主軸式滾磨光整加工主要參數(shù)對(duì)力鏈影響研究

趙 鑫，李秀紅，李文輝，楊勝?gòu)?qiáng)

（1.太原理工大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.精密加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024）

1 引言

滾磨光整加工是將零件置于盛有加工介質(zhì)（磨粒、磨劑、水等）的容器中，加工時(shí)通過(guò)零件、容器或二者同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使零件和磨粒之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這種復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)下，使處于游離態(tài)的磨粒以一定的作用力對(duì)零件表面進(jìn)行碰撞、刻劃、滑擦和滾壓的微量磨削作用，進(jìn)而去除零件表面毛刺，達(dá)到對(duì)零件表面光整加工的目的[1?2]。近年來(lái)關(guān)于滾磨光整加工的研發(fā)趨勢(shì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)大幅上升，反映出滾磨加工具有更廣的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳?，在整體研究水平上有了很大的提高，主要研究?jī)?nèi)容集中在理論分析、模型建立、新工藝研發(fā)、加工介質(zhì)選用和工藝參數(shù)優(yōu)化等。但關(guān)鍵仍然是缺乏對(duì)滾磨光整加工中磨塊流場(chǎng)的定量化描述，未能精準(zhǔn)構(gòu)造顆粒流場(chǎng)，從而有效解決零件加工均勻性的難題，極大地限制了該技術(shù)的發(fā)展[3?5]。

隨著離散元方法的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用離散元方法進(jìn)行滾磨光整加工工藝分析和預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)[6]通過(guò)離散元方法對(duì)離心式滾磨光整加工介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的模擬，采用正交試驗(yàn)法對(duì)不同尺寸和材料介質(zhì)進(jìn)行分析，得出介質(zhì)尺寸對(duì)切向力、法向力和滾動(dòng)摩擦力的影響較大。文獻(xiàn)[7]通過(guò)離散元法模擬分析了不同傳動(dòng)比條件下滾筒內(nèi)任意點(diǎn)的速度和加速度，找到了傳動(dòng)比與滾拋磨塊群運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系，最終確定了傳動(dòng)比的臨界值。文獻(xiàn)[8]通過(guò)三維DEM建立動(dòng)力學(xué)模型，分析磨粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)滾筒填充量為65%時(shí)加工效率最高。文獻(xiàn)[9]通過(guò)仿真模擬和理論分析對(duì)離心式滾磨光整工藝中的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)和滾筒傳動(dòng)比進(jìn)行了分析優(yōu)化。文獻(xiàn)[10]通過(guò)離散元方法對(duì)振動(dòng)拋光機(jī)內(nèi)的磨料進(jìn)行模擬，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果表明離散元模擬所獲得的沖擊速度和流體速度與拋光機(jī)內(nèi)的實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致。文獻(xiàn)[11]制備了一種新型聚氨酯介質(zhì)，采用離散元法分析了不同質(zhì)量比和硬度介質(zhì)的動(dòng)態(tài)行為，確定了聚氨酯介質(zhì)的較好性能參數(shù)，獲得了聚氨酯介質(zhì)的材料去除模型。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，采用離散元模擬滾磨光整加工過(guò)程具有較高的可靠性，并為實(shí)際滾磨光整加工的工藝參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。滾磨光整加工顆粒介質(zhì)群的力鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其力學(xué)行為對(duì)加工效果有著重要的影響。由于通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量顆粒內(nèi)部信息，如顆粒尺寸、接觸關(guān)系、接觸力等信息，存在一定的困難，且實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴。很多學(xué)者應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對(duì)力鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入地研究和討論。文獻(xiàn)[12?13]以單軸側(cè)限壓縮數(shù)值模擬為例，對(duì)比說(shuō)明了顆粒骨架與力鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提出強(qiáng)力鏈網(wǎng)絡(luò)決定顆粒體系的宏觀力學(xué)行為。文獻(xiàn)[14]基于離散元方法建立了平行滑動(dòng)摩擦副的顆粒流潤(rùn)滑模型，研究了顆粒流潤(rùn)滑的接觸力分布概率、力鏈演變規(guī)律、動(dòng)力狀態(tài)及力鏈分布特性。文獻(xiàn)[15]構(gòu)建平行板剪切單元，模擬了無(wú)限大平行板的剪切運(yùn)動(dòng)，利用力鏈的負(fù)載率和分布率分別描述了力鏈的承載能力和形態(tài)變化。文獻(xiàn)[16]采用離散元方法對(duì)Taylor?Couette剪切模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了顆粒流的力學(xué)性能和力鏈的變化。

