金属切削原理》第章磨削
第三章切削与磨削原理
第三章切削与磨削原理3.1 切屑的形成过程学习目标：本节主要讨论金属材料的切削过程，并对硬脆非金属材料的切削过程进行简单介绍。
学习本节必须研究切屑形成过程的物理本质及其变形规律，熟悉不同切屑类型以及切屑控制方法。
3.1.1 切屑的形成过程切屑的形成工件上切屑层的金属材料,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。
切屑形成的过程切屑形成的过程实质是切削层受到前刀面的挤压后产生的以滑移为主的塑性变形过程。
切屑形成过程动态演示被切金属的受力变形分析由图3-2塑性金属(紧靠刀尖前面的被切金属层及切屑)的切屑根部金相照片可知，刀尖前面的金属晶粒变成为沿某一方向倾斜的纤维状结构，发生了极大的剪切变形，且剪切区内的剪切线与自由表面的交角约为45°(符合塑性力学理论)。
一般这一变形区的宽度仅为0.02～0.2mm。
切削速度愈高，宽度愈小。
因此可以将变形区视为一个剪切平面，称为剪切面，剪切面与切削速度夹角以φ表示，称为剪切角。
如图3-3所示。
金属除在剪切区发生显著变形外，还形成3个变形区，如图3-4所示。
图3-4说明：一般将剪切区称为第一变形区，其位置如图中Ⅰ所示，靠前刀面处称为第二变形区，如图中的Ⅱ。
由图3-2可看出，在已加工表面处也发生了显著的变形，方格已纤维化，这是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦造成的。
这一部分一般称为第三变形区，如图中的Ⅲ。
3.1.2 切屑变形程度的表示方法剪应变ε切削过程中金属的塑性变形主要集中于第一变形区，且主要形式是剪切滑移，因而其变形量可用剪应变ε来表示，如图3-5所示。
..........(3-1)根据图中所示的几何关系，可导出剪应变ε和剪切角φ的关系：.......................(3-2)按此式计算，剪切角愈小，剪切变形量愈大，即切屑变形愈大。
变形系数Λh由于切削时金属的塑性变形，使切下的切屑厚度h ch通常要大于切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削长度l c，如图3-6所示。
【VIP专享】第 一 章 金属切削原理
第一章金属切削原理1、基本定义（1）切削运动：工件和刀具之间的相对运动。
通常，切削运动按其作用可分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和，称为合成切削运动。
（2）切削用量三要素：1）切削速度Vc（切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度。
单位：m/s 或m/min（r/s 或r/min )2）进给速度Vf（切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的瞬时速度。
单位：mm/s 或mm/min）或进给量f（工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿进给运动方向的相对位移。
单位：mm/r 或mm/d•str（double stroke双行程）3）背吃刀量ap (切削深度)（在基面上）垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。
单位：mm 例如，外圆车削: ap＝(dw-dm)/2（3）刀具几何参数最常用的刀具标注角度参考系1)正交平面参考系；组成：①基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。
通常平行于车刀的安装面（底面）。
基面中测量的刀具角度：主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf方向之间的夹角。
副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf反方向之间的夹角。
刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。
εr=180°-(κr ＋κr′)。
εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
②切削平面Ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。
切削平面中测量的刀具角度：刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
③正交平面Po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。
正交平面中测量的刀具角度：前角γo 前刀面与基面之间的夹角。
后角αo后刀面与切削平面之间的夹角。
楔角βo前刀面与后刀面之间的夹角。
书上第九页图11-1 外圆车刀正交平面参考系的标注角度2)法平面参考系；3)假定工作平面与背平面参考系2、金属切削过程（1）切削层的变形第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。
《金属切削原理与刀具》知识点总结
I 切削原理部分第1章刀具几何角度及切削要素1、切削加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能2、切削运动：刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。
分为主运动和进给运动。
1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。
有且仅有一个。
运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。
2）进给运动：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。
进给运动的速度一般较低，功率也较少。
其数量可以是一个，也可以是多个。
可以是连续进行的，也可以是断续进行的。
可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。
运动形式：连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。
一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。
运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削。
3、切削用量切削用量是指切削速度c v 、进给量f （或进给速度）和背吃刀量p a 。
三者又称为切削用量三要素。
1）切削速度c v （m／s 或m／min）：切削刃选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。
主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000dn v c π=式中：d-工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速(r/s 或r/min)2）进给量f：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。
3）背吃刀量p a （切削深度mm）2m w p d d a -=式中:w d -工件上待加工表面直径（mm）；m d -工件上已加工表面直径（mm）。
4、工件表面：切削过程中，工件上有三个不断变化的表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。
过渡表面：正被切削的表面。
下一切削行程将被切除。
己加工表面：切削后形成的新表面。
5、刀具上承担切削工作的部分称为刀具的削部分，刀具切削部分由一尖二刃三面组成。
金属切削原理与刀具PPT
一、刀具切削角度的坐标平面
二、刀具标注角度的坐标
