研磨机的8字轨迹运动仿真

双面研磨运动轨迹模拟与分析作者：郭晓峰范飞刘红涛王献伟来源：《中国科技博览》2019年第02期[摘要]本文建立行星式双面研磨机行星轮运动轨迹的数学模型，利用VB软件对研磨轨迹进行了研究，分析不同研磨盘转速、不同速比下的相对运动轨迹状态及对研磨质量的影响。

通过仿真研究对工件研磨的均匀性作进一步的探讨。

[关键词]双面研磨机；运动轨迹；数学模型；中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0222-02前言随着微电子技术和信息技术的飞速发展，各种光电子元器件加工要求越来越高，它集成了现代机械、光学、电子、计算机、测量及材料等先进技术，已成为国家科技技术发展水平的重要标志[1]。

对作为光电子器件基片材料的蓝宝石、硅等人工晶片的表面粗糙度和平整度的要求越来越高，目前对元件基片加工精度的要求甚至达到纳米级，超光滑表面粗糙度，并要求基片晶格具有无畸变超精密无操作表面，即表面无任何破损和划痕、亚表层无破坏、无表层应力。

双面研磨加工作为晶片超平滑表面加工中的一道重要工序，近年来受到超精密加工研究领域和光电子材料生产企业的广泛关注和重视。

双面研磨加工是工件随着行星轮做行星式转动的同时，上下表面由上下研磨盘施加压力，依靠研磨液中微小磨粒的划擦作用而微细去除表面材料的一种加工方法[2]。

由于双面研磨过程的复杂性和不可视性，往往需要特定的实验，获得实验结果来说明研磨机理，因此对双面研磨加工过程中表面材料去除过程及研磨过程中各种工艺参数的优化国内外都未进行深入研究，没有一个严密的理论能够对双面研磨加工的特征作定量的描述，极大的阻碍了蓝宝石等光电子晶片加工技术水平的提高。

本文从双面研磨过程中工件的运动轨迹入手，建立了工件在研磨过程中的运动轨迹数学模型，并利用VB软件对其运动轨迹进行仿真模拟。

分析不同研磨盘转速、不同速比下的相对运动轨迹状态及对研磨质量的影响。

通过仿真研究对工件研磨的均匀性作进一步的探讨。

研磨机研磨运动的分析摘要：本文概述了研磨机的发展历程，结合摇摆式研磨机研磨运动和平面式研磨机研磨运动的运动方法和规律，通过建模、列表等形式探讨分析了各类研磨机研磨运动的特点，展现出的各类数据供各位参考。

关键词：研磨机，研磨运动一、前言研磨作为一种精整和光整加工方法是利用附着和压嵌在研具表面上的游离磨料磨粒，借助于研具与工件在一定压力下的相对运动，从工件表面上去除极小的切屑，以使工件获得较高的尺寸精度和几何形状精度及极低的表面粗糙度值的表面，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。

加工精度可达IT5～01，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。

研磨机是指用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床，主要用于研磨工件中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。

过去传统的研磨机存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点，这使得传统研磨应用受到了一定限制。

而研磨是超精密加工中一种重要加工方法，其优点是加工精度高，加工材料范围广。

近年来，研磨机在家庭和社会的生产生活中得到了几位广泛的应用，在此，本文将以两个最为典型的研磨机为例，向读者介绍研磨机研磨运动的特点。

二、案例分析1.摇摆式研磨机研磨运动的轨迹分析（一）研磨轨迹方程为了方便模拟出在不同研磨加工条件下，晶片加工面上的研磨轨迹分布形态，建立如图1所示摇摆式圆盘研磨机研磨加工示意图。

如图所示，磨具在下，晶片在上，旋转方向为顺时针，并取磨盘上通过加工面中心的P点作为指定的单点研磨点，该点在基准平面上所刻画的研磨轨迹形态，将作为判断晶片加工面上去除量均匀度的指标。

研磨轨迹方程式推导如下:（二）研磨轨迹仿真由于磨盘和晶片的尺寸及中心距e不变，所以轨迹方程中的尺寸参数是固定的，影响研磨轨迹型态的参数只剩下晶片转速ωw和磨盘转速ωc。

