沈阳理工大学机械工程学院 沈阳 110159

1 研究背景

随着现代科技的高速发展，规则表面逐渐成为国内外各种机构研究的热点之一［1］。规则表面基于工程仿生学，将减阻、减摩、抗粘附和抗磨损等特性应用到实际生产加工中。现有的应用主要集中在改变零件表面几何形态方面。目前，加工规则表面的方法有激光镭射、化学蚀刻或压刻技术等，采用这些方法能使零件表面具有一定尺寸和排列的坑、槽、凸包等非光滑形貌［2-5］。

现阶段表面结构化砂轮研究很多，但对于利用表面结构化砂轮磨削规则表面进行研究还很少［6-7］。笔者通过对砂轮磨削运动过程的研究，建立磨粒运动轨迹模型，然后选择合理的磨粒排布方式，建立磨粒排布方程，推导出磨削规则表面的约束方程，应用仿真软件仿真磨削过程，对磨削的三维表面形貌进行分析，总结磨粒排布、磨削形貌及磨削用量的相互关系［8-9］。

2 运动轨迹模型

在研究磨削过程时，为了更好地进行分析，选择先对单颗磨粒磨削过程进行研究，然后扩大到砂轮表面上任意一颗磨粒。当砂轮在进行磨削运动时，磨粒随砂轮作旋转运动，工件相对于砂轮进行平动，为了方便研究磨粒运动轨迹，建立单颗磨粒运动模型，如图1所示，将坐标原点O（xyz）设置在接触点上。

▲图1 单颗磨粒运动模型

根据图1，当砂轮在磨削过程中只作纯滚动时，磨粒的顶点轨迹为延长外摆线。根据建立的模型可以推导出磨粒的运动轨迹，在任意时刻t单颗磨粒的运动轨迹为：