目前對(duì)滾磨光整加工效果的改進(jìn)僅僅是通過(guò)做大量實(shí)驗(yàn)得到的定性分析，對(duì)加工介質(zhì)顆粒流場(chǎng)缺乏深入的分析，如：與零件接觸區(qū)域的加工介質(zhì)的流場(chǎng)變化，顆粒流場(chǎng)中加工介質(zhì)的力鏈作用機(jī)制等。這些問(wèn)題阻礙了滾磨光整加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)滾磨光整加工的這些“瓶頸”，很有必要對(duì)顆粒流場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)行為分析，主要是對(duì)顆?！︽湣w系的多尺度研究，從而深入分析顆粒流場(chǎng)中力鏈網(wǎng)絡(luò)的作用機(jī)制。

2 離散元模擬

2.1 主軸式滾磨光整加工

主軸式滾磨光整加工原理，如圖1所示。將安裝在主軸上的工件插入裝有磨塊、液體介質(zhì)（磨劑和水）的滾筒中，通過(guò)主軸和滾筒的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使磨塊與工件表面產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的表面光整加工[1]。

圖1 主軸式滾磨光整加工原理圖Fig.1 Spindle Type Roller Finishing Schematic Diagram

2.2 模擬模型

根據(jù)自行研制的主軸式滾磨光整加工設(shè)備，利用PFC?2D建立離散元模擬的二維模型。在主軸式滾磨光整加工過(guò)程中，工件的擺放位置以及角度隨工件的不同而不同，且為了方便研究滾筒內(nèi)磨塊群整體的力鏈特性，在模擬中加入板狀工件進(jìn)行研究，模型圖，如圖2所示。該模型由十二邊圓環(huán)和顆粒介質(zhì)組成。十二邊圓環(huán)表示滾筒，其外接圓直徑為300mm，繞其軸心以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。有關(guān)接觸參數(shù)是查閱相關(guān)文獻(xiàn)得出的。具體參數(shù)，如表1、表2所示。

圖2 PFC模擬模型圖Fig.2 PFC Simulation Model Diagram

表1 滾拋磨塊的基本參數(shù)Tab.1 Basic Parameters of the Rolling Polishing Block

表2 滾拋磨塊與滾筒和工件接觸參數(shù)Tab.2 Rolling Polishing Block and Roller Contact Parameter

2.3 接觸模型

考慮到滾磨光整加工過(guò)程中磨液相對(duì)于滾拋磨塊的影響，為了減少計(jì)算時(shí)間，模擬時(shí)假設(shè)磨塊之間和磨塊與筒壁之間的接觸表面是無(wú)滑移的，因此可采用Hertz?Mindlin 無(wú)滑移接觸模型。該模型在力的計(jì)算方面精確且高效，由法向力、切向力和滾動(dòng)摩擦表示。在這個(gè)模型中，法向力分量基于Hertzian接觸理論，切向力模型基于Middlin?Deresiewicz理論，法向力和切向力都具有阻尼分量。

法向力Fn和法向阻尼Fdn的表達(dá)式分別為：

式中：E*—當(dāng)量彈性模量；δn—法向重疊量；R*—當(dāng)量半徑；m*—當(dāng)量質(zhì)量；Ei、Ej、Ri、Rj、mi、mj—兩個(gè)相互接觸離散元體的彈性模量、半徑和質(zhì)量，其表達(dá)式為式（3）～式（5）。而系數(shù)β和法向剛度Sn的表達(dá)式為式（6）和式（7），e—恢復(fù)系數(shù)；vnrel—相對(duì)速度的法向分量；