这两个参数可取任意正实数值分别代入方程中模拟轨迹。

为了有效地分析ωw和ωc对研磨轨迹型态的影响，将以ωw /ωc的转速比作为决定输入参数的指标。

变！！查兰垡圭兰竺兰三篓：耋茎圭基！里堡苎璧！！鏖墼璧尘些璧丝竺丝型４．２．１研磨运动轨迹的种类与特点研磨运动轨迹是指在研磨运动中，研具中心点运动经过的路线。

根据被研工件表面的不同形状，研磨运动轨迹主要分为平面研磨运动轨迹和曲面研磨运动轨迹两大类：１）平面研磨运动轨迹平面研磨运动轨迹可分为手工研磨的运动轨迹和机械研磨的运动轨迹两种。

手工研磨的运动轨迹包括：直线往复式、摆动直线式、螺旋式、“８”字形式等几种形式：机械研磨的运动轨迹包括：外摆线式、内摆线式、直线往复式、正弦曲线式、无规则圆环线（螺旋形）式等几种形式。

２）曲面研磨运动轨迹它是由模具转动、直线（或曲线）运动多种运动合成的复合运动，在被研工件的曲面上留下的轨迹为相互交错的圆环螺旋线。

曲面研磨工作的种类较多，由外圆表面、内孔表面、内螺纹表面、内外锥面、球面及曲线表面等。

在曲面研磨中，研具与工件之间的运动有点、线、面接触三种情况。

４．２．２磁力研磨运动的要点磁力研磨过程实际上就是磨粒对工件表面进行切削的过程，磨粒的运动状况将直接影响研磨的加工精度、生产效率，合理地选择运动方式和加工轨迹对磁力研磨是极为重要的。

研磨运动应满足以下几点：１）研磨运动应保证磁性磨粒与工件均匀地接触，使工件表面均匀受载荷，以便提高工件表面精度；２）磁性磨粒在工件表面上研磨路径等因素对工件表面研磨是否均匀有很大影响。

研磨尽量采用平行运动方式，这样可以保证工件表面上任意两点的连线在整个研磨运动中始终保持平行，对保证工件的几何形状精度、尺寸均匀性等很重要Ｉ３）磁力研磨时，研具的运动轨迹应不断地、有规律地改变方向，这样可使工件表面上的无数切削条痕有规律地相互交错，越研越平，达到提高工件表面精度的目的；４）根据不同的研磨工艺要求，选取最佳的研磨速度；５）整个研磨过程，应力求运动平稳，特别是研磨面积小、细长的工件，更要注意研磨运动方向的改变要缓慢，避免拐小弯，否则会因研磨运动的不平。

磨削加工运动学及有限元建模与仿真韩振鲁 李长河（青岛理工大学 山东青岛 266033）摘 要 介绍了建立磨削加工运动学模型的基本方法，讨论了对砂轮表面形貌的模拟，多种运动几何模型的比较以及应用运动学经验模型解析公式。

详细介绍了有限元分析的基础，在磨削加工中利用有限元分析的理论，所开发的有限元仿真自主软件，能够自动产生完全的模拟仿真过程。

研究表明，建模仿真对于研究磨削过程是非常适合的方法。

有限元仿真方法可以让使用者对于加工过程有更好的理解，并可以帮助分析复杂的试验结果。

经过计算机程序中的误差处理后，加工工件就能达到较高的精度，同时降低了制造成本。

关键词运动学模型 表面形貌 模拟仿真 有限元分析1 运动学模型自从建立第一个磨削过程的运动模型，迄今已有45年了。

尽管从那时到现在所有的方法都用来开发建模，包含对砂轮、工件和磨削运动学的描述，但是各种模型间仍具有显著的差异。

20世纪60年代和20世纪70年代早期的磨削运动学模型奠定了二维磨削理论的基础，在1980年后，当计算机运算速度大大提高后，人们建立了更加复杂的模型，这些方法中最典型的是对磨削过程采用三维立体的观点，主要是基于工件表面和砂轮表面的在几何学上的互相渗透的经验运动模型。