• 为了便于刀具设计者在设计刀具时的标 注，有一些理想状态的假定：
• 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； • 2）刀杆中心线垂直工件轴线； • 3）没有进给运动； • 4）工件已加工表面的形状是圆柱表面。
Vf=f·n (mm/s)
– f— 车刀每转进给量（mm/r)
– n— 工件转速（r/s)
主运动和进给运动的合成
• 和成切削运动 ： 是由主运动和进给运动合成 的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时 合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称 合成切削速度
ve v v f
1.2 刀具切削部分组成要素
• 当刀尖没有圆弧半径 r 残留面积有直线构成其 高 Rmax 为：
Rm a x
ctgkr
f
ctgkr
残留面积及其高度
• 实际上 r 必不可少，当f较小，残留面积纯 粹由两段圆弧构成，即不含有副切削刃的直 线部分时残留面积高度 Rmax 为
Rmax r
r2
f 2
2
因 Rmax << r
• ①当刀尖安装得高于或低于工件轴线时， 刀具的工作前角和工作后角的变化情况：
• ②当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂 直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的 变化情况：
• b)进给运动对工作角度的影响： • c)非圆柱表面的工件形状的影响：
刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度
• 当刀尖高于工件轴线时： • 工作前角变大，工作后角减小。
磨时所c需tg的p角 c度tg坐0标• c系os和kr 设 tg计s时• s的in角kr 度坐标系 不同，c刃tg磨f 时 c应tg进0行• s坐in k标r 系tg间s的• c角os度kr 换算。
第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件
图1-7 车刀的主要标注角度
1.2.3 刀具的工作参考系及工作角度
如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度 的影响，且 刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。在实际的切削加工 中，当刀具进入工作状态后，由于刀具安装位置和进给运动的 影响，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置 相对于假定的理想状态发生了改变，即上述标注角度会发生一 定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正 交平面位置的改变，因此，研究切削过程中的刀具角度，必须 以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种 参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工 作角度。
刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参 考系。但在标注可转位刀具或倒刃倾角刀具时，常用法平面参 考系。在刀具制造过程中，如铣削刀槽、刃磨刀面时，常需用 假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后刀面正 交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO 3002/1—1997标准所推荐的。本章只介绍前三种。
1.2.2 刀具静止参考系和刀具的几何角度
3. 刀具几何角度与标注 刀具的几何角度是指刀具上的切削 刃、刀面与参考系中各参考面间的 夹角，用以确定切削刃、刀面的空 间位置。由于切削刃上各点的主运 动方向可能不同，因此据其建立的 参考系的方位也是变化的，所以定 义的角度必须指明是切削刃上选定 点的角度；凡未经特殊注明的，均 指切削刃上与刀尖毗连的那一点的 角度。在刀具静止参考系中度量标 注的角度通称刀具角度，如图1-7 所示。
2. 金刚石
金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚 石刀 具和金刚石复合刀具。天然金刚石由于价格昂贵等原因， 应用很少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨 转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚 度约0.5 mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。
【金属切削原理】第12章：磨削详解
《金属切削原理》第十二章：磨削加工详解磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工内圆磨削外圆磨削平面磨削普通平面磨削圆台平面磨削超精磨削加工第一节砂轮的特性及选择砂轮由磨料、结合剂、气孔组成特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定一、磨料分为天然磨料和人造磨料人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3）碳化物系碳化硅系碳化硼系超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系二、粒度表示磨粒颗粒尺寸的大小＞63µm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒＜63µm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒精磨细粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生产率高速时、接触面积大时粗粒防烧伤软韧金属粗粒防糊塞硬脆金属细粒提高生产率国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示三、结合剂作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状1、陶瓷结合剂（A）常用由黏土等陶瓷材料配成特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力2、树脂结合剂（S）切断、开槽酚醛树脂、环氧树脂特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮人造橡胶特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料青铜结合剂（制作金刚石砂轮）特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性四、硬度在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬工件材料硬砂轮软些防烧伤工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用接触面积大软砂轮精度、成形磨削硬砂轮保持廓形粒度号大软砂轮防糊塞有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞五、组织磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小开式空洞型蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道管道型5～50µm六、砂轮的型号标注形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度P300x30x75WA60L6V35外径300，厚30，内径75第二节磨削运动一、磨削运动1、主运动砂轮外圆线速度 