一種解決砂帶磨削Signorini接觸問題仿真中的有效方法

張翔，Bernd Kuhlenko¨tter，Klaus Kneupner
德國(guó) 多特蒙德 多特蒙德大學(xué) Leonhard-Euler-Strabe 2 裝配和操作系統(tǒng)部門，郵編：44227
2004年8月9日收到，2004年10月8日接受
2004年11月23日網(wǎng)上可見

摘要：
砂帶磨削近來被應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的自由曲面加工，以獲得較高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的表面質(zhì)量。砂帶磨削的仿真過程可以在制造前設(shè)計(jì)砂帶磨削的路徑并且記下機(jī)器的程序。在仿真中，關(guān)鍵是要獲得在工件與彈性輪的接觸力分布，因?yàn)椴痪鶆蚍植嫉木植繎?yīng)力是被切除表面形成不平衡的局部切除量的主要原因。傳統(tǒng)的方法是把此接觸問題簡(jiǎn)化為一個(gè)Signorini接觸問題，利用有限元法（FEM）來計(jì)算力的分布。然而，利用有限元計(jì)算實(shí)際情況過于昂貴以致難以實(shí)現(xiàn)。本文提出一種基于支持向量回歸（SVR）技術(shù)的新模型，來代替有限元法（FEM）計(jì)算力的分布。新模型相比有限元模型有小于5％的誤差，但是計(jì)算起來更快（新模型只用1 s，而有限元要15分鐘）。有了這個(gè)新的模型，實(shí)時(shí)仿真甚至是磨削過程的即時(shí)控制，都能更快進(jìn)行。
2004年 愛思唯爾 版權(quán)所有。
關(guān)鍵詞：砂帶磨削；有限元法，仿真，支持向量回歸

1、 引言
砂帶磨削是一種多磨削刃的加工工藝。作為切削工具的研磨帶，是一種涂附磨具并且至少繞在兩個(gè)輪子上。和工件的被加工表面接觸的輪子叫接觸輪。如圖 1 顯示了砂帶磨削的研磨過程。在磨具和工件之間的材料是被瞬間切下的。砂帶磨削和傳統(tǒng)的磨削過程是不同的，在接觸輪最外邊是一層比較柔軟的材料。柔軟的接觸輪能讓砂帶在磨削過程中自由的適應(yīng)工件的加工表面。對(duì)復(fù)雜曲面的需求主要是由它的功能和審美要求決定的。例如，帶彈性接觸砂輪的砂帶磨削實(shí)際應(yīng)用于渦輪葉片制造，使得其復(fù)雜度和表面質(zhì)量都有提高；也實(shí)際應(yīng)用于水龍頭的加工，以滿足審美要求。工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)操作者被用到研磨過程中來提高加