平面磨削的磨削力数学模型研究_邵国友

磨削平面

湖南省娄底技师学院实习教学教案教师姓名：刘联盟

一、任务引入机器零件除了圆柱、圆锥表面外，还经常由各种平面图组成。例如V型铁的两侧面，如图1所示：钳工加工小型工件之前，有时需要用V型块侧面作靠山来划线。该侧面必须要有一定的表面粗糙度要求和平面度要求，如果表面粗糙度和平面度不符合要求，则会影响工件已加工表面质量和划线精度。所以，为了加工出合格的零件，须理解平面磨削的形式、特点；通过实践操作要掌握平面磨削的操作步骤、工件的装夹方法、平面精度的检验以及工件的常见缺陷形式。本次课题的任务是磨削加工矩形工件的二面，如图2 二、任务分析图2为垫铁工件，材料45钢，经淬火硬度40—45HRC，厚度10mm，需要磨削表面的平面图度为0.015mm,表面粗糙度为Ra0.8um。平面加工的方法比较多，常见的平面图铣削加工。对于淬硬材料用铣削方式加工不合适，是由于刀具材料的硬度比加工材料的硬度低；所以常用磨削的加工方法，而且经磨削

过的工件表面质量比铣削加工质量高。三、相关知识 1、平面磨削的形式圆周磨和端面磨 1）圆周磨：利用砂轮的圆周面进行磨削。工件与砂轮的接触面积小，发热少，排屑与冷却情况好，因此加工精度高，但生产率低，在单件小批生产中应用较广。 2）端面磨：利用砂轮的端面进行磨削。 1）砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。 2）但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工精度。

平面磨削常作为刨削或铣削后的精加工，特别是用于磨削淬硬工件，以及具有平行表面的零件（如滚动轴承环、活塞环等）。经磨削两平面间的尺寸公差等级可达IT6～IT5级，表面粗糙度R a值为 0.8～0.2μm。 2、平面磨床的磨削方法在平面磨床上磨削平面有圆周磨削(图1—14a，c)和端面磨削(图1—14b，d)两种形式。卧轴矩台或圆台平面磨床的磨削属圆周磨削，砂轮与工件的接触面积小，生产效率低，但磨削区散热、排屑条件好，因此磨削精度高。卧轴矩台平面磨床磨削平面的主要方法如下： 1）．横向磨削法(图1—16) 每当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴作一次横向进给，待工件表面上第一层金属磨去后，砂轮再按预选磨削深度作一次垂直进给，以后按上述过程逐层磨削，直至切除全部磨削余量。横向磨削法是最常用的磨削方法，适于磨削长而宽的平面，也适于相

超精密平面磨削的技术要求

超精密平面磨削的技术要求 1.1超精密平面磨削的技术指标精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。精密加工是指加工精度为1-1μm、表面粗糙度为Ra0.1-0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于 0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术，如表1所示。根据我国目前精密平面磨削的基础，结合国外超精密平面磨削的技术指标，提出以下超精密平面磨削机床的技术指标，并与已实现的技术指标作了比较。表1 超高精度平面磨床主要技术参数与目前三个精度级的对比单位mm 1.2超精密平面磨削的技术要求根据表1所示的超精密平面磨削的技术指标，我们可以提出超精密平面磨削机床的技术要求：机床的砂轮垂直进给能实现微量进给，机床具有足够的静、动态刚性，尤其是对机床的热变形及振动的控制较常规的机床要有质的提高。 2实现超精密平面磨削的方法与手段如上所述，为了实现这些技术要求来达到理想的技术指标，在机床的设计理念与机床的具体结构中，要求与传统的机床有较大的改进与提高，根据我们的经验及对国外精密加工技术资料收集与分析，结合平面磨削的机床结构、运动要求，可将整机分解为如下的主要单元技术：（1）机床布局型式；（2）新材料运用；（3）主轴精密回转技术；（4）微量进给技术；（5）运动导轨型式；（6）高精度温度控制技术。 2.1机床布局型式机床布局型式极为重要，是决定成败的关键，但是超精密磨削技术是由精密磨削发展而来，从国外已实现超精密平面磨削机床看，其结构型式多种多样，既有“磨头移动式”，也有“立柱移动式”或“十字拖板移动式”，无一例外，均未脱离传统的机床布局结构型式。从我们已掌握的高精度平面磨削技术基础上，认为机床结构采用“十字拖板移动式”适合于超高精度平面磨削机床的研制。因为该结构型式，具有机床结构布局对称性好，热稳定性好；主要运动部件重心低，运动平稳等优点。 2.2新材料运用超精密平面磨削对机床的热变形及振动控制要求较高。在机床基础结构件材料的运用上，应突破传统以灰铸铁为主的原则，采用一些新型材料，如：非金属材料——树脂混凝土，该材料的振动衰减性、耐热梯度、线胀系数等特性均大大优于金属材料。这在国外已被成熟运用，在国内也有运用的例子，如上海机床厂有限公司的数控凸轮轴磨的床身采用了人造大理石材料，取得了较好的效果。因而在超精密平面磨削机床的主要关键基础件，如床身、立柱、拖板等应采用人造大理石材料。 2.3主轴精密回转技术