m/s2、径向进给运动进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离间歇进给 mm/st 单行程mm/dst 双行程连续进给 mm/s3、轴向进给运动进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动圆磨 mm/r平磨 mm/行程4、工件速度vw线速度 m/s二、磨削金属切除率ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm)ZQ：单位砂轮宽度切除率Q：每秒金属切除量用以表示生产率B：砂轮宽度三、砂轮与工件加工表面接触弧长lc＝sqrt(fr·d0)影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件四、砂轮等效直径将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径结论：对砂轮耐用度影响内圆＞平面＞外圆第三节磨削的过程一、单个磨粒的磨削过程磨粒的模型锐利120°圆锥钝化半球实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑v↑→隆起↓（线性）塑性变形速度＜磨削速度二、磨削的特点1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、机床刚性2、径向分力Fn较大多磨粒切削3、磨削温度高磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差4、砂轮的自砺作用三、磨削的阶段1、初磨阶段实际磨深小于径向进给量2、稳定阶段实际磨深等于径向进给量3、清磨阶段实际磨深趋向于0提高生产率缩短1、2提高质量保证3第四节磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三个分力Ft切向力 Fn法向力 Fa轴向力特征：1、单位切削力k很大磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式k＜700kgf/mm^22、Fn值最大Fn/Ft 通常2.0～2.5工件塑性↓、硬度↑→Fn/Ft↑切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～103、磨削力随磨削阶段变化初磨、稳定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相当大的比例（70～80％）切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+µ·Fn)径向力（N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2) vw：工件速度v：砂轮速度fr：径向进给量B：磨削宽度CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2µ：工件－砂轮摩擦系数α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角磨削功率P＝Ft·v/1000 Kw理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）第五节磨削温度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部转化成热，大部分传入工件一、磨削温度砂轮磨削区温度θA：砂轮与工件接触区的平均温度影响：烧伤、裂纹的产生磨粒磨削点温度θdot：磨粒切削刃与切屑接触部分的温度温度最高处，是磨削热的主要来源影响：表面质量、磨粒磨损、切屑熔着工件温升：影响：工件尺寸、形状精度受影响二、影响磨削温度的因素切削液为降温的主要途径1、工件速度对磨粒磨削点温度的影响大于砂轮速度vw↑→acgmax↑→F↑→θdot↑大v↑→acgmax↓→θdot↑小→摩擦热↑↗acgmax：单个磨粒最大切削厚度 mm假设：磨粒前后对齐，均匀分不在砂轮表面平面磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt(fr/dt)外圆磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt((fr/dt)+(fr/dw))dt：砂轮直径m：每毫米周长磨粒数用于定性分析2、径向进给量Frfr↑→acgmax↑→θdot↑fr↑→接触区↑→同时参加切削磨粒数↑→θA↑3、其他因素fa↑→θdot↑、θA↑工件材料硬度↑、强度、↑韧性↑→θdot↑、θA↑θA↑→工件温升↑vw↑→被磨削点与砂轮接触时间↓→工件温升↗三、磨削温度的测量（热电偶）第六节砂轮的磨损及表面形貌一、砂轮的磨损类型磨耗磨损磨粒磨损破碎磨损磨粒或结合剂破碎（取决于磨削力与磨粒、结合剂强度）破碎磨损消耗砂轮多磨耗磨损通过磨削力影响破碎磨损阶段初期磨损磨粒破碎磨损（个别磨粒受力大，磨粒内部应力与裂纹）二期磨损磨耗磨损三期磨损结合剂破碎磨损二、砂轮的耐用度T砂轮相邻两次修整期间的加工时间 s各因素通过平均切削厚度来影响T经验公式：T=6.67·(dw^0.6)·km·kt/(10000·(vw·fa·fr)^2)dw：工件直径kt：砂轮直径修正系数km：工件材料修正系数粗磨时间常用单位时间内磨除金属体积与砂轮磨耗体积之比来选择砂轮三、砂轮的修整作用去除钝化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出来增加有效切削刃，提高加工表面质量工具单颗金刚石、单排金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石滚轮、硬质合金挤压轮等使用单颗金刚石：导程小于等于磨粒平均直径，每颗磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直径，提高砂轮寿命四、表面形貌单位面积上磨粒数目越多→acgmax↓→磨粒受力↓→磨粒寿命↑→T↑磨粒高度分布越均匀→粗糙度↓磨粒间距均匀性越好→粗糙度↓第七节磨削表面质量与磨削精度一、表面粗糙度比普通切削小小于 Ra2～4µmvw↓、v↑、R工↑、R砂↑、细粒度→粗糙度↓细粒度→m↑→粗糙度↓B↑→acgmax↓→粗糙度↓磨粒等高性好→粗糙度↓二、机械性能1、金相组织变化烧伤：C↑、合金元素↑→导热性↓→易烧伤高温合金↑→磨削功率↑→θA↑→易烧伤影响：破坏工件表层组织，产生裂纹，影响耐磨性和寿命2、残余应力原因：相变引起金相组织体积变化温度引起热胀冷缩和塑性变形的综合结果光磨10次残余应力减少2～3倍光磨15次残余应力减少4～5倍fa↓、fr↓→拉应力↓3、磨削裂纹磨削速度垂直方向上的裂纹（局部高温急冷造成热应力）三、磨削精度1、磨床与工件的弹性变形2、磨床与工件的热变形3、砂轮磨损导致形状尺寸变化3、磨床与工件振动研磨加工是应用较广的一种光整加工。
机械制造 第一章金属切削原理
五、切削层参数 （一）切削厚度 （二）切削宽度 （三）切削层面积
六、刀具材料 （一）刀具材料的性能 1、高的硬度和耐磨性 2、足够的强度和冲击韧度 3、高耐热性 4、良好的工艺性 （二）常用刀具材料的种类与特性 1、普通刀具材料：常见的普通刀具材料有碳 素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金 和涂层刀具材料等，其中后三种用得较多。
２、超硬刀具材料：超硬刀具材料用的较多的 有陶瓷、人造聚金刚石和立方氮化硼等。
第二节 金属切削过程 一、切削层的变形 （一）第一变形区 工件材料的圆形晶粒受刀具作用，产生 剪切变形时，晶格内的晶面间发生滑移，使 晶粒变为椭圆形。从OA线开始塑性变形， 到OM线晶粒的剪切滑移完毕。
（二）第二变形区 切屑从前刀面排出时，进一步受到前刀 面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维 化，萁方向平行于前刀面。
