滚磨光整加工工艺模拟的非理想表面模型构建与验证

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滚磨光整加工技术作为提高零件表面质量的关键技术,能够有效地提高产品的整体使用性能、可靠性和寿命。滚磨光整加工计算机模拟仿真是滚磨光整加工工艺优化技术研究中常采用的方法之一。但是,滚磨光整加工的计算机仿真结果与实际加工结果,常常存在一定差距。笔者分析,其中针对几何接触模型的研究中,被加工工件模型大多采用理想的光滑表面模型,忽略了工件的实际微观表面形貌信息,使其仿真中采用的接触模型与真实接触工况存在差异,有可能导致仿真结果失真。因此,本文对滚磨光整加工表面模型的非理想化模型进行构建及基于此模型的滚磨加工精细化仿真进行验证。本文研究内容为:(1)提出一种非理想表面模型的构建方法,以滚磨光整加工的应用准则为基础,采用面向对象的建模方法创建了包含几何模型、表面质量模型和表面性能模型的非理想表面模型,为多指标综合表征零件表面质量提供一种参考。其次,研究非理想表面模型信息的表达与管理方法,实现几何模型与表面质量信息关联式的表达与管理,并提出一种基于XML的非理想表面模型集成应用框架,采用St AX标准编程接口规范来对XML文件进行解析,从而实现多种数据在不同系统之间的有效传输。最后,以某卫星零件的复合加工工艺为例,构建该零件的非理想表面模型,实现该零件非理想表面模型的表达与集成应用,证明所提方法的可行性和有效性。(2)对非理想表面模型三维几何形貌进行研究,为获得滚磨光整加工零件的表面原始形貌数据,利用Ze Gage Plus白光干涉仪对零件表面数据进行采集,通过小波分析方法对数据进行处理,选择小波软阈值降噪的方法对采集到的原始形貌数据进行降噪处理。以db3小波基为基础小波对降噪后的表面形貌数据进行多分辨率解析,提取到7层的分形数据。研究表面形貌数据的三维重建方法,对比滚球法和泊松重建法对原始数据和分型形貌数据的三维重建结果,选择重建表面闭合且精细的泊松重建法作为生成非理想表面几何形貌的重建方法,完成非理想表面模型真实形貌的构建。(3)对基于非理想表面模型的精细化仿真进行验证,对离散元法模拟滚磨光整加工过程的接触模型进行分析,选择Hertz-Mindlin with Archard Wear接触磨损模型作为精细化仿真中的力学接触模型,研究将非理想表面模型应用于精细仿真的前处理方法,根据实际加工参数确定EDEM仿真软件中精细仿真的初始条件和边界条件等,通过实际的加工实验,对比精细仿真和非精细仿真和实际加工后零件表面的差异,得到精细化仿真相较于非精细仿真更具有效性的结论。
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