随着制造业的发展,对各种零部件质量要求逐步提高,尤其是高端装备的发展导致其零部件表面质量要求越来越高,以满足使用性能和服役需求。滚磨光整加工技术不仅能够提高零件表面质量,而且能够改善其物理力学性能,已广泛应用于各种零件的终加工工序中,有效改善零件的表面完整性。涡流式滚磨光整加工具有加工作用力大、效率高、便于实现自动化和并入柔性制造系统(FMS)等优点,但由于加工过程中存在固定筒壁和回转底盘之间容易磨损、工件磕碰等问题限制了其应用。本文基于离散单元法对涡流式滚磨光整加工中的滚抛磨块进行运动学模拟仿真,对滚抛磨块的涡流运动特征进行研究。同时借鉴主轴式滚磨光整加工工艺,提出在涡流式滚磨光整加工中将工件固定的加工方式,并以模拟仿真、力的测试以及加工实验进行了研究,分析不同固定位置与不同固定角度的影响。具体如下:(1)利用离散元软件EDEM进行滚抛磨块运动的模拟仿真,分析转速、装填量对于滚抛磨块涡流运动的速度分布、爬升高度与径向分布宽度的影响规律,得知:滚抛磨块运动主要分为3个区域:1.涡流区域;2.回转底盘区域;3.固定筒壁区域。回转底盘区域的滚抛磨块平均速度最大,约是涡流区域滚抛磨块平均速度的2倍,固定筒壁区域平均速度最低;涡流区域滚抛磨块数目占比60.73%,固定筒壁区域其次、回转底盘区域最少。滚抛磨块平均速度随回转底盘转速的增大而增大,但平均速度的增大趋于平缓,爬升高度随回转底盘转速的增加而增加,呈现出一定的线性规律,径向分布宽度随着转速增加而减小。装填量不同时回转底盘转速对滚抛磨块的影响不同,装填越少转速影响越大;装填量的多少并不影响爬升高度,但装填量的增加会使得同一转速下滚抛磨块的径向分布宽度增大。(2)通过EDEM进行工件不同固定状态下的加工模拟仿真,工件所受作用力与滚抛磨块平均速度不同,对比分析得知:工件固定状态下有着比自由状态高的能量利用率,在固定角度α=0°、β=0°时效率最高。当α>15°时,随着α的增大,工件所受接触力增大,法向接触力的增加幅度大于切向接触力,但都低于α=0°时所受接触力;工件不同区域随着深度的增加所受接触力增大,趋势与整体一致。随着β角的增大,工件所受接触力先增大后减小,但总体变化不大;不同β角时,在工件最底部区域都存在所受接触力激增现象,在30°时该现象最明显。(3)使用动态力传感器进行不同位置、不同转速时滚抛磨块作用力的测试,分析可得:同一转速下滚抛磨块作用力受到没入深度与径向距离的影响,深度越深、径向距离越大,作用力越大;作用力随深度的变化幅度更大,约为径向距离的5.2倍。转速越大,各处所受作用力越大,随着深度的增加,作用力随速度的变化趋势变缓;而不同径向距离处,作用力随速度的变化规律相同。(4)设计有交互作用的正交实验分析同一位置下固定角度与回转底盘转速对加工效果的影响,结果表明:α角影响最大,其次为转速n,最后为β角;α角、β角的影响作用与模拟结果相同,其中,β角与转速n有较大交互作用,α角与其余2个因素交互作用可忽略;n=135 r/min、α=0°、β=0°时有较好的加工效率与加工效果,在加工30~40min时最为合理高效。