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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明提供一种复杂曲面零件磨削用砂轮形状设计方法。本发明包括：获取目标复杂曲面样件的曲率，基于复杂曲面的曲率确定砂轮基本半径和曲面全域最大陡度，基于所述曲面全域最大陡度确定砂轮扬角范围；基于目标复杂曲面样件的加工超精密加工磨床样式以及磨削工艺参数确定砂轮的基本形制和最小半径；通过砂轮有效加工面积确定砂轮最小扬角；综合考虑加工曲面特点、加工参数和加工条件最终确定复杂曲面零件磨削用砂轮形状和参数。本发明面向复杂曲面零件加工需求，实用性强，操作便捷，耗时短，可有效应用于各种复杂曲面的磨削加工中，为提高复杂曲面的生产效率和加工精度提供保障，对获得适用于复杂曲面磨削加工的砂轮具有重要理论意义和使用价值。

主权项：1.一种复杂曲面零件磨削用砂轮形状设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取目标复杂曲面样件的曲率，基于复杂曲面的曲率确定砂轮基本半径和曲面全域最大陡度，基于所述曲面全域最大陡度确定砂轮扬角范围，所述砂轮扬角范围大于曲面全域最大陡度；步骤2、基于目标复杂曲面样件的加工超精密加工磨床样式以及磨削工艺参数确定砂轮的基本形制和最小半径；步骤3、通过砂轮有效加工面积确定砂轮最小扬角；步骤4、综合考虑加工曲面特点、加工参数和加工条件最终确定复杂曲面零件磨削用砂轮形状和参数；所述步骤1中获取目标复杂曲面样件的曲率之前还包括如下步骤：构建复杂曲面样件，结合计算机辅助几何造型方法通过曲线、曲面重构来构造产品的数字化模型，或通过对目标复杂曲面的数学解构获得叠加曲面方程表达式所述步骤1具体包括如下步骤：步骤11、将解构获得的曲面参数方程写成向量函数形式： 其中，Pu,v为曲面上点；步骤12、求解过曲面上点P的任一曲线和对应曲率： 式中s为自然参数，α为曲线的切向量，β为曲线的主法向量，k是曲线在P点的曲率；步骤13、求得砂轮基本半径R： 其中，kmincon为复杂曲面凹坑处最小曲率，Rmax为砂轮可取得的最大半径值步骤14、求得P点陡度θ，具体地：求得曲线上P点的切线方程： 空间中底平面方程：Ax+By+Cz+D＝05；其中，A，B，C，D为该平面对应的方程参数；P点陡度θ： 其中，n为平面法向量，t为切线方向向量砂轮扬角范围满足：Δαmin＝θmax7所述步骤2具体包括如下步骤：步骤21、获取砂轮使用的最小磨削速度Vmin；步骤22、根据最小磨削速度求得砂轮的最小许用球面半径rmin： 式中n为机床磨轴转速所述步骤22后还包括如下步骤：步骤23、判断除基本球面轮廓砂轮外，最小许用球面半径与步骤1求得砂轮基本半径的关系，若最小许用球面半径大于砂轮基本半径的关系，引入偏心量e，将砂轮球面区域偏置为环面区域；步骤24、基于引入的偏心量e，重新考虑曲面凹坑处曲率对砂轮基本半径限制： 其中，R'为环面区域圆半径；步骤25、求得磨削速度约束下的球面磨削区域高度H和最大扬角αmax 步骤26、计算砂轮形制对应砂轮磨削区域表面积： 其中，fx为砂轮外廓面曲线，且fx≥0所述步骤3具体包括如下步骤：步骤31、为满足磨削加工，需保证砂轮磨损许用体积大于磨除材料磨损体积： 式中Vmaterial为砂轮使用寿命中材料去除体积，G为对应砂轮磨削比，δ为砂轮有效磨粒层厚度，同样加工条件下取值和材料属性有关，S为砂轮磨削区域表面积；步骤32、求得砂轮磨削区域表面积： 其中，砂轮外廓面曲线为以步骤1求得的基本半径为半径的外圆， 步骤33、考虑砂轮磨损许用体积，联立式101114求得砂轮最小扬角αmin： 当砂轮球面区域偏置为环面区域，或此处求得的砂轮最小扬角αmin小于步骤1求得的扬角范围Δαmin时，所述步骤32中的砂轮磨削区域表面积为： 所述步骤4确定的砂轮形状及参数如下： 其中，D1为砂轮杆直径，其满足D1＝R18；α1表示在砂轮扬角上叠加的基础上仰角。

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