matlab实现粗糙表面_校优毕设 | 超声辅助磨削GH4169表面形貌及粗糙度研究

阅读量：

2020年是不平凡的一年，疫情期间，机械工程学院2020届毕业设计(论文)工作整体提前。包括动员准备、确定选题、过程管理、评阅答辩四个阶段，根据疫情变化及时灵活地调整毕业设计(论文)过程管理，并做好监督和过程检查工作。同时做好教育引导，帮助学生坚定疫情防治信心。师生通过云讨论、云指导、云答辩顺利完成了315份毕业设计(论文)。

10月初，2020届校级优秀毕业设计(论文)评选结果新鲜出炉，我院13位学生的毕设被评为校优(排名不分先后)。“微教务”特此推出学院优秀本科毕业设计(论文)展示，期待大家的交流与讨论！

超声辅助磨削GH4169表面形貌及粗糙度研究

The Research of Surface Morphology and Roughness duringUltrasonic-assisted Grinding of GH4169

作者：杨知楷

指导教师：康仁科

摘要

GH4169 高温合金作为一种常见的镍基合金，具有优异的热稳定性，以及良好的抗热腐蚀与磨损的特性。实际生产中常使用超声辅助磨削替代传统磨削以避免表面灼伤等诸多加工损伤，但是目前超声辅助磨削的结果预测大多基于经验模型，成本较高同时可靠性欠佳，适用范围较为局限。

为准确、有效的预测加工后表面的形貌与粗糙度数值，本文基于相对成熟的数学理论推导方式对于砂轮的磨粒分布、单磨粒划痕以及多磨粒联合作用进行了数学推导。此后，利用Matlab对于理论推导进行建模实现，绘制出了不同参数下的表现形貌并计算了粗糙度Ra数值。通过已搭建的超声辅助磨削平台使用相同参数对于仿真结果进行验证，通过对比发现试验加工表面与仿真表面均呈现出相似的表面特征规律，同时Ra数值随着主轴转速、进给速度和切削深度的变化规律呈现出相同的趋势，但是数值上差距仍然较大。在本文选定的参数范围内，加工表面的粗糙度会随着砂轮主轴转速的增加而降低，随着砂轮横向进给速度的增加而增加，切削深度对于粗糙度的影响几乎可以被忽略。最终基于已经建立的模型对于不同加工参数下表面形貌进行了特征预测，同时对于Rz的变化趋势与数值进行了估测。

磨削表面形貌仿真

从运动学角度出发，由宏观运动推演至微观振动，同时辅以齐次坐标变换理论，对于在超声铣磨过程中单颗磨粒的三维磨削轨迹进行了数学描述。为了描述整个砂轮磨削后表面的形貌，同时为了减小计算量以加快运算速度，创新性地引入了前处理计算模块，对于数据进行了相关筛选，删除了无需进行计算的数据。同时，分析了表面形貌的最终生成方式与逻辑，并以此规划了 Matlab 程序的流程图。

磨粒分布示意图

单磨粒切削

三维轨迹散点图

超声辅助磨削表面形貌仿真示意图

试验验证

对于试验设备的搭建进行了简单的论述，并对于检测设备的特性进行了简单介绍。同时，从表面形貌和加工参数对于表面粗糙度的影响两个方面将仿真结果和实验结果进行了对比，证明了仿真模型一定的合理性。仿真模型可以一定程度上对于表现形貌特征进行描述，同时可以用于加工参数对于表面粗糙度影响的探索，但是最终的表面粗糙度数值计算仍旧与实验结果有较大的差距。