2、后角：主后刀面与主切削平面间的夹角。 后角的作用是减少刀具主后面与工件过渡表 面之间的摩擦与磨损。增大后角，有利于提 高刀具耐用度。但后角过大，也会减弱切刃 强度，并使散热条件变差。
3、主偏角：主偏角是主切削平面与假定工作 平面间的夹角。在相同的背刀吃量和进给 量的情况下，主偏角减小，可使主切削刃 单位长度上的负载减小，且刀尖散热条件 改善，提高刀具耐用度。但主偏角减小， 又会使背向力增大，容易引起振动和刚度 较差的工件产生弯曲变型。
（二）刀具切削角度参考平面 1、基面：通过主切削刃上选定点，垂直于该 选定点合成切削运动向量的平面。
2、主切削平面：主切削平面是通过主切削刃 上选定点，与主切削刃相切并垂直于基平面。
3、正交平面：正交平面是通过主切削刃上选 定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。
（三）刀具的标注角度 1、前角：前刀面与基面间的夹角。前角大， 刀具锋利。这时切屑层的塑性变形和摩擦阻 力减小，切削力和切削热降低。但前角过大 会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具 寿命下降，甚至会造成崩刃。
《金属切削原理》第章磨削
第十二章磨削磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工内圆磨削外圆磨削平面磨削普通平面磨削圆台平面磨削超精磨削加工第一节砂轮的特性及选择砂轮由磨料、结合剂、气孔组成特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定一、磨料分为天然磨料和人造磨料人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3）碳化物系碳化硅系碳化硼系超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系二、粒度表示磨粒颗粒尺寸的大小＞63µm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒＜63µm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒精磨细粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生产率高速时、接触面积大时粗粒防烧伤软韧金属粗粒防糊塞硬脆金属细粒提高生产率国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示三、结合剂作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状1、陶瓷结合剂（A）常用由黏土等陶瓷材料配成特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力2、树脂结合剂（S）切断、开槽酚醛树脂、环氧树脂特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮人造橡胶特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料青铜结合剂（制作金刚石砂轮）特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性四、硬度在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬工件材料硬砂轮软些防烧伤工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用接触面积大软砂轮精度、成形磨削硬砂轮保持廓形粒度号大软砂轮防糊塞有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞五、组织磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小开式空洞型蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道管道型5～50µm六、砂轮的型号标注形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度P300x30x75WA60L6V35外径300，厚30，内径75第二节磨削运动一、磨削运动1、主运动砂轮外圆线速度 m/s2、径向进给运动进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离间歇进给 mm/st 单行程mm/dst 双行程连续进给 mm/s3、轴向进给运动进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动圆磨 mm/r平磨 mm/行程4、工件速度vw线速度 m/s二、磨削金属切除率ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm)ZQ：单位砂轮宽度切除率Q：每秒金属切除量用以表示生产率B：砂轮宽度三、砂轮与工件加工表面接触弧长lc＝sqrt(fr·d0)影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件四、砂轮等效直径将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径结论：对砂轮耐用度影响内圆＞平面＞外圆第三节磨削的过程一、单个磨粒的磨削过程磨粒的模型锐利120°圆锥钝化半球实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑v↑→隆起↓（线性）塑性变形速度＜磨削速度二、磨削的特点1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、机床刚性2、径向分力Fn较大多磨粒切削3、磨削温度高磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差4、砂轮的自砺作用三、磨削的阶段1、初磨阶段实际磨深小于径向进给量2、稳定阶段实际磨深等于径向进给量3、清磨阶段实际磨深趋向于0提高生产率缩短1、2提高质量保证3第四节磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三个分力Ft切向力 Fn法向力 Fa轴向力特征：1、单位切削力k很大磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式k＜700kgf/mm^22、Fn值最大Fn/Ft 通常2.0～2.5工件塑性↓、硬度↑→Fn/Ft↑切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～103、磨削力随磨削阶段变化初磨、稳定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相当大的比例（70～80％）切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+µ·Fn)径向力（N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2) vw：工件速度v：砂轮速度fr：径向进给量B：磨削宽度CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2µ：工件－砂轮摩擦系数α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角磨削功率P＝Ft·v/1000 