第四章 磨削力

砂 轮 再生效应 位移 砂 轮 接触刚性 某一切深u 某一切深 0 工 件 再生效应 磨床刚性
砂 轮 磨损特性
磨削力 工 件 可磨削性
磨削中的自激振动原理 磨削中的自激振动原理 磨削中的颤振产生的主要原因是：磨具的硬度特性 砂轮若过软，则磨削过程中的扰动会使砂轮表面上的磨损不均匀， 砂轮若过软，则磨削过程中的扰动会使砂轮表面上的磨损不均匀， 使砂轮表面也出现了波纹；若砂轮过硬， 使砂轮表面也出现了波纹；若砂轮过硬，扰动则会使砂轮表面的 堵塞不均匀，以这两种砂轮磨削工件必将在工件表面形成波纹， 堵塞不均匀，以这两种砂轮磨削工件必将在工件表面形成波纹， 而工件表面的波纹反过来会促使砂轮的不均匀的磨损和堵塞更加 严重。如此相互影响相互促进，使振动越来越激烈 严重。如此相互影响相互促进，
PE ⋅η E Ft = π ⋅ ns ⋅ Ds
式中ηR--电动机传动效率； nS--砂轮转速(r/s)； DS--砂轮直径(mm)。
PE--磨头电动机实测输入功率(kW)；
（2）电阻应变测力法 ）
(3)电容式测力仪 电容式测力仪 (4)压电原理的平面磨削测力仪 压电原理的平面磨削测力仪
第二节 磨削中的振动
3、影响磨削力的因素 、 1）磨具条件：磨料、粒度、结合剂、组织、硬度、磨具修整 ）磨具条件：磨料、粒度、结合剂、组织、硬度、 2）工件条件：工件材料的硬度、强度、塑性、 ）工件条件：工件材料的硬度、强度、塑性、 3）工艺参数条件： ）工艺参数条件： 单位时间内参与切削的磨粒数量↑ 每个 砂轮速度v砂↑ →单位时间内参与切削的磨粒数量 →每个 单位时间内参与切削的磨粒数量 磨粒的切削厚度↓ 磨削力 磨削力↓ 磨粒的切削厚度 →磨削力 单位时间内磨去的金属量↑ 每个磨 工件速度vω、fa ↑ →单位时间内磨去的金属量 →每个磨 单位时间内磨去的金属量 粒的切削厚度↑→磨削力 磨削力↑ 粒的切削厚度 磨削力 径向进给量f 每个磨粒的切削厚度↑、 径向进给量 r ↑ →每个磨粒的切削厚度 、砂轮与工件的磨 每个磨粒的切削厚度 削接触弧长↑ 同时参与磨削的磨粒数 同时参与磨削的磨粒数↑ 磨削力 磨削力↑ 削接触弧长 →同时参与磨削的磨粒数 →磨削力 砂轮磨损↑磨削力 砂轮磨损 磨削力↑ 磨削力 4）磨削液条件：液体成分、润滑冷却性能、供液压力 ）磨削液条件：液体成分、润滑冷却性能、 5）机床工艺系统的刚性和机床的精度 ）
700 × 1093 P = UZ = = 170 （马力）=12750（J/S） 马力） （ ） 60 × 75
如果V 如果 s=80m/s
Ft = P 170× 75 170 × = = 159（Kg） Vs 80
若取F 若取 n=3Ft倍，则 Fn=636(kg)
6、磨削力的测量 、 功率计法: （1）功率计法:功率计法是根据电动机输入功率来计算切向磨削 力的。由于磨床的砂轮轴多由独立的电机直接驱动，因此， 力的。由于磨床的砂轮轴多由独立的电机直接驱动，因此，可用 电功率表实测磨头电动机的功率P 然后按下式计算: 电功率表实测磨头电动机的功率 E，然后按下式计算
四、磨削表面的颤振振纹 1）螺旋型振纹 是由修整时砂轮与金刚石修整笔之间的振动引起的。 ） 是由修整时砂轮与金刚石修整笔之间的振动引起的。 这种振动可以是“强迫型” 半激振型” 这种振动可以是“强迫型”和“半激振型”。 机械的其它部件(如液压泵、不稳定回转体等 将振动输入到了工艺 机械的其它部件 如液压泵、不稳定回转体等)将振动输入到了工艺 如液压泵 系统，其振动频率相当于振源外力的频率。 系统，其振动频率相当于振源外力的频率。 在修整内圆磨砂轮时，由于主轴刚性较差，可能会引起半自激振动。 在修整内圆磨砂轮时，由于主轴刚性较差，可能会引起半自激振动。 在这种情况下，振动频率十分接近主轴的自然频率； 在这种情况下，振动频率十分接近主轴的自然频率； 也还可能在修整时发生一些扰动而引起砂轮的再生振动 2）直线型振纹 这类振纹常常是由砂轮不平衡引起的。当砂 这类振纹常常是由砂轮不平衡引起的。 轮磨损或堵塞不均匀时，由于再生效应， 轮磨损或堵塞不均匀时，由于再生效应，在工件表面上同样 会出现直线型振纹 3）斑点型振纹 由于砂轮圆周表面上硬度不均匀或不均匀的磨损 引起局部振动造成的。 引起局部振动造成的。这种扰动又会促使砂轮的再生振动
