为了在旋成体上磨削出叶序排布凹坑结构化表面,基于叶序排布理论对旋成体曲面划分出结构化单元;设计出叶序排布凹坑旋成体表面的三维模型,并分析结构化单元凹坑的拓扑特征变化量,给出了球形磨头磨削凹坑表面的策略。最后通过计算机仿真获得了磨削加工中主轴不同角度方向和叶序排布系数对结构化凹坑表面的影响规律,并进行了初步磨削实验。结果表明此磨削方法可以实现叶序排布凹坑旋成体表面的加工,随着叶序排布系数减小,凹坑在旋成体表面上排布更加稀疏;当球形磨头绕不同轴线旋转磨削时,在凹坑内部可形成纵向纹理、横向纹理和同心圆纹理。

机械零件表面结构化能够起到减阻耐磨的作用,磨削加工能够有效地加工出规则的结构化表面,基于此,依据生物学叶序排布原理设计了磨粒簇叶序排布砂轮并建立了数学模型。为探讨磨粒簇叶序排布砂轮磨削外圆结构化表面的形成机理,建立了磨粒的运动方程并讨论了实现结构化表面的磨削条件,利用MATLAB仿真了不同转速比γ和叶序参数h,以及磨削深度ap下工件结构化表面的形貌特征;仿真结果表明,转速比γ越大、叶序参数h越小工件周向凹坑数目就越多;磨削深度ap越大,凹坑的周向尺寸越大。

为改善电镀CBN砂轮的磨削性能,利用叶序理论对磨粒排布进行设计。探讨叶序参数对磨粒间距及排布的影响,并建立相关表面粗糙度数学模型,模拟仿真叶序参数对于表面粗糙度的影响趋势。仿真结果表明,采用合理的叶序排布参数能获得较其它排布方式较小的表面粗糙度值,这为砂轮表面磨粒的有序化排布设计提供了理论依据。

为改善砂轮的磨削性能,将有序排布理论引入到电镀砂轮磨粒排布中。分别探讨了叶序、错位、无序排布砂轮在不同磨削参数下对工件表面粗糙度的影响,同时建立叶序、错位、无序排布电镀砂轮磨削表面粗糙度数学模型,并利用MATLAB软件进行仿真。在砂轮缓进给磨削过程中,叶序排布砂轮所获得的工件表面粗糙度值低于其他排布方式的砂轮。且工件表面的粗糙度值随着磨削速度比的增大而减小,随着磨削厚度的增大而增大。这为实际磨削工件表面粗糙度分析提供了很好的辅助和验证方法。