该模型中，磨削过程的输出参数可以通过解析和经验公式计算出来。

1.1 砂轮表面形貌的模拟在讨论磨削加工的所有模型中，对砂轮表面形貌的模拟是必不可少的一部分。

现在有两种方法来对砂轮表面形貌进行定量描述：一是直接对砂轮表面进行扫描，二是运用统计学的方法对砂轮表面进行分析来合成砂轮表面形貌。

Inasaki在他的磨削过程模拟中，提出了一个直接得到砂轮表面形貌的方法。

他得到了绕砂轮一周的表面形貌数据，并将这些数据储存在微机以供日后模拟使用。

通过已扫描的表面来分析砂轮的特性进而导出砂轮的表面形貌的一般数据信息。

利用这些统计的砂轮表面形貌数据，例如磨粒大小的平均值和分布、磨粒分布的方向以及磨粒突出表面的高度等等，综合这些参数就有可能得到比较合理的砂轮表面形貌数据。

包 装 工 程第45卷 第3期 ·234·PACKAGING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2023-07-05基金项目：河南省教育厅高等学校重点科研项目（22B460006）；河南工业大学高层次人才基金（2019BS016） 基于DEM 的磨粉机皮磨研磨仿真及参数优化刘海芃，张超*，武文斌，高涛，张昊晨（河南工业大学 机电工程学院，郑州 450001）摘要：目的 探究辊式磨粉机皮磨系统工作参数对工艺效果的影响，并进行1B 磨制粉过程磨辊工作参数优化。

方法 通过Dem 离散元软件对磨辊研磨过程进行模拟分析，以齿角、前角、轧距、落料点间距4个因素为变量对取粉率和功耗的影响进行分析，并采用正交试验和矩阵分析法对数值模拟结果进行综合评定。

结果 得出1B 磨制粉工序中最优参数组合方案为齿角γ=85°，前角α=25°，轧距d =1.5 mm ，落料点间距b =0 mm 。

结论 本文对磨辊研磨过程的仿真分析提供了参考方法，并对辊式磨粉机工作参数的优化设置具有一定的指导意义。

关键词：研磨；仿真模拟；取粉率；功耗；矩阵分析中图分类号：TB486；TS210.4；TS211.4 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)03-0234-09 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.03.027Simulation and Parameter Optimization of Leather Grinding of Flour MillBased on DEMLIU Haipeng , ZHANG Chao *, WU Wenbin , GAO Tao , ZHANG Haochen(School of Electromechanical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)ABSTRACT: The work aims to explore the effect of working parameters of the leather grinding system of the roller mill on the process efficiency, and optimize the working parameters of the grinding roller in the 1B grinding process. The grinding process of the grinding roller was simulated and analyzed using Dem discrete element software. The effects of four factors, namely tooth angle, front angle, rolling distance, and spacing between feeding points, on the powder extraction rate and power consumption were used as variables for analysis. Orthogonal tests and matrix analysis were used to comprehensively evaluate the numerical simulation results. The optimal parameter combination scheme for 1B grinding powder process was tooth angle γ=85°, front angle α=25°, rolling distance d =1.5 mm, spacing between blanking points b =0 mm. This article provides a method reference for the simulation analysis of the grinding process of the roller mill, and has certain guiding significance for the optimization of working parameters of the roller mill. KEY WORDS: grinding; simulation; yield of powder; power dissipation; matrix analysis粮食的加工是粮食生产中非常重要环节，目前我国小麦的生产量随着国家的发展在不断地增长，人们对小麦加工品质的需求也在日益提高，实现小麦制粉加工的减损节能，提质增效是目前粮食加工的重要研究方向。