Kw理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）第五节磨削温度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部转化成热，大部分传入工件一、磨削温度砂轮磨削区温度θA：砂轮与工件接触区的平均温度影响：烧伤、裂纹的产生磨粒磨削点温度θdot：磨粒切削刃与切屑接触部分的温度温度最高处，是磨削热的主要来源影响：表面质量、磨粒磨损、切屑熔着工件温升：影响：工件尺寸、形状精度受影响二、影响磨削温度的因素切削液为降温的主要途径1、工件速度对磨粒磨削点温度的影响大于砂轮速度vw↑→acgmax↑→F↑→θdot↑大v↑→acgmax↓→θdot↑小→摩擦热↑↗acgmax：单个磨粒最大切削厚度 mm假设：磨粒前后对齐，均匀分不在砂轮表面平面磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt(fr/dt)外圆磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt((fr/dt)+(fr/dw))dt：砂轮直径m：每毫米周长磨粒数用于定性分析2、径向进给量Frfr↑→acgmax↑→θdot↑fr↑→接触区↑→同时参加切削磨粒数↑→θA↑3、其他因素fa↑→θdot↑、θA↑工件材料硬度↑、强度、↑韧性↑→θdot↑、θA↑θA↑→工件温升↑vw↑→被磨削点与砂轮接触时间↓→工件温升↗三、磨削温度的测量（热电偶）第六节砂轮的磨损及表面形貌一、砂轮的磨损类型磨耗磨损磨粒磨损破碎磨损磨粒或结合剂破碎（取决于磨削力与磨粒、结合剂强度）破碎磨损消耗砂轮多磨耗磨损通过磨削力影响破碎磨损阶段初期磨损磨粒破碎磨损（个别磨粒受力大，磨粒内部应力与裂纹）二期磨损磨耗磨损三期磨损结合剂破碎磨损二、砂轮的耐用度T砂轮相邻两次修整期间的加工时间 s各因素通过平均切削厚度来影响T经验公式：T=6.67·(dw^0.6)·km·kt/(10000·(vw·fa·fr)^2)dw：工件直径kt：砂轮直径修正系数km：工件材料修正系数粗磨时间常用单位时间内磨除金属体积与砂轮磨耗体积之比来选择砂轮三、砂轮的修整作用去除钝化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出来增加有效切削刃，提高加工表面质量工具单颗金刚石、单排金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石滚轮、硬质合金挤压轮等使用单颗金刚石：导程小于等于磨粒平均直径，每颗磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直径，提高砂轮寿命四、表面形貌单位面积上磨粒数目越多→acgmax↓→磨粒受力↓→磨粒寿命↑→T↑磨粒高度分布越均匀→粗糙度↓磨粒间距均匀性越好→粗糙度↓第七节磨削表面质量与磨削精度一、表面粗糙度比普通切削小小于 Ra2～4µmvw↓、v↑、R工↑、R砂↑、细粒度→粗糙度↓细粒度→m↑→粗糙度↓B↑→acgmax↓→粗糙度↓磨粒等高性好→粗糙度↓二、机械性能1、金相组织变化烧伤：C↑、合金元素↑→导热性↓→易烧伤高温合金↑→磨削功率↑→θA↑→易烧伤影响：破坏工件表层组织，产生裂纹，影响耐磨性和寿命2、残余应力原因：相变引起金相组织体积变化温度引起热胀冷缩和塑性变形的综合结果光磨10次残余应力减少2～3倍光磨15次残余应力减少4～5倍fa↓、fr↓→拉应力↓3、磨削裂纹磨削速度垂直方向上的裂纹（局部高温急冷造成热应力）三、磨削精度1、磨床与工件的弹性变形2、磨床与工件的热变形3、砂轮磨损导致形状尺寸变化3、磨床与工件振动研磨加工是应用较广的一种光整加工。
金属切削原理.doc
第1章、第2章金属切削原理是非题1.金属切削刀前角、刃倾角均有正负之分。
（√）2.零件的表面层金属发生冷硬现象后，其强度和硬度都有所增大。
（√）3.在中等速度切削加工时，热效应使硬质合金刀具产生磨损，其主要形式包括：相变磨损、扩散磨损和氧化磨损。
（x ）4.切削力随着切削速度增加而增加。
（ x ）名词解释1. 积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处黏着一块剖面呈三角形的硬块。
2．后角γ3．刀具耐用度填空题1．磨削加工时，提高砂轮速度可使加工表面粗糙度数值变小，提高工件速度可使加工表面粗糙度数值变小，增大砂轮粒度号，可使加工表面粗糙度数值变大。
2．金属切削刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损、前刀面和后刀面同时磨损、化学磨损几种形式。
3．金属切削加工时，切屑沿前刀面变形称第2变形区，其特点是使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本上和前刀面平行。
4．金属切削加工时，切屑第3变形区是指以加工表面变形，其特点是产生变形和回弹，造成表面金属纤维化与加工硬化 . 。
5．切削三要素是指金属切削过程中的1）切削速度、2）进给量和3）背吃刀量三个重要参数，其中对刀具寿命影响最大的是4）切削速度。
6．刀具前角大，则刀具强度 1）降低；增大刀具主偏角和副偏角，则已加工表面粗糙度 2）增大。
7.常用刀具材料是1）硬质合金 2）高速钢，后者适合制造复杂刀具，前者韧性不足且工艺性差。
8．拉削图形指拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序，通常都用图形表达，可分为1）分层式 2）分块式 3）综合式。
10．材料的切削加工性指工件材料加工的难易程度，它是一个相对的概念。
11．材料的相对加工性Kr值越大，则这种材料越容易加工。
12．金属切削加工时，后刀面和已加工表面的挤压和摩擦称第第三变形区，其结果使加工表面晶粒纤维化和加工硬化。
13．金属切削过程中切削力的来源主要有两个，即切削层金属、切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力和刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。
第二章 金属切削原理
2.切削运动:
在切削加工过程中，工件 与刀具之间的相对运动，即 切削运动。切削运动由主运 动和进给运动组成（图2-1） 主运动:刀具切削工件金 属的基本运动。通常它的速 度最高，消耗机床功率最大， 故称主运动。主运动的速度 称切削速度vc。 进给运动:使工件上新的 金属不断投入切削的运动。 进给运动的速度称为进给速 度 vƒ 。
图2-6
刀具标注角度
三、刀具工作角度
上面讨论的外圆车刀的标注角度，是 在忽略进给运动的影响并假定刀柄轴 线与纵向进给运动方向垂直以及切削 刃上选定点与工件等高的条件下确定 的。 刀具的工作角度应当考虑包括进给运 动在内的合成运动和刀具的实际安装 状况。
1.进给运动对刀具工作角度的影响
1).横向进给车削 图2-7所示为切断车削加工 时的情况，考虑进给运动的 影响后，刀具在工件上的运 动轨迹为阿基米德螺旋线， 按合成切削速度的方向确定 的工作基面和工作切削平面 分别为pre和pse，从而引起刀 具的前角和后角发生变化： oe o oe o
2 F FC2 FD Fc2 Fp2 Ff2
图2-24
（二）切削力的理论公式
hb cos( o ) Fc F cos( o ) sin cos( o )
A hb fa P
（2-8）
§2 刀具的几何角度
一、刀具切削部分的结构要素 刀柄(安装部分) 刀头(切削部队): 前刀面: 主后刀面: 副后刀面: 主切削刃: 副切削刃: 刀尖:
二、 刀具的标注角度
1.刀具标注角度的参考系 假定条件： 1).假定运动条件: 给定刀具主运动和进给运动方向，而不考 虑进给运动的大小 2). 假定安装条件: 刀具安装基准面垂直于主运动方向，刀柄 的中心线与进给运动方向垂直，刀具刀尖 与工件中心轴线等高
第一章金属切削基本原理
图1-5 车刀标注角度旳参照系
（四）刀具旳标注角度 1、在正交平面参照系中旳标注角度
（1）主偏角r （2）刃倾角s （3）前角o （4）后角o
“一刃四角”
切削刃旳选定点、刃倾角 和主偏角这三个参数，拟 定了主切削刃在参照系中 旳位置。
（5）副偏角 r ˊ （6）副后角oˊ
派生角度：
楔角bo、刀尖角er、余偏角r
（2）切削平面Ps 经过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面旳平面。