常见的3种磨削方法介绍

常见的3种磨削方法介绍磨削过程就是砂轮表面上的磨粒对工件表面的切削、划沟和滑擦的综合作用过程。（一）外圆磨削外圆磨削可以在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行，也可在无心磨床上进行，通常作为半精车后的精加工。 1、纵磨法磨削时，工件作圆周进给运动，同时随工作台作纵向进给运动，使砂轮能磨出全部表面。每一纵向行程或往复行程结束后，砂轮作一次横向进给，把磨削余量逐渐磨去。可以磨削很长的表面，磨削质量好。特别在单件、小批生产以及精磨时，一般都采用纵磨法。 2、横磨法（切入磨法）采用横磨法，工件无纵向进给运动。采用一个比需要磨削的表面还要宽一些（或与磨削表面一样宽）的砂轮以很慢的送给速度向工件横向进给，直到磨掉全部加工余量。横磨法主要用于磨削长度较短的外圆表面以及两边都有台阶的 3、深磨法特点是全部磨削余量（直径上一般为0.2～0.6mm）在一次纵走刀中磨去。磨削时工件圆周进给速度和纵向送给速度都很慢，砂轮前端修整成阶梯形或锥形。深磨法的生产率约比纵磨法高一倍，能达到IT6级，表面粗糙度的Ra值在0.4～0.8之间。但修整砂轮较复杂，只适于大批、大量生产，磨削允许砂轮越出被加工面两端较大距离的工件。 4、无心外圆磨削法工件放在磨削砂轮和导轮之间，下方有一托板。磨削砂轮（也称为工作砂轮）旋转起切削作用，导轮是磨粒极细的橡胶结合剂砂轮。工件与导轮之间的摩擦力较大，从而使工件以接近于导轮的线速度回转。无心外圆磨削在无心外圆磨床上进行。无心外圆磨床生产率很高，但调整复杂；不能校正套类零件孔与外圆的同轴度误差；不能磨削具有较长轴向沟槽的零件，以防外圆产生较大的圆度误差。因此，无心外圆磨削多用于细长光轴、轴销和小套等零件的大批、大量生产轴径。（二）内圆磨削内圆磨削除了在普通内圆磨床或万能外圆磨床上进行外，对大型薄壁零件，还可采用无心内圆磨削；对重量大、形状不对称的零件，可采用行星式内圆磨削，此时工件外圆应先经过精加工。内圆磨削由于砂轮轴刚性差，一般都采用纵磨法。只有孔径较大，磨削长度较短的特殊情况下，内圆磨削才采用横磨法。与磨外圆磨削相比，内圆磨削有以下一些特点： (1)磨内圆时，受工件孔径的限制，只能采用较小直径的砂轮。内圆磨削砂轮需要经常修整和更换，同时也降低了生产率。 (2)砂轮线速度低，工件表面就磨不光，而且限制了进给量，使磨削生产率降低。 (3)内圆磨削时砂轮轴细而长，刚性很差，容易振动。因此只能采用很小的切入量，既降低了生产率，也使磨出孔的质量不高。 (4)内圆磨削砂轮与工件接触面积大，发热多，而切削液又很难直接浇注到磨削区域，故磨削温度高。

平面磨削工件表面波纹产生原因与预防.doc

平面磨削工件表面波纹产生原因与预防 2012-12-31 来源：作者：海军蚌埠士官学校机械系杨庆文 1 引言利用平面磨床加工各种零件的平面时，尺寸公差可达IT5 级-IT6 级，两平面平行度误差小于0.01mm，表面粗糙度一般可达Ra0.4~0.2，精密磨削可达Ra0.01~0.1。但是如果在磨削方法、砂轮、磨削用量的选择等方面出现失误，则加工质量将急剧下降，甚至出现废品。其中工件表面波纹的出现将大大影响工件表面粗糙度和美观程度，因此，在对工件进行平面磨削时如何预防和消除表面波纹，显得极为重要。 2 波纹类型及预防 2.1 等距的直线波纹平面磨削时工件表面如出现图1 所示等距离分布的直线波纹，表明存在着强迫振动，其振源主要来自砂轮或电动机的不平衡。因此，应检查并调整磨头电动机的转子与定子间隙是否均匀。修整砂轮时，金刚石应安装在工作台面上，而不宜装在砂轮架滑枕外端，见图2，由于这种装法砂轮修整时向前移出甚多，磨头因自重而倾斜变形，造成砂轮母线与磨头移动方向不平行，磨削时砂轮与工件接触不良。砂轮振动又会使修整器同时振动，而影响砂轮的修圆效果。因此砂轮修整器应放在工作台面上，且位于磨削工件的位置，这样可通过修整来减小砂轮不平衡量的不良影响。 2.2 单条波纹平面磨削时，如工件两边出现单条波纹或一边出现单条波纹（见图3），说明工作台换向时产生冲击，而使磨床的立柱摇晃。当工作台换向后，工件再次进入磨削，此时立柱正在晃动，因而工件的两边或一边出现单条波纹的缺陷。故应调整工作台换向撞块的位置，使之适当，调整工作台换向节流阀螺钉，减小工作台换向冲击。

2.3 菱形波纹磨削平面时如出现菱形波纹，说明砂轮与工件有振动（见图4）。由于砂轮每分钟转数与工作台每分钟行程次数之比，多数情况下不是整数，因此出现菱形波纹比出现等距分布的直形波纹的机会要多。故应提高磨头系统刚度，适当减小垂直进给量。 2.4 表面拉毛