切向力Ft、切向阻尼Ftd和庫(kù)倫摩擦力Fs的表達(dá)式分別為：

Ft=?St δt（8）

滾動(dòng)摩擦通過(guò)在接觸表面施加一個(gè)力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)：

式中：μr—滾動(dòng)摩擦系數(shù)；Ri—接觸點(diǎn)到質(zhì)心的距離；ωi—接觸點(diǎn)處的角速度矢量。

3 力鏈檢索與特性

3.1 力鏈檢索

通過(guò)PFC?2D模擬主軸式滾磨光整加工過(guò)程，得到滾筒內(nèi)磨塊和接觸信息，但力鏈形成有以下條件：

（1）長(zhǎng)度要求：力鏈形成最少有3個(gè)顆粒。

（2）強(qiáng)度要求：力鏈內(nèi)的接觸力大小大于滾筒內(nèi)所有接觸力的平均值。

（3）角度要求：為保證力鏈的穩(wěn)定性，力鏈內(nèi)相鄰三顆粒形成的夾角必須大于某一值β，β值等于180°除以顆粒體系平均配位數(shù)。

通過(guò)Python語(yǔ)言編程對(duì)力鏈進(jìn)行篩選，讀取PFC?2D導(dǎo)出的顆粒和接觸信息，首先對(duì)力鏈進(jìn)行強(qiáng)度篩選，剔除小于平均接觸力的顆粒，其次，對(duì)力鏈進(jìn)行角度篩選，保證所有接觸角度都大于β值。最后，對(duì)力鏈長(zhǎng)度進(jìn)行判斷，保留不少于三個(gè)顆粒的力鏈。力鏈篩選流程圖，如圖3所示。對(duì)力鏈進(jìn)行檢索、篩選后，對(duì)有重復(fù)的力鏈進(jìn)行刪除，獲取滾筒內(nèi)的力鏈數(shù)量以及各條力鏈的信息。力鏈篩選前后對(duì)比，如圖4所示。

圖3 力鏈篩選流程圖Fig.3 Force Chain Screening Flow Chart

圖4 力鏈篩選前后對(duì)比Fig.4 Comparison Before and After Force Chain Screening

3.2 力鏈特性

若要對(duì)滾筒內(nèi)力鏈進(jìn)行定量性的描述，根據(jù)力鏈的三大條件，可以通過(guò)力鏈數(shù)量、力鏈長(zhǎng)度、力鏈強(qiáng)度和力鏈準(zhǔn)直線性對(duì)力鏈進(jìn)行定量化描述，力鏈長(zhǎng)度、力鏈強(qiáng)度及力鏈準(zhǔn)直線性分別可以表征力鏈的長(zhǎng)短、力鏈的承載能力的強(qiáng)弱、力鏈的穩(wěn)定性。

力鏈長(zhǎng)度按式（13）進(jìn)行計(jì)算：式中：αρ—第i條力鏈上第ρ個(gè)相鄰法向接觸力的夾角；M—第i條力鏈上的接觸力夾角的數(shù)目，其值為Ni?2。

力鏈準(zhǔn)直線反應(yīng)了力鏈的穩(wěn)定性，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越小力鏈越容易發(fā)生斷裂，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大則力鏈越穩(wěn)定。

4 主軸式滾磨加工中力鏈的影響因素

顆粒物質(zhì)是由眾多離散顆粒組成的軟凝聚態(tài)物質(zhì)，具有非連續(xù)性和接觸耗散等結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性。毗鄰顆粒間發(fā)生接觸形成諸多強(qiáng)度迥異的力鏈。

力鏈具有大于單個(gè)顆粒直徑、小于顆粒體系的尺寸的特征，它不僅與顆粒材料的內(nèi)稟性能（如楊氏彈性模量、泊松比和表面摩擦系數(shù)等）有關(guān)，而且又受顆粒體系邊界條件、初始條件和外載荷的影響，這些都決定著顆粒體系的整體性質(zhì)[14]。在主軸式滾磨光整加工中，很多因素影響著加工效率和加工均勻性，選擇滾筒轉(zhuǎn)速和磨塊大小這兩個(gè)因素探究其對(duì)力鏈特性的影響。

