(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210893004.1 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 山东朝阳轴承 有限公司 (72)发明人 高玉飞　金光迪　周军　皇攀凌　 唐元超　万心海　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 于凤洋 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预 测方法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种融合型滚动轴承滚道磨 削变质层的预测方法及系统， 属于滚动轴承滚道 磨削变质层预测领域， 包括构建虚拟系统模型并 采集实体空间中待预测的滚动轴承工件的几何 尺寸以及材料属性数据； 获取所述滚动轴承滚道 磨削过程中影响滚道亚表层质量的加工参数以 及温度数据， 分别将所述参数和温度数据用于虚 拟系统加工过程实时的数据交互和数据分析处 理， 获得虚拟系统的仿真结果和数据分析结果； 将所述虚拟系统的仿真结果和数据分析结果输 入到融合算法中预测轴承滚道磨削加工过程中 的变质层组织形态， 极大地提高了滚动轴承滚道 的质量。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115270563 A 2022.11.01 CN 115270563 A 1.一种融合型滚动轴承 滚道磨削变质层的预测方法， 其特 征在于， 包括： 构建基于数字孪生实体空间的虚拟系统模型并采集实体空间中待预测的滚动轴承工 件的几何尺寸以及材 料属性数据输入到所述虚拟系统模型中； 获取所述滚动轴 承滚道磨削过程中影响滚道亚表层质量的加工参数以及温度 数据， 分 别将所述参数和温度数据用于虚拟系统加工过程 实时的数据交互和数据分析处理， 获得虚 拟系统的仿真结果和数据分析 结果； 将所述虚拟系统的仿真结果和数据分析结果输入到融合算法中预测轴承滚道磨削加 工过程中的变质层组织形态。 2.如权利要求1所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 所述影响滚道亚表层质量的加工参数为机床的砂轮线速度、 工件转速以及进给速度。 3.如权利要求1所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 所述虚拟系统包括物理模型、 磨削动力学模型以及虚拟系统的边界条件。 4.如权利要求3所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 通过建立工件及机床的CAD模型及动力学接触算法得到物理模型， 分析滚动轴承滚道磨削 加工过程中的物理模型、 磨削运动学模型及边界条件， 利用Twin  Builder建立数字孪生技 术中的虚拟系统。 5.如权利要求1所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 所述数据分析 处理包括： 将采集到的实体空间中的影响滚道亚表层质量的加工参数和温度 数据进行信号处理后输入到数据采集卡中， 并存储到数据库中， 再进行数据特征提取后输 入到Abaqus中， 进行仿真。 6.如权利要求5所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 具体的， 将加工参数以及温度数据输入到Abaqus中， 分析磨削弧区磨粒与工件材料的微观 作用， 建立滚动轴承滚道有限元模型， 设置边界条件， 通过确定热量分配比、 建立磨削力模 型以及加载热流密度， 通过实体输入的数据， 计算得到磨削温度场， 根据不同深度下的温度 确定磨削暗层厚度。 7.如权利要求1所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 加工时的温度数据由红外测温仪获取。 8.如权利要求1所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方法， 其特征在于， 所述融合 算法采用不敏卡尔曼 粒子滤波算法。 9.一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测系统， 其特征在于， 包括虚拟系统和数 据分析系统； 所述虚拟系统包括CAD模型和动力学接触算法构成的物理模型， 磨削运动学模型及边 界条件， 用于获取所述滚动轴承滚道磨削过程中影响滚道亚表层质量的加工参数以及温度 数据， 并进行加工过程中与实体空间的实时数据交 互， 获得仿真结果； 所述数据分析系统， 用于数据处 理， 获得数据分析 结果。 10.如权利要求9所述的一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测系统， 其特征在 于， 还包括红外测温仪， 用于对加工过程中工件亚表层的温度进 行测量， 从而得出变质层组 织形态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115270563 A 2一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方 法及系统 技术领域 [0001]本公开涉及滚动轴承滚道磨削变质层预测技术领域， 具体涉及 一种融合型滚动轴 承滚道磨削变质层的预测方法及系统。 背景技术 [0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息， 不必然构成在先技 术。 [0003]滚动轴承滚道作为滚动轴承的工作界面， 其亚表层质量对轴承的使用寿命以及工 作性能有着直接影响。 在 滚动轴承滚道磨削加工过程中， 为了实现轴承严格的使用要求， 故 对其亚表层质量提出了很高的要求， 加工过程中的众多加工参数如砂轮线速度、 工件转速 及进给速度等都会对其亚表层质量产生影响， 导致加工得到的轴承质量的稳定性难以保 证。 因此， 精准实时预测轴承 滚道亚表层质量， 是提升轴承 滚道质量的关键 。 [0004]目前， 主要的磨削变质层预测方法为通过分析数据进行实时预测， 但是因为其数 据特征的处理以及算法的不同导 致其结果差异较大， 而且 存在预测不及时的缺 点。 [0005]数字孪生技术作为一个能反映加工真实状态的模型， 能够实时预测产品在加工过 程的状态， 从而提高产品的质量， 基于实体空间在虚拟系统中进 行复刻， 实现真实系统向虚 拟系统的映射， 然后基于虚拟系统实现对真实系统中加工过程的预测及优化。 基于数字孪 生技术可以实时反映真实状态的特点， 可以将其应用到磨削变质层预测中， 通过建立数字 孪生技术中的虚拟系统模型可以实现实时交互及预测， 但因其建立的模型与实体空间中的 差异性， 会导 致有偏差的预测结果。 [0006]综上所述， 发明人发现， 现有的滚动轴承滚道磨削变质层预测方法中通过分析数 据预测的方法及基于数字 孪生预测的方法都存在不足。 发明内容 [0007]本公开为了解决上述问题， 提出了一种融合型滚动轴承滚道磨削变质层的预测方 法及系统， 针对影响轴承滚道质量的一项重要参数－变质层， 提出运用数字孪生模型预测 与分析数据预测相结合的方式， 对磨削加工过程中的轴承滚道亚表层质量进行预测， 从而 保证轴承 滚道质量 一致性。 [0008]根据一些实施例， 本公开采用如下技 术方案： [0009]一种融合型滚动轴承 滚道磨削变质层的预测方法， 包括： [0010]构建基于数字孪生实体空间的虚拟系统模型并采集实体空间中待预测的滚动轴 承工件的几何尺寸以及材 料属性数据输入到所述虚拟系统模型中； [0011]获取所述滚动轴承滚道磨削过程中影响滚道亚表层质量的加工参数以及温度数 据， 分别将所述参数和温度数据用于虚拟系统加工过程实时的数据 交互和数据分析处理， 获得虚拟系统的仿真结果和数据分析 结果； [0012]将所述虚拟系统的仿真结果和数据分析结果输入到融合算法中预测轴承滚道磨说　明　书 1/6 页 3 CN 115270563 A 3