（3）正交平面Po 经过切削刃选定点，同步垂直于基面和切 削平面旳平面。正交平面垂直于切削刃在 基面上旳投影。 由基准平面Pr — 切削平面Ps — 正交平 面Po构成旳静止参Pn 经过切削刃选定点并垂直于切削刃旳平面。
（二）刀具角度旳参照系
刀具标注角度旳参照系
刀具工作角度旳参照系
设计、制造、测量角度时旳基准 实际切削中拟定角度旳基准
• 静止参照系
主运动方向 进给运动方向 刀具安装位置
静态角度
• 工作参照系
实际合成切削运动方向 进给运动方向 刀具实际安装位置
工作角度
刀具静止参照系是在下列假定条件下建立旳：
1）刀刃上旳选定点位于假定工件旳轴平面内，是刀具静止 参照系旳原点；
第一章 金属切削基本原理
第一节 刀具
三、切削用量
切削用量三要素
1. 切削速度 v （m/s或m/min） 主运动为旋转运动：v =πd n/1000 往复运动：v = 2Lnr /1000
2. 进给量 f （mm/r 或mm/双行程） 进给速度：vf =n f = n fz z （mm/s 或mm/min）
（二）常用刀具材料旳种类及特征
工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石 （天然、人工）、立方氮化硼等。
磨 削
3. 强力磨削（缓进给大切深）
以大的径向进给量和很低的工作台进给速度进行磨削。 单个磨粒的切削厚度大为减少，因而作用在每个磨粒上的 金属切削原理及刀具 力也减少。
4. 砂带磨削
金属切削原理及刀具
4. 砂带磨削
金属切削原理及刀具
金属切削原理及刀具
三、磨削影响因素
2.磨削过程的理论分析
金属切削原理及刀具
磨 削 模 型
金属切削原理及刀具
3、磨削力简要分析
磨粒的受力
金属切削原理及刀具
4、磨削力的经验计算
切向力
Ft C F V w
0 .7
f
0 .7
ap
0 .6
（N）
5、磨削用量的确定 砂轮线速度 工件线速度
V s 30 ~ 35 m / s , 或 45 ~ 100 m / s
第十二章
磨削(Abrasion)
金属切削原理及刀具
第十二章
主要内容：
磨削(Abrasion)
1、磨料的选用
2、砂轮的选用
3、磨削机理
4、磨削用量的选择
5、先进磨削工艺
金属切削原理及刀具
第一节
一、概述
概述
定义：磨削是指用带有磨粒的工具对工件进行 加工的方法。 加工精度：IT5～IT6 加工粗糙度：Ra1.25～0.01μ m 加工范围：淬硬钢、耐热钢、特殊合金材料、 石材 加工形式：外圆磨、平面磨、齿面磨、螺纹磨
金属切削原理及刀具
一、磨料
刚玉类：磨削各种钢、不锈钢、高强 度合金钢、 退火后可锻铸铁、硬青铜
碳化硅类：灰铸铁、黄铜、软青铜、铝、硬质合金
一般碳化硅类磨粒较锋利，耐热冲击，磨削 效率较高，但抗弯能力差，易磨钝。
切削与磨削原理
第3章切削与磨削原理重点：金属切削过程的基本概念难点：金属切削过程基本规律的应用金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。
金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。
在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。
对这些现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削过程的基本规律，从而主动地加以有效的控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。
总之，金属切削过程的优劣，直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。
因此，必须进行深入的研究。
3.1 金属切削层的变形一、切屑形成过程及变形区的划分1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。
金属材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形；虽着刀具继续切入，金属内部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈服点时，开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进，应力进而达到材料的断裂强度，便会产生挤裂。
2、变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。
切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区（剪切滑移）、第二变形区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）。
3、切屑的形成及变形特点1）第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区）金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。
切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑移。
在下图中，切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度范围内，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。
AC、AE之间为第—变形区。
《金属切削原理》第1章[基本定义]
![《金属切削原理》第1章[基本定义]](https://img.taocdn.com/s3/m/cb53f83f5a8102d276a22f44.png)
第一章基本定义第一节概述一、切削加工的定义切削加工：使用切削工具从毛坯上切除多余的材料，从而获得具有一定形状、精度和表面质量的零件。
二、实现切削加工的条件1、刀具与工件之间的相对运动；2、刀具具有一定的空间几何形状；3、满足切削需要的刀具材料性能。
三、金属切削加工的重要性机械制造中所用的工作母机80％～90％为金属切削机床1957年美国钢产量1亿吨1500万吨变成切屑四、切削加工的种类车、铣、刨、磨、钻、镗、铰、拉五、切削加工的发展史秦铜车马轴承磨削汉五铢钱车削；弩机工具（钻、锉）1668 明马拉铣床脚踏砂轮制作天文仪器1775 英加工蒸汽机汽缸汽缸镗床1818 美铣床1865前后各种机床出现（车、刨、插、齿轮、螺纹）1864 法刀具几何形状对切削力的影响1870～1877 俄切屑形成和种类1898 美高速钢1927 德硬质合金1932 美切削用量手册1960以后涂层刀具、陶瓷刀具等出现五、本课程在专业教学中的地位切削原理→刀具→机制工艺第二节切削运动与切削用量一、切削运动按其所起作用分为主运动进给运动1、主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动特点：速度最高、消耗功率最大、回转或直线运动、连续或往复运动、只有一个2、进给运动使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成工件表面的运动特点：速度低、消耗功率小、回转或直线运动、连续或间歇运动、可能不止一个（拉削无）二、工件上的三个表面（切削过程中，通常存在）1、待加工表面工件上即将被切除的表面，逐渐减小，直至切去2、已加工表面刀具切削后形成的新表面，逐渐扩大3、过渡表面（加工表面）刀刃正切削着的表面，处于两者之间，不断改变三、切削层参数切削层：工件上正被刀具切削着的一层金属切削层横截面：切削层被Pr截得的截面切削层参数：切削层公称厚度hD：⊥过渡表面度量切削层公称宽度bD：∥过渡表面度量切削层公称面积AD：切削层横截面面积切削层参数决定刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小四、切削用量三要素包括切削速度v、进给量f、被吃刀量（切削深度）ap1、切削速度 v切削加工时，刀刃上选定点相对工件的主运动速度线速度 m/s 或 m/min