4.1 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)力鏈的影響

在實(shí)際主軸式滾磨光整加工過(guò)程中，滾筒轉(zhuǎn)速一般控制在（40～20）rpm。轉(zhuǎn)速太低，滾筒內(nèi)的磨塊速度低，加工效率低。轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)使磨塊緊貼筒壁，磨塊與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)減小，對(duì)工件的加工效果減弱。故探討滾筒轉(zhuǎn)速為40rpm、60rpm、80rpm、100rpm、120rpm中力鏈特性的變化規(guī)律，如圖5所示。

如圖5（a）所示，在0.5s時(shí)刻，不同轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈數(shù)量相差不大，在（0.5～2）s內(nèi)，滾筒內(nèi)磨塊逐漸運(yùn)動(dòng)起來(lái)，各轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈數(shù)量急劇增加，且轉(zhuǎn)速越高，力鏈數(shù)量越多。在（2～5）s內(nèi)，各轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈數(shù)量雖有變化但總體趨于穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速越大，滾筒內(nèi)磨塊之間的接觸越緊湊，所以力鏈數(shù)量越多。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下力鏈的特性變化Fig.5 Characteristics of Force Chain at Different Speeds

從圖5（b）觀察到，在0.5s時(shí)刻，各轉(zhuǎn)速下力鏈長(zhǎng)度差異較大，究其原因是滾筒內(nèi)磨塊未充分運(yùn)動(dòng)起來(lái)，磨塊之間的接觸并不緊湊，具有隨機(jī)性。在（0.5～1）s內(nèi)，各滾筒內(nèi)的力鏈長(zhǎng)度急劇減小，在1s時(shí)，各滾筒內(nèi)力鏈長(zhǎng)度無(wú)明顯差異。在（1～5）s內(nèi)，各轉(zhuǎn)速下力鏈長(zhǎng)度變化不大保持穩(wěn)定。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是在低轉(zhuǎn)速下，磨塊體系內(nèi)的平均接觸力較小，但磨塊接觸不緊湊，所以力鏈長(zhǎng)度較小。而高轉(zhuǎn)速下，平均接觸力較大，經(jīng)過(guò)力鏈強(qiáng)度條件的篩選，滿足接觸力條件的磨塊數(shù)目少，因此力鏈長(zhǎng)度較小。在圖5（c）中觀察到，在整個(gè)模擬過(guò)程中，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)較為穩(wěn)定。從整體上看，轉(zhuǎn)速越高，力鏈準(zhǔn)直線越大。這是因?yàn)闈L筒轉(zhuǎn)速越高，滾筒內(nèi)磨塊速度越大，接觸越緊湊，磨塊越容易緊貼筒壁，磨塊群越穩(wěn)定，力鏈體系越穩(wěn)定，力鏈的準(zhǔn)直線系數(shù)越大。在圖5（d）中，在0.5s時(shí)刻，各轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈強(qiáng)度相差不大，此刻磨塊未充分運(yùn)動(dòng)起來(lái)，磨塊轉(zhuǎn)速較低，接觸松散，所以力鏈強(qiáng)度較小。在（0.5～2）s內(nèi)，各轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈強(qiáng)度急劇增加，轉(zhuǎn)速越大力鏈強(qiáng)度增量越大。在這段時(shí)間內(nèi)，滾筒內(nèi)磨塊逐漸運(yùn)動(dòng)起來(lái)，速度逐漸增大，磨塊之間的接觸越來(lái)越緊湊，轉(zhuǎn)速越大，磨塊之間的接觸越緊湊，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速越大力鏈強(qiáng)度增量也越大。在（2～5）s內(nèi)，各轉(zhuǎn)速下滾筒內(nèi)力鏈強(qiáng)度保持穩(wěn)定，這段時(shí)間內(nèi)滾筒內(nèi)磨塊速度均達(dá)到穩(wěn)定，磨塊之間的接觸也較為穩(wěn)定，所以力鏈強(qiáng)度較為穩(wěn)定。