第四节平面磨床的磨削方法

教师姓名授课形式讲授授课时数1授课日期年月日授课班级授课项目及任务名称第九章磨削第四节平面磨床的磨削方法教学目标知识目标掌握工件的装夹方法。掌握平面磨削的方法。技能目标学会平面磨削方法。教学重点磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法教学难点端磨和周磨的方法教学方法教学手段借助于多媒体课件和相关动画及视频，详细教授磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法基础知识。教师先通过PPT课件进行理论知识讲解，再利用相关动画和视频进行演示，让学生能够将理论知识转化成实践经验。同时学生根据所学内容，完成知识的积累，为以后的实践实训打下基础。学时安排1.工件装夹约10分钟； 2.平面磨削约35分钟；教学条件多媒体设备、多媒体课件。课外作业查阅、收集平面磨削的相关资料。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。教学后记

授课主要内容第四节平面磨床的磨削方法平面磨削是在铣、刨基础上精加工。经磨削后平面的尺寸精度可达公差等级IT6～IT5，表面粗糙度值达0.8～0.2μm. 一、工件的装夹方法平面磨床上工件的装夹，需要根据工件的形状、尺寸和材料等因素来决定。所有的钢、铸铁等磁性材料，且有两个平行平面的工件，一般都用电磁吸盘直接装夹。电磁吸盘体装有线圈，通入直流产生磁力，吸牢工件，对于非磁性材料或形状复杂的工件，应在电磁吸盘上安放一精密虎钳或简易夹具装夹，也可以直接在普通工作台上采用虎钳或简易夹具来安装。二、平面磨削方法平面磨削可分为端磨和周磨两种。 1.端磨端磨是在立轴平面磨床上利用砂轮的端面进行磨削。端磨平面时砂轮与零件的接触面积大，磨削力大，磨削热多，散热、冷却和排屑条件差，端磨精度比较差。但磨头悬伸长度短，可采用较大的磨削用量，生产效率较高，常用于大批量生产中代替铣削和刨削进行粗加工。 2.周磨周磨则是在卧轴平面磨床上利用砂轮的外圆面进行磨削。周磨时砂轮与零件的接触面积小，磨削力小，磨削热少，散热、冷却和排屑条件好，砂轮磨损均匀，所以能获得高的精度和低的表面粗糙度，常用于各种批量生产中对中、小型零件的精加工。任务小结回顾本次任务所学知识，强调本节课的重点与难点，本课主要讲解磨削工件装夹方法、端磨和周磨的方法等基础知识。

磨削过程残余应力

1 磨削表面残余应力的形成机理塑性凸出效应的影响磨削时，由于磨粒切刃具有大的负前角，变形区的塑性变形非常严重，在磨粒刃尖前方区域将形成复杂的应力状态。在磨粒切刃刚走过的表面部分上，沿表面方向出现塑性收缩、而在表面的垂直方向出现拉伸塑性变形——这就是塑性凸出效应，结果磨削表面出现残余拉应力。挤光作用的影响在切削加工过程中，刀具和工件之间会产生作用力。垂直于被加工表面的作用力和由此产生的摩擦力一起对被加工表面产生挤光作用。当刀刃不锋利或切削条件恶劣时，挤光作用的影响更为明显，挤光作用会使零件表面产生残余压应力。热应力的影响磨削时，磨削表面层在磨削热的作用下产生热膨胀，而此时基体温度较低，磨削表面层的热膨胀受到基体的限制而产生压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形所允许的温度时，表面层的温度下降至与基体温度一致时，表面层产生残余拉应力。磨削液冷却效应磨削过程中，由于磨削液的使用，磨削表面层在冷却过程中会产生一个降温梯度，它与热应力的影响刚好相反，它可减缓由热应力造成的表面残余拉应力。磨削过程中，除了上述影响残余应力的因素外，还有表面层的二次淬火及表层的回火现象。 2 磨削表面残余应力数学模型的建立通过上述分析可知，影响磨削表面残余应力的主要因素可归纳为：磨削力、磨削温度和磨削液的冷却性。力和温度是磨削过程中产生的两种磨削现象，直接对残余应力产生影响；而磨削液对残余应力的影响，一方面是通过表面的降温过程直接产生的，另一方面是通过对力和温度的影响间接产生的。本文试图通过对力和温度的试验数据，以及磨削表面二维残余应力

测试数据的数学处理，给出一种反映力、温度和磨削液的冷却性能与表面残余应力关系的数学模型。数学模型中应包括上述影响磨削表面残余应力的因素，即 σRT=σF+σR+σL 式中：σRT——磨削表面残余应力 σF——磨削力的影响 σR——磨削温度的影响 σL——磨削液冷却性能的影响 1) 磨削力与残余应力关系的数学模型首先依据图1所示的模型来分析残余应力与塑性变形之间的关系。图1a为自由状态下的两个弹簧，图1b为两个弹簧被放入刚性板之间的状态。根据平衡条件可得出 N=k1k2(l1-l2)/(k1+k2) 式中：N——两个弹簧被放入刚性板后弹簧的内力 l1、l2——两个弹簧在自由状态下的长度 k1、k2——两个弹簧的弹性系数 l1-l2可看作是本文意义上的塑性变形。从上式中可得出，内力与塑性变形呈正比，即残余应力与塑性变形呈正比。图1 残余应力与塑性变形关系模型图2为应力σ与应变ε关系的简化模型。从图中可知 εB=(σB-σS)/E1+εSε＇A=εB/E

