一种球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质，方法包括：根据微元抛光力学模型建立刀具磨损模型；建立刀具轮廓在线预测模型；获取刀具和抛光工件接触点所在的曲率圆的圆心距d

【技术实现步骤摘要】
一种球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质
本专利技术涉及金属抛光加工
，尤其涉及一种球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质。
技术介绍
球形刀具是金属抛光加工中最主要的一类刀具，一般采用球形砂轮磨头、橡胶磨头和羊毛磨头分别对加工表面进行粗抛、半精抛和精抛。在抛光过程中，由于刀具磨损对抛光过程有着重要影响，所以刀具磨损到一定程度时需予以更换。要提高抛光的质量，就需要分析刀具的磨损机理；要提高抛光的效率，就必须评价刀具的磨损状态，知道何时应换新的刀具，在保证抛光质量的前提下保证抛光效率。采用球形刀具进行抛光时，刀具以高转速低进给进行加工，所以在刀具不同球面角上，刀具轮廓可视为一致。刀具磨损是一个累计的不可逆过程，在抛光过程中，刀具的轮廓是一个动态变化的过程，刀具轮廓可以直接反应出刀具的磨损量，借助设备来检测分析刀具的轮廓，可以较好的分析出刀具的磨损量，但耗时长，成本高，而且会影响刀具的标定，从而影响加工精度。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质，用以解决目前在分析刀具的磨损量时耗时长、成本高、影响刀具的标定和加工精度的问题。第一方面，本专利技术提供一种球形抛光刀具磨损度预测方法，包括如下步骤：建立球形抛光刀具加工轮廓上的微元抛光力学模型，根据所述微元抛光力学模型建立刀具磨损模型；根据时间和球形抛光刀具法矢量偏置角有关的三维动态曲面，建立刀具轮廓在线预测模型；获取刀具和抛光工件接触点所在的曲率圆的圆心距dρ以及下一时刻抛光工件加工点的曲率ρn，根据所述刀具轮廓在线预测模型计算出某一时刻刀具的曲率ρd，并根据所述刀具磨损模型计算出单位时间内刀具的最大磨损量Tn，根据所述圆心距dρ、曲率ρd、曲率ρn和磨损量Tn计算出刀具和工件接触点曲率影响程度Φ；根据所述刀具轮廓在线预测模型计算出某一时刻刀具的最大磨损总量Tθ以及下一时刻刀具的最大磨损总量Tθ’，根据Tθ、Tθ’和Tn计算出刀具磨损变化量影响程度Ω；根据所述影响程度Φ和影响程度Ω对刀具的磨损度进行预测。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述刀具磨损模型为：其中，Tn为单位时间内刀具的最大磨损量；Fc为抛光合力；ρn为抛光工件加工点的曲率；Ka、Kr分别为径向和轴向抛光力系数；θn为刀具的瞬时加工轮廓所对应的角度。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述刀具轮廓在线预测模型为：其中，θ为刀具法矢量偏置角；R为初始刀具轮廓的半径；t为时间；zd为不同时刻t下刀具法矢量偏置角θ所对应的刀具轮廓；u，v，w为工件加工点的法矢量；ρn为抛光工件加工点的曲率；Tn为单位时间内刀具的最大磨损量；H为刀具与工件接触区域的刀具轮廓；L为刀具与工件非接触区域的刀具轮廓；θ1和θ2为刀具与工件接触区域两端所对应的刀具偏置角。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述刀具和工件接触点曲率影响程度Φ的计算方法为：当ρd＝ρn时，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第一数值；当ρd>ρn时，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第二数值；当ρd<ρn时，如果Tn>(1/ρd-1/ρn-dρ)，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第三数值，如果Tn<(1/ρd-1/ρn-dρ)，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第四数值。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述第一数值为2，所述第二数值为1，所述第三数值为0.5，所述第四数值为0。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述刀具磨损变化量影响程度Ω的计算方法为：如果Tθ<Tθ’，且Tn＝(Tθ’-Tθ)，将刀具磨损变化量影响程度Ω记做第五数值；如果Tθ<Tθ’，且Tn<(Tθ’-Tθ)，将刀具磨损变化量影响程度Ω记做第六数值；如果Tθ>Tθ’，且Tn＝(Tθ-Tθ’)，将刀具磨损变化量影响程度Ω记做第七数值；如果Tθ>Tθ’，且Tn<(Tθ-Tθ’)，将刀具磨损变化量影响程度Ω记做第八数值。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述第五数值为2，所述第六数值为1，所述第七数值为0.5，所述第八数值为0。优选的，所述的球形抛光刀具磨损度预测方法中，所述根据所述影响程度Φ和影响程度Ω对刀具的磨损度进行预测的步骤具体为：计算出影响程度Φ和影响程度Ω的乘积；当乘积大于1时，表示球形抛光刀具的抛光条件良好；当乘积为1时，表示球形抛光刀具的抛光条件一般；当乘积为0.5时，表示球形抛光刀具的抛光条件较差；当乘积为0时，表示球形抛光刀具的抛光条件恶劣。第二方面，本专利技术还提供一种球形抛光刀具磨损度预测设备，包括：处理器和存储器；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的球形抛光刀具磨损量预测方法中的步骤。第三方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的球形抛光刀具磨损量预测方法中的步骤。相较于现有技术，本专利技术提供的球形抛光刀具磨损度预测方法、设备及存储介质，能够准确的分析球形抛光刀具的磨损机理，方便快捷的计算出刀具的磨损量，并提供了一种可用于判断刀具失效的预测方法，根据预测方法，可以快速的计算出刀具应何时换刀，提高刀具的利用率及工件的抛光质量，并且可以提高抛光效率。附图说明图1为本专利技术提供的球形抛光刀具磨损度预测方法的一较佳实施例的流程图；图2为球形抛光刀具加工轮廓微元抛光力学模型示意图；图3为瞬时抛光磨损量的计算模型示意图；图4为参数圆弧曲线所在圆和刀具所在的圆的示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。请参阅图1，本专利技术实施例提供的球形抛光刀具磨损度预测方法，包括如下步骤：S100、建立球形抛光刀具加工轮廓上的微元抛光力学模型，根据所述微元抛光力学模型建立刀具磨损模型。具体的，请参阅图2，图2为球形抛光刀具加工轮廓上的微元抛光力学模型示意图，dΔ为抛光微元的长度，在力学基本假设中，可认为抛光力的大小与单位时间内刀具的最大磨损量Tn成正比，dFr、dFa、和dFt分别为抛光微元的径向抛光力、轴向抛光力和切向抛光力，Kr、Ka、和Kt分别为与之对应的抛光力系数，因此可以建立微元抛光力与抛光微元的关系，如公式(1)所示。因为刀具绕轴向转动，所以切向抛光力的大小可以忽略不计，即dFt≈0。图3为瞬时抛光磨损量的计算模型示意图，R为刀具的半径，则1/R为刀具的曲率，ρn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形抛光刀具磨损度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n建立球形抛光刀具加工轮廓上的微元抛光力学模型，根据所述微元抛光力学模型建立刀具磨损模型；/n根据时间和球形抛光刀具法矢量偏置角有关的三维动态曲面，建立刀具轮廓在线预测模型；/n获取刀具和抛光工件接触点所在的曲率圆的圆心距d