4.2 磨塊直徑對(duì)力鏈的影響

在滾磨光整加工過(guò)程中，不同的磨塊直徑影響著加工效率和加工效果，磨塊直徑太小，加工效率低。磨塊直徑太大，加工效果差，還會(huì)破壞工件表面，嚴(yán)重還會(huì)影響工件的精度。所以，磨塊直徑對(duì)滾磨光整加工效果有著很大的影響。主要研究了4mm、6mm、8mm和10mm磨塊對(duì)力鏈特性的影響。

如圖6（a）所示，在整個(gè)模擬過(guò)程中，不同直徑下的力鏈數(shù)量隨著時(shí)間逐漸增加，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)下直徑越小，力鏈數(shù)量越多，但達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)。這是由于在相同大小的滾筒內(nèi)，磨塊直徑越小，數(shù)量越多，力鏈數(shù)量越多，在滾筒回轉(zhuǎn)過(guò)程中，磨塊數(shù)量越多，磨塊之間發(fā)生滑移的次數(shù)也越多，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也越久。在圖6（b）中，在（0.5～1）s內(nèi)，各直徑不同磨塊的力鏈數(shù)量均在增加，進(jìn)而導(dǎo)致平均力鏈長(zhǎng)度減小。在（1～5）s內(nèi)，磨塊轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定，各大小不同直徑的磨塊群力鏈數(shù)量達(dá)到穩(wěn)定，力鏈長(zhǎng)度也趨于穩(wěn)定。在圖6（c）中，從整體上看，磨塊直徑越大，力鏈體系越穩(wěn)定，所以力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)也越大。在圖6（d）中，各直徑下力鏈強(qiáng)度隨著仿真時(shí)間逐漸增加，最后趨于穩(wěn)定。在整個(gè)過(guò)程中，力鏈強(qiáng)度和力鏈數(shù)量變化趨勢(shì)相似。

圖6 不同直徑下力鏈特性變化Fig.6 Variation of Force Chain Characteristics at Different Particle Sizes

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

力鏈數(shù)量越多，力鏈強(qiáng)度越大，則單位時(shí)間內(nèi)磨塊對(duì)工件的加工效果和加工速率越好。而力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)表征磨塊群的穩(wěn)定性，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大，磨塊群越穩(wěn)定，磨塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就越小，對(duì)工件的加工效果越差。利用立式主軸式滾磨光整加工設(shè)備加工零件，如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)設(shè)備Fig.7 Laboratory Equipment

通過(guò)測(cè)試零件表面粗糙度值的變化來(lái)驗(yàn)證模擬結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中加工工件是（30×20×10）mm大小的6061鋁合金塊。滾筒轉(zhuǎn)速分別為40rpm、60rpm、80rpm 和100rpm，磨塊為相同材料的直徑分別為4mm、6mm、8mm 和10mm 的棕剛玉球形磨塊，密度為2675kg·m?3。在滾筒中加入磨塊、水和磨劑，磨塊體積約為滾筒體積的65%，加入水的量剛好把磨塊淹沒，磨劑400ml。

加工前后工件表面粗糙度值Ra的測(cè)試通過(guò)PerthometerM2表面粗糙度測(cè)量?jī)x，儀器，如圖8所示。根據(jù)測(cè)試儀的測(cè)試條件，每次測(cè)試的取樣長(zhǎng)度為6mm，為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，減少測(cè)量誤差，每個(gè)工件均勻選取五個(gè)測(cè)量區(qū)域，每個(gè)測(cè)量區(qū)域測(cè)量五次，去掉最大、最小值后取平均值得測(cè)量結(jié)果，最后求五個(gè)測(cè)量區(qū)域的測(cè)量值的平均值作為測(cè)量的最終結(jié)果。