平面磨床技能鉴定理论试题含答案

一、选择题： 1.砂轮圆周转速很高，外圆磨削和平面磨削时其转速一般在（C）M/S左右。 A.10~15 B.20~25 C.30~35 D.40~45 2.砂轮静平衡时，若砂轮来回摆动不停，此时砂轮的不平衡量必在（C） A.上方 B.中间 C.下方 D.已经平衡 3.平面磨削中，当砂轮与工件有相对振动时，会出现（C）花纹。 A.直线 B.螺旋 C.菱 D.无花纹 4.平面磨削时，砂轮表面与工件之间有沙粒及脏物，最容易使工件表面（C） A.烧伤 B.成直线刮迹 C.拉毛、划伤 D.弄脏工件 5.磨削薄片工件时应采取（C）的工作台众向速度。???? ?A、较小????B、中等??????C、较大 D、均可二、填空题： 1.平面磨床工作台的（两端或四周）应设防护栏板，以防被磨工件飞出。 2.砂轮结构的三要素是指：（磨粒）、（结合剂）、和（网状间隙）。 3. 切削液有以下四个作用：（冷却）、（润滑）、（清洗）、（防锈）。 4. 不平衡的砂轮高速旋转时会产生（离心）力，会引起机床（振动）、加速轴承（磨

损），严重的甚至造成（爆裂）。 5. 更换砂轮时，要按照安全操作规程进行。必须仔细检查砂轮的粒度和线速度是否符合要求，（表面无裂缝）、（声响要清脆）。 6. 作人员实施点检过程中依据“三好”、“四会”展开自主维护，其中“三好”指的是：（管好、用好、修好）、“四会”指的是（会使用、会保养、会检查、会排除故障）三、判断题： 1.在平面磨削时，一般可采用提高工作台纵向进给速度的方法来改善散热条件，提高生产效率。（√） 2.平面磨削时，应采用硬度低、颗粒粗、组织疏松的砂轮。（X） 3.用横向磨削法磨削平面时，磨削宽度应等于横向进给量。（√） 4.发现有人触电，用手拉触电者，使其脱离电源。（X） 5.新砂轮可以直接上机使用。（X） 6.砂轮的硬度与磨料的硬度是一致的。（X） 7.砂轮粒度号越大，表示磨料的颗粒越大。（√） 8.磨削时，在砂轮与工件上作用的磨削力是不相等的。（X） 9.发现有人触电，用手拉触电者，使其脱离电源。（X）

磨削力及磨削

§14—4 磨削力及磨削功率 14-1砂轮的特性和砂轮选择 14-2磨削加工类型和磨削运动 14-3磨削加工表面形成机理和磨削要素 14-4磨削力及磨削功率一、磨削力的特征二、磨削力及磨削功率三、磨削力的测试方法 14-5磨削温度 14-6砂轮的磨损及砂轮表面形貌 14-7磨削表面质量与磨削精度 14-8几种高效和小粗糙度的磨削方法一、磨削力的特征尽管砂轮单个磨粒切除的材料很少，但因砂轮表层有大量的磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力仍相当大。同其他切削加工一样，总磨削力可分解为三个分力：Fc—主磨削力(切向磨削力)；Fp—切深抗力(径向磨削力)；Ff——进给抗力(轴向磨削力)。几种不同类型磨削加工的三向分力示如图14—15。磨削力的主要特征有以下三点： (1)单位磨削力kc值很大：由于磨粒几何形状的随机性和几何参数不合理，磨削时的单位磨削力kc值很大；根据不同的磨削用量，kc值约在7—20KN／mm2之间，而其他切削加工的单位切削力kc值均在7KN/mm2以下。 (2)三向分力中切深为Fp值最大：原因同上。在正常磨削条件下，Fp／Fc的比值约为2.0—2.5，而且工件材料的塑性越小，硬度越大时，Fp/Fc的比值越大(见表14—7)。在磨削深度(切深)很小和砂轮严重磨损致使磨粒刃区圆弧半径增大时，Fp/Fc的比值可能加大到5—10。 (3)磨削力随不同的磨削阶段而变化：由于Fp较大，使机床、工件和夹具产生弹性变形。在开始的几次进给中，实际径向进给量frac远远小于名义径向进给量frap，即frac＜frap。随着进给次数的增加，工艺系统的变形抗力也逐渐增大，这时实际的径向进给也逐渐增大，直至变形抗力增大到等于名义的径向磨削力Fpap时，实际径向进给量才会等于名义值。这一过程可用图14—16中的0A一段曲线来表示，称为初磨阶段。在初磨阶段中，frac＜frap。若机床、工件和夹具的刚度越低，则此阶段越长。此后，当frac＝frap时，即进入稳定阶段AB。当余量即将磨完时，就可停止进给进行光磨，以提高表面质量，图中BC一段称为光磨阶段。由上述可知，要提高生产率，就必须缩短韧磨阶段及稳定阶段的时间，即在保证质量的前提下，可适当增加径向进给fr；要提高已加工表面质量，则必须保持适当的光磨进给次数。