v＝πdn/1000d：选定点的旋转直径mmn：主运动转速r/s或r/min2、进给量 f工件或刀具的主运动每转或每行程时，工件和刀具之间在进给运动方向上的相对位移量f：进给量mm/r 或 mm/str（双行程）vf：进给速度vf＝nf mm/s 或 mm/minfz：每齿进给量f=Z²fz3、背吃刀量 ap在同时垂直于主运动和进给运动方向的方向上度量的切削层尺寸mm ap=(dw-dm)/2作业：分析各种加工方式的切削运动和切削用量作业：标注各种切削加工的切削层参数第三节刀具的组成一、刀具的组成装夹部分（刀柄、刀杆）用于正确安装在机床上的部分切削部分（刀头）前刀面 Aγ主切削刃 S后刀面 Aα副切削刃 S'副后刀面 Aα' 过渡刃（刀尖）进给运动主运动二、刀面Aγ：切屑沿其流出的刀面Aα：与工件上过渡表面对应的刀面Aα'：与工件上已加工表面对应的刀面三、刀刃S：Aγ与Aα相交得到的边锋，完成主要金属切削工作S'：Aγ与Aα'相交得到的边锋，协同S完成工作，最终形成已加工表面过渡刃：连接S与S'的一段刀刃（直线或圆弧）作业：制作车刀模型（类型、材质自定）第四节刀具的几何参数一、切削角度与相应的参考系1、角度标注角度：图纸上标注的角度 刃磨角度 静态角度 工作角度：刀具在实际工作状态下的角度 动态角度 2、参考系标注参考系：用来定义刀具标注角度的参考系，以刀具结构为基础，建立在刀具假定安装位置和假定切削运动基础上工作参考系：用来定义刀具的工作角度的参考系，建立在刀具实际安装位置和实际切削运动基础上 3、标注参考系的假定条件（因刀具不同而不同）： 回转刀具：进给运动速度的方向⊥或∥于刀具轴线车刀：进给运动只考虑方向，不考虑大小（即不考虑合成切削运动） 刀刃上选定点与工件中心等高 刀杆⊥工件轴线 二、刀具的标注参考系1、正交平面参考系（主剖面参考系） Pr Ps Po （Po 系） Pr （基面）：过S 上选定点，与假定v 方向⊥的平面 Ps （切削平面）：过S 上选定点，与S 相切且⊥Pr 的平面 Po （正交平面）：过S 上选定点，⊥Pr 和Ps 的平面2、法平面参考系（法剖面参考系） Pr Ps Pn （Pn 系） Pn （法平面）：过S 上选定点，⊥S 的平面3、背平面和假定工作平面参考系（进给切深剖面参考系） Pr Pp Pf （Pf 系） Pf （假定工作平面）：过S 上选定点，⊥Pr，∥vf 方向的平面 Pp （背平面）：过S 上选定点，⊥Pf 和Pr 的平面PrPsPovPoPsPrPrPsPnv Pn 与Pr 交线PsPr4、前后刀面正交剖面参考系（最大前角最小后角参考系） Pr 、Pg 、PbPg （前刀面正交剖面）：过S 上选定点，⊥Pr，⊥A γ的平面 Pb （后刀面正交剖面）：过S 上选定点，⊥Pr，⊥A α的平面P －P 剖面 (P p ) N －N 剖面 (P n )P s 与P p 的交线 P ｓ与P r 的交线P n 与P r 的交线 P rP rR 视图(P r )P r P rO －O 剖面(P o ) RRS S 'S 'S 视图 (P s )PPP pP pP n 与P s 的交线oP o P nP f oP o P r 切削刃上选定点O OFFNNA αA αA αA αA γA γA γ A γγpβpa p++ ++ + +－ － － －－－++－－a f βfγf v fva o βoγoa nP s +－ k rr K 'εrγnβnλs F －F 剖面(P f )S三、刀具的标注角度 1、Po 系的标注角度 κr （主偏角）：Pr 中度量Ps 与Pf 的夹角 λs （刃倾角）：Ps 中度量S 与Pr 的夹角 γo （前角）：Po 中度量Pr 与A γ的夹角 αo （后角）：Po 中度量Ps 与A α的夹角 在S'上建立Po'系得到角度 αo'（副后角）：Po'中度量Ps'与A α'的夹角PrPp PfvPfPpPrκr'（副偏角）：Pr'中度量Ps'与Pf 的夹角 角度的作用：λs 、γo 确定A γ空间位置 κr 、αo 确定A α空间位置 κr'、αo'确定A α'空间位置 λs 、κr 确定S 空间位置 六个独立角度λs 、γo 、κr 、αo 、κr'、αo' 三个派生角度 βo （楔角）：Po 中度量A γ与A α的夹角 γo+βo+αo ＝90° ψr （余偏角）：Pr 中度量S 与Pp 的夹角 κr+ψr ＝90° εr （刀尖角）：Pr 中度量S 与S'的夹角 κr+εr+κr'＝180° 2、Pn 系的标注角度 六个独立角度λs 、κr 、κr'、γn 、αn 、αn' γn （法前角）： Pn 中度量A γ与Pr 的夹角 αn （法后角）： Pn 中度量Ps 与A α的夹角 αn'（副法后角）： Pn'中度量Ps'与A α'的夹角 3、Pf 系的标注角度 六个独立角度γp 、αp 、γf 、αf 、αf'、αp'、 γp （背前角）： Pp 中度量A γ与Pr 的夹角 αp （背后角）： Pp 中度量Ps 与A α的夹角 γf （侧前角）： Pf 中度量A γ与Pr 的夹角 αf （侧后角）： Pf 中度量Ps 与A α的夹角 αf'（副侧后角）： Pf'中度量A γ'与Pr'的夹角 αp'（副背后角）： Pp'中度量Ps'与A α'的夹角作业：绘制模型刀具的测绘图（标注各参考系独立角度）课堂练习：在90度左偏车刀建立参考系，标注角度。
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第十二章磨削磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工内圆磨削外圆磨削平面磨削普通平面磨削圆台平面磨削超精磨削加工第一节砂轮的特性及选择砂轮由磨料、结合剂、气孔组成特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定一、磨料分为天然磨料和人造磨料人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3）碳化物系碳化硅系碳化硼系超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系二、粒度表示磨粒颗粒尺寸的大小＞63µm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒＜63µm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒精磨细粒降低粗糙度粗磨粗粒提高生产率高速时、接触面积大时粗粒防烧伤软韧金属粗粒防糊塞硬脆金属细粒提高生产率国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示三、结合剂作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状1、陶瓷结合剂（A）常用由黏土等陶瓷材料配成特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力2、树脂结合剂（S）切断、开槽酚醛树脂、环氧树脂特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮人造橡胶特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料青铜结合剂（制作金刚石砂轮）特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性四、硬度在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬工件材料硬砂轮软些防烧伤工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用接触面积大软砂轮精度、成形磨削硬砂轮保持廓形粒度号大软砂轮防糊塞有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞五、组织磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小开式空洞型蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道管道型5～50µm六、砂轮的型号标注形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度P300x30x75WA60L6V35外径300，厚30，内径75第二节磨削运动一、磨削运动1、主运动砂轮外圆线速度 