(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211105494.0 (22)申请日 2022.09.09 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市高新园区凌工 路2号 (72)发明人 周平　赵炳尧　闫英　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 鲁保良　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化 方法 (57)摘要 本发明公开了一种硬脆材料高效磨削加工 工艺参数优化方法， 包括以下步骤： 确定刀具临 界转速； 对硬脆材料进行磨削加工试验； 得到不 同磨削参数下的表面粗糙度； 计算磨削表面剩余 强度； 建立磨削表面剩余强度与磨削力、 表面粗 糙度之间关系的拟合公式； 计算出所有磨削参数 下的磨削表 面剩余强度； 分别建立磨削表面剩余 强度σ、 磨削力F与磨削深度ap、 磨削进给速度vw 关系的拟合公式； 建立磨削参数选取的优化模 型。 本发明使得试验样本需求大幅下降； 可以大 量减小损伤检测的样本量， 磨削力可以间接反应 砂轮状态和主轴振动对损伤的影 响； 实现了以磨 削后零件表面剩余强度和磨削过程中零件安全 性为约束的效率 最大化。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115510627 A 2022.12.23 CN 115510627 A 1.一种硬脆材 料高效磨削加工 工艺参数优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤一， 确定刀具临界转速 将刀具转速vs作为变量， 以磨削力F和表面粗糙度Sa作为判断依据， 根据磨削力和表面 粗糙度随转速增 加由减小转变为增 加的位置对应转速作为刀具临界转速vsc； 步骤二， 对硬脆材 料进行磨削加工试验 将刀具转速vs固定到临界转速vsc， 将磨削深度ap和工件进给速度vw作为变量， 同一个变 量的变量值选在3个水平以上， 对硬脆材料进行磨削加工试验， 在 进行磨削加工过程中监测 力信号F； 步骤三， 得到不同磨削参数 下的表面 粗糙度 采用微观形貌检测仪器， 对磨削加工后的硬脆材料试样表面粗糙度进行测量， 得到不 同磨削参数 下的表面 粗糙度Sa； 步骤四， 计算磨削表面剩余强度 选取5个以上磨削加工后的硬脆材料试样进行磨削损伤测试， 对试样进行损伤深度c观 察， 通过损伤深度与磨削表面剩余 强度之间的关系， 计算出磨削表 面剩余强度σ； 损伤深度c 与磨削表面剩余强度σ 之间关系为： 其中， KIC为断裂韧性， α 为 修正系数； 步骤五， 建立磨削表面剩余强度与磨削力、 表面 粗糙度之间关系的拟合公式 对步骤二 ‑步骤四得到的磨 削力F、 表面粗糙度Sa、 磨 削表面剩余强度σ 数据进行回归分 析， 建立磨削表面剩余强度与磨削力、 表面 粗糙度之间关系的拟合公式： σ ＝ASa+BF+C 其中， 系数A、 B、 C通过 具体试验数据进行拟合； 步骤六， 计算出 所有磨削参数 下的磨削表面剩余强度 以步骤五回归分析得到的拟合公式为基础， 对所有磨削参数下对应的磨削表面剩余强 度进行计算； 所述磨削参数包括刀具转速、 磨削深度和工件进给速度； 步骤七， 分别建立磨削表面剩余强度σ、 磨削力F与磨削深度ap、 磨削进给速度vw关系的 拟合公式 基于所有磨削参数下得到的磨削表面剩余强度、 磨削力， 建立磨削表面剩余强度σ 与磨 削深度ap、 磨削进给速度vw关系的拟合公式， 建立磨削力F与磨削深度ap、 磨削进给速度vw关 系的拟合公式； 磨削表面剩余强度σ 、 磨削力F是磨削深度ap和磨削进给速度vw两项参数的函 数： σ ＝σr(ap,vw) F＝Fg(ap,vw) 上述函数通过工艺试验数据分别绘制出磨削深度和工件进给速度的磨削表面剩余强 度以及磨削力的等 值线图， 并确定具体函数关系； 步骤八， 建立优化模型 建立如下优化模型： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510627 A 2约束:σr(ap,vw)≥σrc, Fg(ap,vw)≤Fgc. 其中， mrr为材料去除率， σrc为临界剩余强度， Fgc为临界磨削力。 2.根据权利要求1所述一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化方法， 其特征在于： 步 骤七所述磨削表面剩余强度σ 拟合公式为： 其中， D0、 D1、 D2、 D3、 k1、 k2均为拟合 参数， 根据具体试验数据进行拟合； 所述磨削力F拟合公式为： 其中， E0、 E1、 E2、 E3、 β1、 β2均为拟合 参数， 根据具体试验数据进行拟合。 3.根据权利要求1所述一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化方法， 其特征在于： 步 骤七所述磨削表面剩余强度σ 拟合公式为： 其中， b1、 b2是由材料性能和磨削条件 决定的函数， ag为与磨削深度ap、 磨削进给速度vw 相关的磨粒最大 未变形切削深度； 所述磨削力F拟合公式为： 其中， λ、 μ1、 μ2、 μ3均为拟合 参数， 根据具体试验数据进行拟合,vs为刀具转速 。 4.根据权利要求1所述一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化方法， 其特征在于： 所 述的硬脆材 料包括单晶硅、 光学玻璃或陶瓷。 5.根据权利要求1所述一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化方法， 其特征在于： 步 骤三中所述的微观形貌检测仪器包括激光共聚焦显微镜、 超景深显微镜、 光学显微镜或扫 描电子显微镜。 6.根据权利要求1所述一种硬脆材料高效磨削加工工艺参数优化方法， 其特征在于： 步 骤四中所述磨削损伤测试包括表层抛光法、 逐层抛光法、 截面抛光法、 角度抛光法或HF蚀刻 法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510627 A 3