平面磨床磨削砂轮的选择

平面磨床磨削砂轮的选择砂轮磨具是磨削加工不可缺少的一种工具，砂轮选择合适与否，是影响磨削质量，磨削成本的重要条件。本公司生产一系列的平面磨床，需配置不同的砂轮来适应各种工件的平面加工。为方便用户及本公司设计、工艺人员选择，本文针对平面磨床磨削砂轮的选择，常用不同工件材料的砂轮选择进行汇总，以供大家使用参考（见附表）。砂轮的种类很多，并有各种形状和尺寸，由于砂轮的磨料、结合剂材料以及砂轮的制造工艺不同，各种砂轮就具有不同的工作性能。每一种砂轮根据其本身的特性，都有一定的适用范围。因此，磨削加工时，必须根据具体情况（如所磨工件的材料性质、热处理方法、工件形状、尺寸及加工形式和技术要求等），选用合适的砂轮。否则会因砂轮选择不当而直接影响加工精度、表面粗糙度及生产效率。下面列出砂轮选择的基本原则以供参考。一、普通砂轮的选择 1. 磨料的选择磨料选择主要取决于工件材料及热处理方法。 a. 磨抗张强度高的材料时，选用韧性大的磨料。 b. 磨硬度低，延伸率大的材料时，选用较脆的磨料。 c. 磨硬度高的材料时，选用硬度更高的磨料。 d. 选用不易被加工材料发生化学反应的磨料。最常用的磨料是棕刚玉（A）和白刚玉（WA），其次是黑碳化硅（C）和绿碳化硅（GC），其余常用的还有铬刚玉（PA）、单晶刚玉（SA）、微晶刚玉（MA）、锆刚玉（ZA）。棕刚玉砂轮：棕刚玉的硬度高，韧性大，适宜磨削抗拉强度较高的金属，如碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等，这种磨料的磨削性能好，适应性广，常用于切除较大余量的粗磨，价格便宜，可以广泛使用。白刚玉砂轮：白刚玉的硬度略高于棕刚玉，韧性则比棕刚玉低，在磨削时，磨粒容易碎裂，因此，磨削热量小，适宜制造精磨淬火钢、高碳钢、高速钢以及磨削薄壁零件用的砂轮，成本比棕刚玉高。黑碳化硅砂轮：黑碳化硅性脆而锋利，硬度比白刚玉高，适于磨削机械强度较低的材料，如铸铁、黄铜、铝和耐火材料等。绿碳化硅砂轮：绿碳化硅硬度脆性较黑碳化硅高，磨粒锋利，导热性好，适合于磨削硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬脆材料。铬刚玉砂轮：适于磨削刀具，量具、仪表，螺纹等表面加工质量要求高的工件。单晶刚玉砂轮：适于磨削不锈钢、高钒高速钢等韧性大、硬度高的材料及易变形烧伤的工件。微晶刚玉砂轮：适于磨削不锈钢、轴承钢和特种球墨铸铁等，用于成型磨，切入磨，镜面磨削。

55钢平面磨削中未变形磨屑厚度及单位磨削力的研究_王君明

55钢平面磨削中未变形磨屑厚度及单位磨削力的研究王君明汤漾平宾鸿赞冯清秀熊正鹏华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,武汉,430074 摘要:从简化磨粒形状入手,用解析法对未变形磨屑平均厚度模型进行了修正;通过日本某公司生产的超景深三维显微系统V HX -600测量了磨粒间距,并根据55钢的平面磨削实验,采用非线性回归法推导出了基于未变形磨屑平均厚度的单位磨削力和切向磨削力的经验公式。关键词:平面磨削;未变形磨屑厚度;磨粒间距;单位磨削力中图分类号:T G580.13 文章编号:1004—132X (2009)10—1176—04R esearch on U ndeformed Chip Thickness and U nit G rinding Force during Surface G rinding of 55Steel Wang J unming Tang Yangping Bin Hongzan Feng Qingxiu Xiong Zhengpeng State Key Laboratory of Digital Manufact uring Equip ment and Technology , Huazhong U niversity of Science &Technology ,Wuhan ,430074 Abstract :Simplifying t he geomet ric shape of abrasive grains ,t he paper modified t he mat hematic models of t he undeformed chip t hickness by analytic met hod.The inter -grain spacing was measured wit h Keyence V HX -600digital microscope produced in J apan.According to t he grinding experiment s of steel 55,t he experienced equatio ns of tangential grinding force and unit grinding force were built up based on undeformed chip t hickness by nonlinear regression analysis. K ey w ords :surface grinding ;undeformed chip t hickness ;inter -grain spacing ;unit grinding force 收稿日期:2008—07—07 0　引言未变形磨屑厚度对磨削力有重要的影响,它不仅影响作用在磨粒上力的大小,同时也影响磨削比能的大小以及磨削区的温度,从而造成对砂轮的磨损以及对加工表面完整性的影响。未变形的磨屑厚度取决于连续磨削微刃间距和磨削条件等参数,是磨削状态和砂轮表面几何形状的一个非常复杂的函数。 Malkin [1]在分析磨粒路径时提出了未变形磨屑厚度的概念;Opitz 等根据磨屑体积不变的原则,采取计算未变形磨屑厚度平均断面积的办法,导出了平均未变形磨屑厚度的计算公式[2];T nshoff 等[3]在建立磨削过程模型时,研究了大量的磨屑形状,并在分析接触区中的每颗磨粒的三维和二维形态后,进一步研究了未变形磨屑厚度的模型;Hecker 等[4] 则认为磨削接触区的变形会增加与工件接触的磨削切削刃的数目,因此通过动态切削刃的分布密度并结合工件的材料性能,对未变形磨屑厚度进行了研究。以上未变形磨屑厚度的研究分析中,仅考虑了一个磨粒的工作情况。实际上,在磨削过程中, 每一瞬时都有许多磨粒在同时工作,而每颗磨粒在任意时刻的切除位置各自不同,其未变形磨屑厚度将随时间不断的变化。考虑这一实际情况,本文对未变形磨屑厚度计算公式进行了修正,并通过对55钢的平面磨削实验数据的分析,建立了未变形磨屑厚度和单位磨削力的关系式。 1　未变形磨屑平均厚度的计算在进行磨削分析时,为了计算方便,通常将磨粒进行简化,如Badger 等[5]将磨粒简化为棱形,Shaw [6]和G ong 等[7]将磨粒简化为球形,而更多的则是将磨粒简化为圆锥形[8Ο10]。由于磨粒的尺寸非常小,这些简化模型的计算结果差异并不大[3]。本文将磨粒的形状简化为具有一定顶角的圆锥,圆锥的顶角为2 θ,并设磨粒在砂轮表面上均匀分布,磨粒间距为λg ,且磨粒的表面突出高度相同。图1是平面磨削示意图。其中,砂轮转速为ω,工件进给速度为v w ,砂轮半径为R (砂轮直径 d s =2R ),a p 为磨削深度,相邻磨粒间的夹角 βg =2λg /d s , α为磨粒从切入到切出的转角,根据? 6711?