【技术特征摘要】
1.一种球形抛光刀具磨损度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立球形抛光刀具加工轮廓上的微元抛光力学模型，根据所述微元抛光力学模型建立刀具磨损模型；
根据时间和球形抛光刀具法矢量偏置角有关的三维动态曲面，建立刀具轮廓在线预测模型；
获取刀具和抛光工件接触点所在的曲率圆的圆心距dρ以及下一时刻抛光工件加工点的曲率ρn，根据所述刀具轮廓在线预测模型计算出某一时刻刀具的曲率ρd，并根据所述刀具磨损模型计算出单位时间内刀具的最大磨损量Tn后，根据所述圆心距dρ、曲率ρd、曲率ρn和磨损量Tn计算出刀具和工件接触点曲率影响程度Φ；
根据所述刀具轮廓在线预测模型计算出某一时刻刀具的最大磨损总量Tθ以及下一时刻刀具的最大磨损总量Tθ’，根据Tθ、Tθ’和Tn计算出刀具磨损变化量影响程度Ω；
根据所述影响程度Φ和影响程度Ω对刀具的磨损度进行预测。


2.根据权利要求1所述的球形抛光刀具磨损度预测方法，其特征在于，所述刀具磨损模型为：



其中，Tn为单位时间内刀具的最大磨损量；Fc为抛光合力；ρn为抛光工件加工点的曲率；Ka、Kr分别为径向和轴向抛光力系数；θn为刀具的瞬时加工轮廓所对应的角度。


3.根据权利要求2所述的球形抛光刀具磨损度预测方法，其特征在于，所述刀具轮廓在线预测模型为：



其中，θ为刀具法矢量偏置角；R为初始刀具轮廓的半径；t为时间；zd为不同时刻t下刀具法矢量偏置角θ所对应的刀具轮廓；u，v，w为工件加工点的法矢量；ρn为抛光工件加工点的曲率；Tn为单位时间内刀具的最大磨损量；H为刀具与工件接触区域的刀具轮廓；L为刀具与工件非接触区域的刀具轮廓；θ1和θ2为刀具与工件接触区域两端所对应的刀具偏置角。


4.根据权利要求3所述的球形抛光刀具磨损度预测方法，其特征在于，所述刀具和工件接触点曲率影响程度Φ的计算方法为：
当ρd＝ρn时，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第一数值；
当ρd>ρn时，将刀具和工件接触点曲率影响程度Φ记做第二数值；
当ρd<ρn时，如果Tn>(1/ρd-1/ρn-dρ)，将刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈满意，万志鹏，刘高飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42