可以反求 出各组实验的综合影响系数K，该公式中的刀具参数、工件材料性能参数以及振动参数由实 验条件而确定，已通过表1给出。据此，4组实验获得的K值分别为:3.9469、4.2949、4.6727、 4.4160。以其平均值作为最终的综合影响系数K，因此，最终的综合影响系数K = 4.3326。
[0079] 再将最终的综合影响系数K代入步骤5所建立的预测公式中，得到最终的切削力F 的预测公式。
[0080] 以上述综合影响系数K(K = 4.3326)的最终取值计算，本实施例中上述超声振动侧 面磨削氧化锆陶瓷的切削力预测公式，具体表达式为：
[0081]
[0082] 步骤8、根据前述步骤7所获得的最终切削力F的预测公式，对不同加工参数下的切 削力进行预测。
[0083] 如前所述，可利用该最终的预测公式，对不同切削加工参数下的切削力F进行预 测。
[0084] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【主权项】
1. 一种脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤1、临界切削深度ag。和最大切削深度agmax的确定，即根据单个旋转周期内单颗磨粒 的运动轨迹和切削表面形貌，分别确定塑性流动去除阶段和脆性断裂去除阶段、发生塑-脆 性转变时的临界切削深度ag。^及最大切削深度agmax; 步骤2、建立单颗磨粒切削力Fn与切削深度ag的关系式，即根据单个旋转周期内切削深 度的变化，建立单颗磨粒切削力Fn与切削深度ag的关系式； 步骤3、确定塑性流动去除阶段的平均切削深度aaved和平均切削力Fds，即根据塑性流动 去除阶段单颗磨粒的理论划痕体积与等效划痕体积的关系，确定该阶段的平均切削深度 aaved,将平均切削深度aaved代入步骤2建立的关系式中，得到塑性流动去除阶段平均切削力 Fds； 步骤4、确定脆性断裂去除阶段的平均切削深度aavsb和平均切削力Fbs，即根据脆性断裂 去除阶段单颗磨粒的理论划痕体积与等效划痕体积的关系，确定该阶段的平均切削深度 aaveb，将平均切削深度aaveb代入步骤2建立的关系式中，得到脆性断裂去除阶段的平均切削 力 Fbs; 步骤5、计算参与加工的有效磨粒数目Na，即根据单个旋转周期内，切削加工中所有磨粒 的实际去除体积Va与单颗磨粒的理论去除体积Vt的关系，计算得到参与加工的有效磨粒数 目Na; 步骤6、建立切削力F的预测公式，即基于前述步骤4和步骤5中求得的单颗磨粒在塑性 流动去除阶段的平均切削力Fds、在脆性断裂去除阶段的平均切削力FbsW及有效磨粒数目 Na，建立切削力F与综合影响系数K、加工参数、振动参数、材料性能参数W及刀具参数之间 的关系式； 步骤7、前述步骤6中综合影响系数K的取值计算，即采用事先标定的方式:通过多次超 声振动侧面磨削脆性材料，并利用测力仪获取切削力数据，再根据前述步骤6的预测公式求 得多组综合影响系数K，W各组综合影响系数的平均值作为最终的K值，将其代入步骤6所建 立的预测公式，得到最终的切削力F的预测公式； 步骤8、根据前述步骤7所获得的最终的切削力F的预测公式，对不同加工参数下的切削 力进行预测。2. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤3中，所述的塑性流动去除阶段的平均切削深度aaved计算步骤如下： 步骤3-1 :单个旋转周期内，单颗磨粒塑性流动去除阶段的理论划痕体积其中α为磨粒顶角，Id为塑性流动阶段的切削长度； 步骤3-2:单个旋转周期内，单颗磨粒塑性流动去除阶段的等效划痕体积步骤3 - 3 :通过使理论划痕体积V d S与等效划痕体积V d S e相等，确定平均切削深度3. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤4中，所述的脆性断裂去除阶段的平均切削深度aaved计算步骤如下： 步骤4-1 :单个旋转周期内，单颗磨粒脆性断裂去除阶段的理论划痕体积，其中lb为脆性断裂阶段的切削长 度； 步骤4-2:单个旋转周期内，单颗磨粒脆性断裂去除阶段的等效划痕体积步骤4 - 3 :通过使理论划痕体积V b S与等效划痕体积V b S e相等，确定平均切削深度4. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤5中，所述的有效磨粒数目的计算步骤如下： 步骤5-1:单个旋转周期内，切削加工中所有磨粒的实际去除体积Va = 60/n · vfaehw，其 中η为主轴转速，vf为进给速度，ae为切削宽度，hw为侧面磨粒与工件接触区的高度； 步骤5 - 2 :单个旋转周期内，单颗磨粒的理论去除体积其中C2为无量纲常数，ξ为磨粒几何参数，Ην为工件材 料硬度，Kic为工件材料断裂初性，Ε为工件材料弹性模量，V为工件材料的泊松比； 步骤5-3:所有磨粒的实际去除体积Va除W单颗磨粒的理论去除体积Vt，得到有效磨粒 数目5. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤6中所述的切削力F的预测公式建立如下：式中，ti为磨粒运动到临界切削深度ag。时所对应的切削时间，t2为磨粒运动到最大切削 深度agmax时所对应的切削时间。6. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤1中，所述的临界切削深度通过划痕试验方法获得，其值agE = 0.5祉m，对应的切削 时间ti通过等式agc = tivf · sin(30町i/ti)获得;所述的最大切削深度agmax = t2Vf · sin(3〇JT n/t2)，其所对应的切削时间t2通过等式ae = R-Rcos(3〇TO/t2)获得，其中R为刀具半径。7. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤2中，所述单颗磨粒切削力Fn与切削深度ag的关系式建立如下：式中，ag为单颗磨粒的切削深度。8. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤3中，所述塑性流动去除阶段的平均切削力Fds和切削长度Id建立如下：式中vx，vy，vz分别为磨粒在x，y，z方向上的速度，其具体计算公式如下：式中，ω为磨粒角速度ω =nJT/3化ad/s，fv为振动频率，A为振动周 期。9. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在于， 前述步骤4中，所述脆性断裂去除阶段的平均切削力Fbs和切削长度lb建立如下：10. 根据权利要求1所述的脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，其特征在 于，前述步骤5中，所述ξ取值为1.885，所述C2取值为0.026。
【专利摘要】本发明提出一种脆性材料超声振动侧面磨削的切削力预测方法，通过对单颗磨粒的运动轨迹和切削表面形貌进行分析，确定单个旋转周期内发生塑-脆性转变的临界切削深度和最大切削深度，进而分别确定塑性流动去除阶段和脆性断裂去除阶段内的平均切削深度、平均切削力，对比分析所有磨粒的实际去除体积和单颗磨粒的理论去除体积，确立参与加工的有效磨粒数目，再综合考虑刀具磨损、切削温度及机床刚度的影响并引入综合影响系数K，建立切削力F的预测模型，最后切削力F的预测模型，对不同加工参数下的切削力进行预测。利用本发明的预测方法，其预测结果更加符合实际加工状况，可显著提高脆性材料超声振动侧面磨削切削力的预测精度。
【IPC分类】B24B49/00, B24B1/04
【公开号】CN105538050
【申请号】CN201610060681
【发明人】郑侃, 肖行志, 廖文和, 孟恒
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月28日