切点跟踪曲轴磨床磨削力的计算公式分析

近 年 来 ，随着 磨 削技术 的不 断发展 ，越 来越 多 的 曲轴 磨 削 （ 尤其 是用 于批 量 生产 的 曲轴磨 床 ）都 采 用 了切 点跟 踪磨 削技 术 。 切 点跟 踪磨 削运 动 中 ， 在
曲轴 工件 绕主 轴颈 中心 作匀 速 旋转 ，砂 轮沿 坐标 轴 有 序进 行 往复 移动 以磨 削连 杆轴 颈 。切 点跟 踪磨 削 法 是在 磨 削 曲轴 的连杆 颈 时利用 了相 切 原理 ，使 砂 轮 在跟 踪 的磨 削过 程 中始终 和 曲轴 的连 杆颈 相切 来 保 证磨 削后 连杆 颈 的形 状 。 综观 国 内对 磨 削力 的研 究 ，多数 工 作都 是针对 普通 内外 圆磨 削 ，但 是 曲轴 切 点跟踪 磨 削时磨 削切 点位 置 不 断变化 ，磨削 力 的计算 并不 能完 全采 用普 通 内外 圆磨 削力 的计 算 公式 。
２ 普通内、外圆磨削力的计算公式分析 由于 磨 削加工 的情 况十 分复 杂 ，磨削 力 的大 小 几乎 与磨 削过 程 中 的所 有 因素都 有关 系 ，所 以建 立 在特 定条件下 的计算 公式，还有着很大 的局 限性 ，但 是磨 削力 的理 论公 式对 于磨 削过程 的定性分 析和 大
ｎｎ；Ｖ 为工 件磨 削切 点 线速度 ，ｍ ｍｉ；Ｖ为砂 轮 ％３ ｗ ／ ｎ ｓ 磨削 切 点线速 度 ， ］ ｎ ｄ。 砂 轮 的 当 量 直 径 ， ｍ ｍｉ： 。为 ｄ ，ｍｍ； 为 工 件 外 （ ） 直 径 ， ｍｍ； 内
为砂 轮外 直径 ，ｎｒ； ＇ Ｌ ｎ
＝
图１ 磨 削力分解 图
面 金 属颗 粒从 基体 上 隆起 ；第 三阶 段 为切 削形 成阶
段 ，此 阶 段 隆起 的金属 颗粒 被 砂轮 切 削刃从 基 体上 切 除 。而 磨 削力就 是起 源于 工 件与 砂轮 接触 后 引起 的弹性 变 形 、塑性 变形 、切 削 形成 以及 磨粒 和 结合
国家 高档数控机床与基础制造装备重大专项资助项 目 （ 号 ： ０ ９ Ｘ０ ０ １１ １ 编 ２ ０Ｚ ４ ０ ．１ ）
ＫＢ－ 口ｌ Ｉ 。
１ ７
精 密 制造 与 自动化 式 （ 中； 为比Ｉｊ 阻力，与工件材料有关， １ ） 挛豸 ｝ Ｎ佃 ； 为 砂轮 宽或称 摩擦 宽 ，ｍｍ； 为有效 磨粒 间隔或 称 平 均切 割 间 隔 ，ｍｎ；Ｐ 经验 系 数 ， 当ｐ １ １ 为 ＝ 时可 以 看 成 是纯 摩 擦 的情 况 ， 当ｐ Ｏ ，则 可视 作 是纯 切 ＝时
力 。一 般 轴 向力 通 常很 小可 以忽 略 ，只计 算 切 向力 和 法 向力 。通 常 计算 出二者 之一 ，根 据 关
系式 得 到 另一个 力 。其 中九 为摩擦 力 比，与 砂 轮 的锐利 程度及 被 磨工件 材料 有关 。
１ 磨削力的分析
砂轮 与工件接触 的磨 削过 程一般分 为三个 阶段 。 第 一 阶段 是滑 擦 阶段 ，砂 轮切 削刃 与 工件表 面 开始 接触 ，工件 发生弹性变形 ；第 二阶段为耕梨阶段 ，砂 轮 切 削刃 压入 工件 的塑性基 体 ，经 过 塑性变 形 的金 属 基 体被 推 向砂轮 磨粒 的一侧 ，从 而 导致工 件 的表
条 件 的加权 幂指 数 的形式 表示 的。经过 查 阅文献 资
便 分析 磨 削力 ，磨 削力 可 以分 为相互 垂 直 的三个 分
力 ，如 图ｌ 所示 ：即沿砂 轮切 向的切 向磨 削力 ，沿
料 ，有 关 内外 圆磨 削 的磨 削力 计算 公式 如下 ：
＝
砂 轮径 向的法 向磨 削力Ｆ 和沿 砂轮 轴 向的轴 向磨削 ｎ
精 密 制造 与 自动 化
２１ ０ ２年第 ３期
切 点跟踪 曲轴磨床磨 削力 的计算 公式分析术
汪学栋 房 小艳
上海 ２ ０ ９ ） ０ ０３ （ 海机 床 厂有 限公 司 上
摘
要 比较 了几种普通 内外圆磨削力的计算公式 ，选择 了合适 的计 算公式作 为研 究对象 ，根据切点跟踪磨削的
特点 ，修正了特征参数 ，对推导出切点跟踪 曲轴磨床磨削力 的计算公式进行 了分析 。曲轴切点跟踪磨削时磨削切 点位置是在不断地变化 ，采用常用的 内外 圆磨削力 公式 已不 能满足 实际应用 。研究表 明，通过修正参数 可以拓 宽
常 用 内、 外 圆 磨 削 力 公 式 的应 用 范 围 。在 进 行 定性 分析 时 ， 可 以 进 行 合 理 的 估 算 。 关键词 切 点 跟 踪 曲轴 磨 床 磨 削 力
致估 算 时还是 具有 很大 的作 用 。迄 今 为止 ，磨 削力
的公 式还 没有适 用 于各种 条件 下 的万 能公式 ，都 是
建立 在试 验测试 下 的经验 公 式 。
剂 与表 面 之 间的摩 擦作 用 。
磨 削 力是砂 轮 磨 削工件 时的综合 表 现 ，为 了方
１常 用 的几 种 磨削力 计算 公式 ） 实际 工程运 用 中 ，磨 削 力 的计 算 公式都 是磨 削
１工 件切 点线速 度 的修正 ）
切 点跟踪 磨削 示意 图如 图２ 示 ， 过 分析 可 以 所 通 看 出工 件上 的切 点运 动可 以分 解 为绕 ０点 的匀速 圆 周 运动 和绕 Ｏ”点 的变速 圆周运 动 ，修 正 的 即为
此 运动 的线 速度 。
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ｖ Ｖ一 Ｂ ｓ
２１ ０ ２年第 ３期 的其 它工 况参 数在 普通 外 圆磨 削和切 点跟 踪磨 削没 有 区别 ， 因此 应用 式 （） １ 进行 切 点跟踪 磨 削力 的计 算 只 需 对 砂 轮 及 工 件 上 的切 点线 速 度 和 进 行 修 Ｖ ｓ
正 即可 。
削 的情 况 ； 为切削 量 ， 工 件 每 一 转 的 磨 削 深 度 ， 即