圖8 粗糙度測(cè)量?jī)xFig.8 Roughness Measuring Instrument

5.1 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)滾磨效果的影響

在初始時(shí)刻，各轉(zhuǎn)速下工件粗糙度值相等，在加工工件5min內(nèi)，滾筒轉(zhuǎn)速越大，工件表面粗糙度越小，如圖9所示。

圖9 不同轉(zhuǎn)速下的加工效果Fig.9 Processing Effect at Different Speeds

這是由于在工件單位面積內(nèi)，轉(zhuǎn)速越大，力鏈與工件接觸數(shù)越多，加上力鏈強(qiáng)度越大，進(jìn)而導(dǎo)致工件表面粗糙度越小。驗(yàn)證圖5中（a）、（d）轉(zhuǎn)速越大，力鏈數(shù)量和力鏈強(qiáng)度越大。在加工（5～30）min內(nèi)，滾筒轉(zhuǎn)速越大，工件表面粗糙度值下降越平緩。這是由于此刻滾筒內(nèi)的磨塊速度達(dá)到了穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速越大，磨塊越容易緊貼筒壁，磨塊之間、磨塊與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越小，力鏈系統(tǒng)越穩(wěn)定。此現(xiàn)象驗(yàn)證了如圖5（c）所示。轉(zhuǎn)速越大，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大，力鏈系統(tǒng)越穩(wěn)定。

5.2 磨塊直徑對(duì)滾磨效果的影響

在加工之前各零件初始粗糙度值相等，如圖10所示。

圖10 不同直徑下的加工效果Fig.10 Processing Effect at Different Particle Sizes

加工（0～10）min內(nèi)磨塊直徑為6mm加工時(shí)零件表面粗糙度最小，8mm、10mm磨塊加工是零件粗糙度次之，2mm磨塊加工的零件表面粗糙度最大。這是由于單位面積內(nèi)力鏈數(shù)量越多、力鏈強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)加工效果越好。

這驗(yàn)證了圖6（a）、圖6（d）中（0～2）s內(nèi)6mm力鏈數(shù)量和力鏈強(qiáng)度較大，8mm、10mm 次之，4mm 最小。在（10～30）min 之內(nèi)，4mm磨塊下工件表面粗糙度下降較快，6mm、8mm、10mm磨塊下工件表面粗糙度下降率趨于穩(wěn)定。

這驗(yàn)證了圖6（a）、圖6(d)中（4～6）s內(nèi)6mm、8mm、10mm磨塊力鏈數(shù)量和力鏈強(qiáng)度穩(wěn)定，4mm磨塊力鏈強(qiáng)度和力鏈數(shù)量急劇增加。8mm、10mm工件表面粗糙度下降較慢，這是由于磨塊轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，磨塊直徑越大，越容易緊貼筒壁，磨塊之間、磨塊與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越弱，力鏈系統(tǒng)越穩(wěn)定。則印證了圖6（c）磨塊直徑越大，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大，力鏈系統(tǒng)越穩(wěn)定。

6 結(jié)論

通過(guò)PFC?2D模擬主軸式滾磨光整加工過(guò)程，利用Python對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成力鏈檢索。探討了滾筒轉(zhuǎn)速和磨塊直徑對(duì)主軸式滾磨光整加工過(guò)程中力鏈特性的影響，為從細(xì)觀力鏈層面解釋加工效率及加工均勻性過(guò)程提供理論基礎(chǔ)。具體研究結(jié)果如下：

（1）滾筒轉(zhuǎn)速越高，力鏈數(shù)量越多，強(qiáng)度越大。此現(xiàn)象可以解釋在加工初始階段高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速下表面粗糙度下降快，加工效果好。

（2）滾筒轉(zhuǎn)速越高，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大，穩(wěn)定性越好，滾筒內(nèi)磨塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越小。此現(xiàn)象可以解釋在加工后期，轉(zhuǎn)速越高，磨塊越容易緊貼筒壁，加工工件表面粗糙度值達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越短。

（3）磨塊直徑越小，力鏈數(shù)量越多，力鏈強(qiáng)度也越大。此現(xiàn)象可以解釋在加工后期滾磨中磨塊越小，加工后的表面粗糙度值越小。

（4）磨塊直徑越大，力鏈準(zhǔn)直線系數(shù)越大，力鏈系統(tǒng)越穩(wěn)定，則說(shuō)明滾筒內(nèi)磨塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越小，磨塊對(duì)工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也越小。此現(xiàn)象可以解釋在加工后期磨塊直徑越大，加工工件表面粗糙度值下降越慢。