砂轮磨削力计算

磨削力、磨削功率及磨削温度一、磨削力和磨削功率（一）磨削力的主要特征及计算砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大。为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力 F x (轴向磨削力)、F y (径向磨削力)、F z (切向磨削力)，如图4-4所示，和切削力相比，磨削力有如下特征： 1.径向磨削力 F y 最大。这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的实际接触面积，从而使 F y 增大。通常 F y =（1.6～3.2）F z 。 2.轴向磨削力 F x 很小，一般可以不必考虑。 3.磨削力随不同的磨削阶段而变化。在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。磨削力的计算公式如下：（4-5）（4-6）

式中 F z ， F y ——分别为切向和径向磨削力（N ）； v w ，v ——分别为工件和砂轮的速度（m/s ）； f r ——径向进给量（mm ）； B ——磨削宽度（mm ）； α ——假设磨粒为圆锥时的锥顶半角； C F ——切除单位体积的切屑所需的能（KJ/mm 2 ）； μ ——工件和砂轮间的摩擦系数。磨削过程很复杂，影响磨削力的因素也很多，上述理论公式的精确度不高。目前一般采用实验方法来测定磨削力的大小。（二）磨削功率的计算磨削时，由于砂轮速度很高，功率消耗很大。主运动所消耗的功率定义为磨削功率。其计算公式如下：(kW) （4-7 ）式中 F z ——砂轮的切向力（N ）； v——砂轮的线速度（mm/s ）。二、磨削温度由于磨削的线速度很高，功率消耗较大，所以磨削温度很高。这样高的温度会直接影响工件的精度及表面质量。因此，控制磨削温度是提高工件表面质量和保证加工精度的重要途径。（二）磨削温度对工件表面质量的影响磨削工件的表面质量主要表现在表面粗糙度、表面烧伤、表面残余应力和裂纹几个方面，这里重点讨论磨削烧伤问题。 1 ．磨削烧伤的产生和实质磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，大多数磨粒的副前角切削以及高的磨削速度，使得工件表面层有很高的温度。因此对已淬火的钢件往往会使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度下降，严重的影响了零件的使用性能，同时表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。所以磨削烧伤的实质是材料表面层的金相组织发生变化。图4-6 所示为淬火高速钢磨削后表面层硬度的变化情况。由此可以看出，磨削烧伤会破坏工件表面层组织，严重的会出现裂纹，从而影响工件的耐磨性和使用寿命。

第一章磨削加工的基本知识

第一章磨削加工的基本知识培训学习目标 1.磨削用量包括那几个基本参数？如何计算砂轮圆周速度、工件圆周速度？ 2.试述切削液的作用、种类及特点。 3.砂轮由哪三要素构成？ 4.如何选择砂轮硬度？ 5.如何选择砂轮粒度？ 6.引起砂轮不平衡的原因是什么？试述平衡砂轮的目的和方法。一、磨床的基本知识 1.磨床工作在制造业中的地位磨削是一种比较精密的金属加工方法，经过磨削的零件有很高的精度和很小的表面粗糙度值。目前用高精度外圆磨床磨削的外圆表面，其圆度公差可达到0.001mm左右，相当于一个人头发丝粗细的1/70或更小；其表面粗糙度值达到Ra0.025um，表面光滑似镜。在现代制造业中，磨削技术占有重要的地位。一个国家的磨削水平，在一定程度上反映了该国的机械制造工艺水平。随着机械产品质量的不断提高，磨削工艺也不断发展和完善。 2. 普通磨床简介以常用的万能外圆磨床为例，磨床主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架和内圆磨具等部件组成。见图1。磨床还包括液压系统。

