile frequency characteristics, diamond grain curvature, and distance between two adjacent diamond grains is proposed. A 3D surface profiler based on scanning white light interferometry is used to measure the 3D surface topography of a #3000 mesh resin bonded diamond grinding wheel, and the diamond grains are then recognized from the 3D digital surface. The experimental result shows that the proposed method is reasonable and effective.     

单层钎焊金刚石砂轮的修整实验研究

为满足单层钎焊金刚石砂轮高效精密加工的性能要求,对磨粒有序排布单层钎焊金刚石砂轮的修整进行了实验研究。采用磨粒有序排布的钎焊金刚石修整工具对钎焊砂轮进行了修整,该修整方法通过修整工具粒度的变化以及修整速比的调整来控制砂轮形貌,从而使氧化锆的磨削表面粗糙度达到了精密加工的水平。对砂轮形貌进行了观测统计,数据表明,砂轮磨粒的等高性得到明显改善且避免了磨粒端部的严重钝化。     

考虑耕犁的超声磨削表面微观形貌建模与预测

超声磨削加工在难加工材料领域得到广泛应用,超声辅助磨削过程中,超声振动参数对磨削后的表面微观形貌具有重要影响,因此,为了在加工前对超声加工后的表面微观形貌进行预测,以优化加工参数。提出一种考虑耕犁的超声磨削表面微观形貌建模与预测方法。假设磨粒为球形,磨粒直径与间距服从高斯分布,给出砂轮形貌的数值生成方法;根据超声磨削运动学,建立考虑磨粒实时切削深度与耕犁影响的三维运动轨迹方程;在此基础上,提出超声磨削表面微观形貌生成的区域逼近求解算法,进而给出超声磨削表面微观形貌生成模型,模拟出超声磨削的三维表面微观形貌。通过试验分别从表面微观形貌的轨迹纹理、表面粗糙度数值两个方面对超声磨削表面微观形貌的模型的正确性进行了验证。     

外圆磨削砂轮形貌仿真与工件表面粗糙度预测

对磨削砂轮形貌、外圆磨削过程及工件表面形貌进行了仿真,实现了对工件表面粗糙度的预测,并对仿真模型进行了验证。采用Johnson变换和Gabor小波变换,实现了高斯域和非高斯域的转化,在随机域内对磨削砂轮形貌进行了仿真。根据外圆磨削运动过程,通过对砂轮和工件相互作用过程的分析,建立了磨粒运动轨迹方程和工件形貌方程,在考虑磨粒切削、耕犁与摩擦作用的条件下,对外圆磨削过程进行了仿真。建立了外圆磨削模型,实现了对加工工件形貌的仿真和粗糙度预测。     

Simulation and assessment of diamond mill grinding wheel topography

The topography of grinding wheel has a remarkable effect on grinding process. In this paper, the topographies of two mill grinding wheels with different grain sizes were measured by using an Olympus confocal scanning laser microscope. Kolmogorov–Smirnov normality tests were carried out to obtain distribution characteristics of abrasive grains. The test results indicate that the surface of grind wheel is of non-Gaussian nature. Consequently, a non-Gaussian statistical model was proposed to simulate the mill grinding wheel topography. Simultaneously, some parameters of “Birmingham 14” were introduced to assess the grinding wheel surface quantitatively. Simulated profile of the grinding wheel is found to correspond well in appearance with that of the actual grinding wheel.     

金刚石砂轮中磨粒出刃的分形分析

针对金刚石砂轮微观出刃形貌复杂的问题,提出分形维数和等价出刃尺寸的评价指标。目的是利用分形维数和等价出刃尺寸分别评价砂轮磨粒的破碎程度和砂轮磨粒出刃的均匀程度。试验和分析结果表明,进给深度越大,砂轮出刃的分形维数就越大,表明砂轮磨粒的破碎程度越大,会给加工表面造成较大的粗糙度或划伤表面。进给深度对磨粒出刃的等价出刃尺寸的影响不大。