m/s2、径向进给运动进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离间歇进给 mm/st 单行程mm/dst 双行程连续进给 mm/s3、轴向进给运动进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动圆磨 mm/r平磨 mm/行程4、工件速度vw线速度 m/s二、磨削金属切除率ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm)ZQ：单位砂轮宽度切除率Q：每秒金属切除量用以表示生产率B：砂轮宽度三、砂轮与工件加工表面接触弧长lc＝sqrt(fr·d0)影响参加磨削磨粒数目及磨粒负荷，容屑，冷却条件四、砂轮等效直径将外圆（内圆）砂轮直径换算成接触弧长相等的假想平面磨削的砂轮直径结论：对砂轮耐用度影响内圆＞平面＞外圆第三节磨削的过程一、单个磨粒的磨削过程磨粒的模型锐利120°圆锥钝化半球实际磨粒：大的负前角，大的切削刃钝圆半径滑擦、耕犁、切削滑擦：（不切削，不刻划）产生高温，引起烧伤裂纹耕犁：（划出痕迹）磨粒钝或切削厚度小于临界厚度，工件材料挤向两侧隆起切削：切削厚度大于临界厚度，形成切屑v↑→隆起↓（线性）塑性变形速度＜磨削速度二、磨削的特点1、精度高、表面粗糙度小高速、小切深、机床刚性2、径向分力Fn较大多磨粒切削3、磨削温度高磨粒角度差、挤压和摩擦、砂轮导热差4、砂轮的自砺作用三、磨削的阶段1、初磨阶段实际磨深小于径向进给量2、稳定阶段实际磨深等于径向进给量3、清磨阶段实际磨深趋向于0提高生产率缩短1、2提高质量保证3第四节磨削力及磨削功率一、磨削力的特征分解成三个分力Ft切向力 Fn法向力 Fa轴向力特征：1、单位切削力k很大磨粒几何形状的随机性和参数的不合理性7000～20000kgf/mm^2 其他切削方式k＜700kgf/mm^22、Fn值最大Fn/Ft 通常2.0～2.5工件塑性↓、硬度↑→Fn/Ft↑切深小，砂轮严重磨损 Fn/Ft 可达5～103、磨削力随磨削阶段变化初磨、稳定、光磨二、磨削力及磨削功率摩擦耗能占相当大的比例（70～80％）切向力（N）：Ft＝9.81·(CF·(vw·fr·B/v)+µ·Fn)径向力（N）：Fn＝9.81·CF·(vw·fr·B/v)·tan(α)·(π/2) vw：工件速度v：砂轮速度fr：径向进给量B：磨削宽度CF：切除单位体积切屑所需的能 kgf/mm^2µ：工件－砂轮摩擦系数α：假设粒度为圆锥时的锥顶半角磨削功率P＝Ft·v/1000 Kw理论公式精度不高，常用实验测定（顶尖上安装应变片）第五节磨削温度耕犁、滑擦和形成切屑的能量全部转化成热，大部分传入工件一、磨削温度砂轮磨削区温度θA：砂轮与工件接触区的平均温度影响：烧伤、裂纹的产生磨粒磨削点温度θdot：磨粒切削刃与切屑接触部分的温度温度最高处，是磨削热的主要来源影响：表面质量、磨粒磨损、切屑熔着工件温升：影响：工件尺寸、形状精度受影响二、影响磨削温度的因素切削液为降温的主要途径1、工件速度对磨粒磨削点温度的影响大于砂轮速度vw↑→acgmax↑→F↑→θdot↑大v↑→acgmax↓→θdot↑小→摩擦热↑↗acgmax：单个磨粒最大切削厚度 mm假设：磨粒前后对齐，均匀分不在砂轮表面平面磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt(fr/dt)外圆磨：acgmax=(2·vw·fa/(v·m·B))sqrt((fr/dt)+(fr/dw))dt：砂轮直径m：每毫米周长磨粒数用于定性分析2、径向进给量Frfr↑→acgmax↑→θdot↑fr↑→接触区↑→同时参加切削磨粒数↑→θA↑3、其他因素fa↑→θdot↑、θA↑工件材料硬度↑、强度、↑韧性↑→θdot↑、θA↑θA↑→工件温升↑vw↑→被磨削点与砂轮接触时间↓→工件温升↗三、磨削温度的测量（热电偶）第六节砂轮的磨损及表面形貌一、砂轮的磨损类型磨耗磨损磨粒磨损破碎磨损磨粒或结合剂破碎（取决于磨削力与磨粒、结合剂强度）破碎磨损消耗砂轮多磨耗磨损通过磨削力影响破碎磨损阶段初期磨损磨粒破碎磨损（个别磨粒受力大，磨粒内部应力与裂纹）二期磨损磨耗磨损三期磨损结合剂破碎磨损二、砂轮的耐用度T砂轮相邻两次修整期间的加工时间 s各因素通过平均切削厚度来影响T经验公式：T=6.67·(dw^0.6)·km·kt/(10000·(vw·fa·fr)^2)dw：工件直径kt：砂轮直径修正系数km：工件材料修正系数粗磨时间常用单位时间内磨除金属体积与砂轮磨耗体积之比来选择砂轮三、砂轮的修整作用去除钝化磨粒或糊塞住的磨粒，使新磨粒露出来增加有效切削刃，提高加工表面质量工具单颗金刚石、单排金刚石、碳化硅修整轮、电镀人造金刚石滚轮、硬质合金挤压轮等使用单颗金刚石：导程小于等于磨粒平均直径，每颗磨粒都能修整深度小于等于磨粒平均直径，提高砂轮寿命四、表面形貌单位面积上磨粒数目越多→acgmax↓→磨粒受力↓→磨粒寿命↑→T↑磨粒高度分布越均匀→粗糙度↓磨粒间距均匀性越好→粗糙度↓第七节磨削表面质量与磨削精度一、表面粗糙度比普通切削小小于 Ra2～4µmvw↓、v↑、R工↑、R砂↑、细粒度→粗糙度↓细粒度→m↑→粗糙度↓B↑→acgmax↓→粗糙度↓磨粒等高性好→粗糙度↓二、机械性能1、金相组织变化烧伤：C↑、合金元素↑→导热性↓→易烧伤高温合金↑→磨削功率↑→θA↑→易烧伤影响：破坏工件表层组织，产生裂纹，影响耐磨性和寿命2、残余应力原因：相变引起金相组织体积变化温度引起热胀冷缩和塑性变形的综合结果光磨10次残余应力减少2～3倍光磨15次残余应力减少4～5倍fa↓、fr↓→拉应力↓3、磨削裂纹磨削速度垂直方向上的裂纹（局部高温急冷造成热应力）三、磨削精度1、磨床与工件的弹性变形2、磨床与工件的热变形3、砂轮磨损导致形状尺寸变化3、磨床与工件振动研磨加工是应用较广的一种光整加工。
加工后精度可达IT5级，表面粗糙度可达Ra0.1~0.006μm。
既可加工金属材料，也可以加工非金属材料。
研磨加工时，在研具和工件表面间存在分散的细粒度砂粒（磨料和研磨剂）在两者之间施加一定的压力，并使其产生复杂的相对运动，这样经过砂粒的磨削和研磨剂的化学、物理作用，在工件表面上去掉极薄的一层，获得很高的精度和较小的表面粗糙度。
研磨的方法按研磨剂的使用条件分以下三类：1．干研磨研磨时只需在研具表面涂以少量的润滑附加剂。
如图8-12a所示。
砂粒在研磨过程中基本固定在研具上，它的磨削作用以滑动磨削为主。
这种方法生产率不高，但可达到很高的加工精度和较小的表面粗糙度值(Ra0.02～0.01μm)。
2．湿研磨在研磨过程中将研磨剂涂在研具上，用分散的砂粒进行研磨。
研磨剂中除砂粒外还有煤油、机油、油酸、硬脂酸等物质。
在研磨过程中，部分砂粒存在于研具与工件之间，如图8-12b所示。
此时砂粒以滚动磨削为主，生产率高，表面粗糙度Ra0.04～0.02μm，一般作粗加工用，但加工表面一般无光泽。
3．软磨粒研磨在研磨过程中，用氧化铬作磨料的研磨剂涂在研具的工作表面，由于磨料比研具和工件软，因此研磨过程中磨料悬浮于工件与研具之间，主要利用研磨剂与工件表面的化学作用，产生很软的一层氧化膜，凸点处的薄膜很容易被磨料磨去。
此种方法能得到极细的表面粗糙度(Ra0.02～0.01μm)。
刮研平面用于未淬火的工件，它可使两个平面之间达到紧密接触，能获得较高的形状和位置精度，加工精度可达IT7级以上，表面粗糙度值Ra0.8～0.1μm。
刮研后的平面能形成具有润滑油膜的滑动面，因此能减少相对运动表面间的磨损和增强零件接合面间的接触刚度。
刮研表面质量是用单位面积上接触点的数目来评定的，粗刮为1～2点/cm2，半精刮为2～3点/cm2，精刮为3～4点/cm2。
刮研劳动强度大，生产率低；但刮研所需设备简单，生产准备时间短，刮研力小，发热小，变形小，加工精度和表面质量高。
此法常用于单件小批生产及维修工作中。