（1）床身：磨床的支承。（2）头架：安装与夹持工件，带动工件旋转，可在水平面内逆时针转90°；（3）内圆磨具：支承磨内孔的砂轮主轴。（4）砂轮架：支承并传动砂轮主轴旋转，可在水平面±30°范围内转动；（5）尾坐：与头架一起支承工件；（6）滑鞍与横进给机构：通过进给机构带动滑鞍上的砂轮架实现横向进给；（7）横向进给手轮（8）工作台：a.上工作台：上面装有头架与尾坐；b.下工作台：上工作台可绕下工作台在水平面转±10°角度。 3.磨床的型号磨床的种类很多，按GB/T15375-1994磨床的类、组、系划分表，将我国的磨床品种分为三个分类。一般磨床为第一类，用字母M表示，读作“磨”。超精加工机床、抛光机床、砂带抛光机为第二类，用2M表示。轴承套圈、滚球、叶片磨床为第三类，用3M表示。齿轮

磨削机理

问题：有摩擦力，磨粒顶端有磨损平面的磨削力解析公式为了便于分析计算磨削力可以分为三个互相垂直的分力，即沿砂轮切向的切向摩擦力F t 、沿砂轮径向的法向摩擦力F n 、以及沿砂轮轴向的轴向摩擦力F a ，设磨粒的切削深度为α切入工件表面。切削力x dF 垂直作用于磨粒锥面上，其分布范围如图1c 中虚线范围所示，由图1a 可以看出，x dF 分解为法向推力nx dF 和侧向推力tx dF 。两侧的椎力tx dF 相互抵消，而法向推力则叠加起来使整个磨粒所受的法向力明显增大。根据图1，作用在x x -截面内作用磨粒上的切削力x dF 可按下式求得： Ψd F dF s p x cos cos γ= （1-1）式中 p F ——单位磨削力（N/mm 2 ）； s d ——砂轮直径（mm ）； γ——磨粒半顶锥角； ψ——切削力方向与x 方向的夹角设图中磨粒为具有一定锥角的圆锥，中心线指向砂轮的半径，且圆锥母线长度为ρ，则接触面积： ψ=d d A γρsin 2 12 （1-2）把式（1-2）带入式（1-1）得： ψψ= d F x dF p cos cos sin 212γγρ （1-3）图1：磨粒上的作用力因为： ψ=cos cos γx t dF dF （1-4）

γsin x n dF dF = （1-5）将式（1-3）分别带入式（1-4）和式（1-5）得： ψψ=d dF t cos cos sin 2 122γγρ （1-6） ψψ=d F dF p n cos cos sin 2 122γγρ （1-7）对其进行积分求得磨削力的近似公式为： γπαsin 4 2 h F F p t = (1-8) γγπαtan sin 42 h F F p n = (1-9) 又因为： 2m h h =α （1-10）切削力σs p Bl F ≈=B s ad σ （1-11）把式（1-10）和式（1-11）带入式（1-9）即可得切削力的近似公式为： γσπsin 162 m s t h ad B F = γγσπtan sin 1622 m s n h ad B F =

第四章：磨削.pdf

第4章磨削磨削是以砂轮或其它磨具对工件进行精加工和超精加工的切削加工方法。在磨床上采用各种类型的磨具为工具，可以完成内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨和成形面等各种表面的精加工。它除能磨削普通材料外，尤其适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、硬质合金和各种宝石等。磨削加工精度可达IT6～IT4，表面粗糙度Ra 可达1.25—0.01μm，甚至可达0.008μm。磨削主要用于零件的精加工，目前也可以用于零件的粗加工甚至毛坯的去皮加工，可获得很高生产率。除了用各种类型的砂轮进行磨削加工外，还可采用做成条状、块状(刚性的)、带状(柔性的)磨具或用松散的磨料进行磨削。加工方法主要有珩磨、砂带磨、研磨和抛光等。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻划和滑擦三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需对砂轮进行修整。 4.1 砂轮 4.1.1 砂轮的特性与选择砂轮是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔，用磨粒进行切削的磨削工具。决定砂轮特性的五个要素分别是：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。 1.磨料普通砂轮所用的磨料主要有刚玉、碳化硅和超硬磨料三类，按照其纯度和添加的元素不同，每一类又可分为不同的品种。表4-1列出了常用磨料的名称、代号、主要性能和用途。表4-1 常用的磨料的性能及适用范围 2.粒度粒度是指砂轮中磨粒尺寸的大小。粒度有两种表示方法：（1）用筛选法区分的较大磨粒，主要用来制造砂轮，粒度号以筛网上每英寸长度的筛孔数来表示。例如，60号粒度表示磨粒能通过每英寸（25.4mm）长度上有60个孔眼的筛网。粒度号为4～240，粒度号越大，颗粒尺寸越小。 (2)用显微镜测量尺寸区分的磨粒称微粉，主要用于研磨，以其最大尺寸前加W表示。微粉的粒度以该颗粒最大尺寸的微米数表示。如尺寸为20μm的微粉，其粒度号为W20。粒度号越小，则微粉的颗粒越细。粗磨使用颗粒较粗的磨粒，精磨使用颗粒较细的磨粒。当工件材料软，塑性大或磨削接触面积大时，为避免砂轮堵塞或发热过多而引起工件表面烧伤，也常采用较粗的磨粒。常用