研磨时，研具与工件之间的相对运动，称为研磨运动。

在研磨运动中，研具（或工件）上的某一点在工件（或研具）表面上所走过的路线，就是研磨运动的轨迹。

研磨时选用不同的运动轨迹能使工件表面各处都受到均匀的研削。

因此选择研磨运动轨迹应满足下列要求。

1、要使运动轨迹均匀地遍布于整个研磨面，这样工件表面各处就有相同的研磨机会。

从而使研磨均匀，质量提高。

2、工件表面上的研磨痕迹（轨迹）要紧密而排列整齐，尽可能不做直线重选。

这样能使工件表面纹络细致，避免划痕。

3、工件表面上的痕迹最好互相交错，若在较大面积上研磨更应避免都是同一方向的平行轨迹，因这样易出现重迭研削，影响加工表面光洁度。

由于研磨方法及工件形状不同，研磨的运动轨迹也要随着改变。

研磨时，选择合理的运动轨迹，对提高研磨效率、工件的表面质量和研具的耐用度都有直接的影响。

手工研磨的运动轨迹，一般采用直线、摆线、螺旋线和仿“８”字形等几种。

不论哪一种轨迹的研磨运动，其共同特点是工件的被加工面与研具工作面做相密合的平行运动。

这样的研磨运动既能获得比较理想的研磨效果，又能保持研具的均匀磨损，提高研具的耐用度。

圆柱和圆锥体工件的研磨加工，往往采用手工与机械配合的研磨运动形式。

用机械带动工件做旋转运动，用手握持研具做轴向移动；并在轴向移动的同时做缓慢转动，以防止研具因自重下垂，而将工件研磨成椭圆形。

1、直线形直线研磨运动的轨迹不能相互交错，否则容易直线重迭，使工件难以得到高的光洁度，但可获得较高的几何精度。

所以它适用于阶台的狭长平面工件的研磨。

2、螺旋形通常用来研磨圆片形或圆柱形工件的端平面，如修整千分尺和卡尺的研磨器时，能获得较高的表面光洁度和平面度。

3、摆线形由于某些量具的研磨（如研磨双斜面平尺和平样板角尺等的圆弧测量面）主要要求的是平直度，即在左右摆动的同时，做直线往复移动。

4、“8”字形通常用来研磨平板的修整或小平面工件的研磨，它能使相互研磨的面保持均匀接触，既有利于产品质量的提高，且可使研具保持均匀地磨损。

信息化工业科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald3该文的机构为一种组合机构，组合机构的构成由齿轮机构和两个曲柄滑块机构组成。

此类机构在研磨机械和仿生机构上有很广阔的应用前景，此机构可产生多种轨迹对应研磨工艺需求。

通过S ol idWork s建立“8”字轨迹研磨机三维简化模型，采用CO SMO S Motion对其进行仿真模拟。

为了使问题简化，该文对机械结构进行了较大简化。

如图1所示，为“8”字轨迹研磨机机构简图。

1 曲柄长度对轨迹影响基座固定约束，运动马达驱动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮的传动比为1∶2，且在软件中设置为齿轮配合。

小齿轮上固接的推销与上层滑板为曲线接触，大齿轮上固接的推销与中层滑板为曲线接触，中层滑板与基座为平移副，中层滑板与上层滑板为平移副，且两个平移副相互正交垂直。

通过运动仿真，观察上层滑板中某点的运动轨迹，得到如图2所示的“8”字形轨迹曲线。

上层滑板的某点连续运行两个稳定周期。

对比图2和图5，改变大齿轮推销与齿轮中心距离，轨迹幅度发生变化。

2 传动比对轨迹影响该文机构实质是物理学上的李萨如图形在机构学上的应用。

原理为机构基座、大齿轮、大齿轮上的推销和中层滑板组成一个机械简谐运动机构。

中层滑板通过平移运动副将简谐运动传递到上层滑板上。

与此同时，机构基座、小齿轮、小齿轮上的推销和上层滑板组成另外一个垂直方向的DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.06.003研磨机的8字轨迹运动仿真朱维金（沈阳新松机器人自动化股份有限公司 辽宁沈阳 110168）摘 要：实现“8”字形轨迹曲线的机构设计问题，在工程实践中有一定的实际应用意义和理论研究价值。

该文研究了组合机构的曲柄长度、齿轮传动比、大齿轮上的推销和小齿轮上的推销装配初始角度等参数对实现“8”字形轨迹曲线的影响。

采用运动仿真软件，对机构的运行轨迹加以验证。