4、磨削力的实验式： 磨削力的实验式：
Z' 1 1 2 Vw =w am = t( + ) l Vs D d
5、比磨削能 、 磨除工件上单位体积的金属 所消耗的能量叫比磨削能 U=W/V
β Ft=KtαVS-βVwγVaδBε β Ft=KVs-βVwγtα
Ft V S UБайду номын сангаас bV w t
切屑的大小对比磨削能的影 响被称之为尺寸效应 响被称之为尺寸效应
五、减振措施 1、改善磨料磨具性能，选择与工件材料相适应的磨具， 、改善磨料磨具性能，选择与工件材料相适应的磨具， 并进行严格的静、 并进行严格的静、动平衡 2、增加机床刚性，增大阻尼 、增加机床刚性， 3、调整磨削用量降低工件速度和切入深度 、 4、增加清火花磨削行程以消除工件上已经存在的振纹 、
二、稳态和动态切削过程
三、磨削中的颤振
一般说来， 一般说来，使用刀具进行切 削加工，则后一次走刀与前 削加工， 一次走刀往往有重迭部分。 一次走刀往往有重迭部分。 这种情况在磨削中特别明显 B−S 重叠系数 µ = B
B——砂轮宽度 砂轮宽度 S——轴向进给量 轴向进给量
再生效应: 再生效应 不管是何种原因在工件上一转留有 波纹， 波纹，若切削过程不稳定都一定会 反映到再次切削之中， 反映到再次切削之中，并产生新的 振纹激起再生振动， 振纹激起再生振动，这种现象称为 再生效应
F=Fn十Ft十Fa
图3-2 各种磨削加工方式的三个磨削分力 a) 外圆磨削 b) 内圆磨削 c)卧式平面磨削 d)立式平面磨削 卧式平面磨削 立式平面磨削
三个分力的关系
一般， 一般，Fn>Ft>Fa， 而法向磨削力与切 向磨削力的比值 Fn/Ft，是加工中 一个重要数据， 一个重要数据，它 可间接地说明砂轮 工作表面磨粒的锋 利程度。 利程度。因为随着 磨粒的钝化， 磨粒的钝化，将引 的急剧增大， 起F的急剧增大， 的急剧增大 使砂轮磨损加快， 使砂轮磨损加快， 系统振动增加， 系统振动增加，噪 声加大， 声加大，工件表面 粗糙度上升和表面 质量恶化等。所以， 质量恶化等。所以， 它也可作为砂轮耐 用度的判断依据之 一
第四章 磨削力与磨削振动 第一节 磨削力
1、来源 、 •一是磨削过程中工件材料发生弹性和塑性变形时所 一是磨削过程中工件材料发生弹性和塑性变形时所 产生的阻力； 产生的阻力； •二是磨粒与工件表面之间的摩擦力。 二是磨粒与工件表面之间的摩擦力。 二是磨粒与工件表面之间的摩擦力 2、磨削力的分解 、 Fn称为法向磨削力 Ft称为切向磨削力 Fa称为轴向磨削力
在磨削加工中，振动对表面光洁度、磨削精度、砂轮的 在磨削加工中，振动对表面光洁度、磨削精度、 寿命带来的不良影响尤为突出。 寿命带来的不良影响尤为突出。因而振动是影响产品质量和 生产率的一个重要因素。 生产率的一个重要因素。 一、磨削中的振动形式 1、自由振动 如磨床周围其它机械产生的冲击力，磨床砂轮 如磨床周围其它机械产生的冲击力， 、 架快速进退或工作台换向时引起的振动属于自由振动 2、强迫振动 如磨床电机的转子的不平衡、砂轮的不平衡等因 、 如磨床电机的转子的不平衡、 素引起的振动 3、自激振动 自激振动又叫做颤振，颤振是由系统自身产生的 、 自激振动又叫做颤振， 交变力所维持的振动。 交变力所维持的振动。磨削过程中不断波动的磨削力就是维持 颤振的交变力 其中自由振动和强迫振动，只要找出振源， 其中自由振动和强迫振动，只要找出振源，总是可以找 到消除它们的方法。而发生在砂轮和工件之间的颤动， 到消除它们的方法。而发生在砂轮和工件之间的颤动，不会因 为有阻尼而衰减， 为有阻尼而衰减，一旦振动产生便会有增无减
比磨削能对于估计磨削力和功是一个很有用的量 在钢坯的荒磨中， 一个切屑的厚度大约g=0.1mm， 其 U大约为 在钢坯的荒磨中 ， 一个切屑的厚度大约 ， 大约为 700kg.m/cm3 ， 若以 若以500公斤 小时 （ 1093cm3/min） 的速率切除金 公斤/小时 公斤 小时（ ） 最小的功率消耗可估计如下： 属，最小的功率消耗可估计如下：