基于Inventor零件球面研磨磨粒加工痕跡仿真分析

趙如意

摘 要：文章基于Inventor的零部件建模功能，將幾種球面研磨的形式構(gòu)成轉(zhuǎn)換為適合機(jī)構(gòu)仿真的Inventor零部件；基于Inventor的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能，探索出球面研磨磨粒運(yùn)動(dòng)痕跡，并對(duì)幾種磨粒運(yùn)動(dòng)痕跡進(jìn)行分析，指出不同球面研磨的形式特點(diǎn)及其對(duì)球面表面粗糙度和幾何精度的影響。

關(guān)鍵詞：球面；范成研磨；超精研磨；Inventor；運(yùn)動(dòng)仿真

1 零件球面工藝概述

零件球面成形通常經(jīng)過(guò)精車(chē)、精磨工藝而成，其表面加工痕跡是繞一固定軸單向回轉(zhuǎn)，故其表面粗糙度和幾何精度較差，如圖1所示。

為提高零件球面表面粗糙度和幾何精度，通常需要對(duì)其研磨。目前，球面研磨的形式有定軸范成研磨、復(fù)擺范成研磨、復(fù)擺超精研磨等3種方式（見(jiàn)圖2—4）。

1.1 定軸范成研磨

該形式為零件球面定軸旋轉(zhuǎn)，油石圈繞球面正交軸旋轉(zhuǎn)，油石圈端面壓在零件球面上研磨，其磨粒在球面運(yùn)動(dòng)痕跡由油石圈與球面兩種圓周運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成。

1.2 復(fù)擺范成研磨

該形式為零件球面定軸旋轉(zhuǎn)，油石圈繞過(guò)球心軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)該軸又繞另一過(guò)球心正交軸往復(fù)擺動(dòng)，油石圈端面壓在零件球面上研磨，其磨粒在球面運(yùn)動(dòng)痕跡由油石圈轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)與球面轉(zhuǎn)動(dòng)3種圓周運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成。

1.3 復(fù)擺超精研磨

該形式為零件球面定軸旋轉(zhuǎn)，油石條繞過(guò)球心正交軸往復(fù)擺動(dòng)，油石條端面壓在零件球面上研磨，其磨粒在球面運(yùn)動(dòng)痕跡由油石圈轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)與球面轉(zhuǎn)動(dòng)3種圓周運(yùn)動(dòng)復(fù)合而成。

為探索出球面研磨磨粒運(yùn)動(dòng)痕跡，需應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件Inventor零部件建模功能，對(duì)球面研磨的形式進(jìn)行機(jī)構(gòu)零部件轉(zhuǎn)化。

2 創(chuàng)建研磨形式的Inventor零部件

2.1 創(chuàng)建研磨形式的Inventor零件

進(jìn)入Inventor新建零件界面，創(chuàng)建研磨形式的組成部分為Inventor零件。

將圖2中的球面創(chuàng)建成圖5所示定軸球面零件；將圖3—4中的球面創(chuàng)建成圖6所示擺軸球面零件。

將圖2—3中的油石圈及磨粒創(chuàng)建成圖7所示油石圈零件；將圖4中的油石條及磨粒創(chuàng)建成圖8所示油石條零件。

2.2 創(chuàng)建研磨形式的Inventor部件

進(jìn)入Inventor新建部件界面，創(chuàng)建研磨形式的組成部分為Inventor部件。將圖3—4中的復(fù)擺向創(chuàng)建成圖9所示曲柄連桿擺桿機(jī)構(gòu)。

將上述零件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配，分別創(chuàng)建出如圖10—12研磨形式的部件。

3 創(chuàng)建研磨形式Inventor機(jī)構(gòu)仿真

3.1 創(chuàng)建零件之間的運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系

在Inventor部件界面上，對(duì)已添加裝配約束的部件再次已添加運(yùn)動(dòng)約束，即分別對(duì)圖10—12部件中的球面零件和油石零件添加運(yùn)動(dòng)約束，如圖13所示。

3.2 創(chuàng)建部件運(yùn)動(dòng)仿真

在Inventor部件界面環(huán)境菜單下單擊按鈕進(jìn)入Inventor仿真界面。Inventor自動(dòng)將裝配約束轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置后即可進(jìn)行仿真作業(yè)，如圖14所示。

分別對(duì)圖10—12部件進(jìn)行仿真作業(yè)，可得到圖15—17部件磨粒運(yùn)動(dòng)痕跡。

4 球面研磨磨粒痕跡分析

由圖15—16可以看出，定軸范成研磨與復(fù)擺范成研磨磨粒痕跡為圓周弧面螺旋線，其圓周弧面線與圖1的表面加工痕跡有投影重合，對(duì)表面加工痕跡去除困難，可能出現(xiàn)球面幾何精度下降的現(xiàn)象。

由圖17可以看出，復(fù)擺超精研磨磨粒痕跡為弧面正弦線，當(dāng)其頻率足夠高時(shí)正弦線與圖1的表面加工痕跡接近正交，無(wú)投影重合；該方式對(duì)表面加工痕跡去除效率高，可提升球面幾何精度。

5 結(jié)語(yǔ)

基于Inventor的零部件建模和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能，可以準(zhǔn)確直觀地探索出球面研磨磨粒運(yùn)動(dòng)痕跡，為球面研磨方式分析提供重要依據(jù)。

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