实验—平面磨削温度的测定

实验3-1 平面磨削温度的测定 ● 实验目的通过实验加深理解磨削过程中的热效应，并初步掌握平面磨削过程中磨削区温度的测定。 ● 实验装置 1．设备与工具平面磨床、砂轮（GB60 KV6P 300×30×75） 2．量具人工热电偶 3．仪器函数记录仪或光线记录示波器、加热器、测温计 ● 实验原理（1）基本概念对于磨削温度有三个不同的概念，磨削点温度、磨削区温度、磨削表面温度。 1）磨削点温度是指单个磨粒切刃与被磨金属相干涉点的温度，一般达1000℃~1600℃范围内。 2）磨削区温度是指砂轮与被磨工件之间的接触区域内的平均温度，一般在200~800℃范围内。 3）工件表面温度是指工件内部温度场靠近磨削区部位的温度，一般在几十度左右。

详细内容见3.6节“磨削温度”部分。本实验只测定平面磨削过程中磨削区温度。（2）热电偶测量法利用热电偶原理测量磨削温度的试件有夹式和顶式两种。本实验采用夹式的镍铬-镍铝双面槽人工热电偶测温试件，如图3E1-2所示。两试件本体间开双面槽，一槽夹入套有玻璃管的镍铬丝，另一槽夹入套有玻璃管的镍铝丝，保证热电偶丝与本体间有可靠绝缘，开合联结方式均采用环氧树脂粘结。测温试件在切削过程中，由于切削过程中的塑性变形及高的切削温度的作用，试件本体与热电偶丝在顶部相互搭接或焊在一起形成热电偶接点，形成人工热电偶。（3）人工热电偶的标定温度标定指的是确定人工热电偶的热特性。温度标定的方法如图3E1-3所示，将开关1断开、开关2闭合，则此时不进行实际磨削，而是通过加热器加热来模拟磨削时所产生的热电势；在加热器开始加热后，用测温仪测温，由函数记录仪或光线记录示波器记录其幅值h，得到温度T℃与记录仪幅值h之间关系。（4）磨削温度测量的人工热电偶法测量原理如图3E1-1所示。把由试件与镍铬-镍铝人工热电偶组成的测温传感器装在夹具上，一起吸在平面磨床的吸盘工作台上；电偶丝由导线连通函数记录仪或示波器等显示记录装置。在磨削过程中靠磨削力及高的磨削热将镍铬丝、镍铝丝压焊在试件上形成人工热电偶。其产生的热电势信号通过导线传给函数记录仪或示波器记录下来。（1）对人工热电偶进行标定温度标定指的是确定人工热电偶的热特性。温度标定的方法如图3E1-3所示，具体步骤如下：

解决平面磨削产生的磨削裂纹现象方法

解决平面磨削产生的磨削裂纹现象方法平面磨削产生的磨削裂纹(黑色碎点)，并不是突然裂天形成的，而是零星地出现于工件表面。虽说磨削裂纹，但新手还是难以辨别的。用特殊药品处理的磨削液裂纹并不深，一般深度只有0.05~0.25mm. 磨削裂纹产生的原因可能有以下几种：工件有表层内应力超过了断裂的极限，即工件因为以前加工磨削或热处理而在表层部分残留有机械应力和热应力。由于磨削时磨掉了这部分刚刚好能保持平衡的应力，导致其残余应力超过了工件的强度，由些便产生了磨削裂纹。在所有原因中，“由磨削产生裂纹”是问题的关键所在。最大的问题就是磨削热产生的应力。因为磨削热，工件表面的局部温度迅速上升，这个部分会进行回火或者其他热处理。由于内部结构的变化和表面的收缩，而在拉应力的作用下产生了裂纹。 1、砂轮的进给量和残余应力之间关系的例子。 ①拉应力随着砂轮的进给力量的增加会逐渐变大，慢慢接近工件材料的抗拉强度。一旦超过工件材料的抗拉强度时便会产生裂纹。 ②压应力不会变化太大，因为刻度和实验条件的不同所以无法进行比较，但是几乎不变的是背吃刀量为0.05mm的时候，残留的拉应力最大，即使切得再深残留拉应力也不会大太大了。一般认为这是磨粒落的缘故。 2、通过改变砂轮的进给量，测量磨削后残余应力的一个例子。

①砂轮的进给量越大，残余应力存在的深度越深。 ②表面的残余应力作为拉应力在作用磨削方向的同时，还可以以压力的形式作用于磨削方向的垂直方向，而且向内部越深，应力便会急剧减少。 ③作用于沿磨削方向和垂直方向时，先变成压应力而后突然变成与磨削方向一致的拉应力。当达到最大值时逐渐减少，最终成为微小的压应力。砂轮的硬度和残留拉就力的关系，硬度在G、H、I、J之间，硬度越高，残留的残余应力也就越大。砂轮的速度(圆周速度)对残余应力的影响。转速(圆周速度)一旦超过去1500m/min,残余应力就会急剧加大。此外，因为工件的材料不同也有易发生磨削裂纹和不易发生磨削裂纹的差别。

平面磨床液压统设计说明书

1 引言磨床工作台的运动是一种连续往复直线运动，它对调速、运动平稳性、换向精度、换向频率都有较高的要求，因广泛采用液压传动。磨床是一种精密加工机床，对液压系统有着较高的要求。磨床中的平面磨床为精加工机床，磨削力及变化量不大，工作台往复速度较高，调速范围较广，要求换向灵敏迅速，冲击小，但对换向精度要求不高。液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%~20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件——液压泵；执行元件——液压缸和液压马达；控制元件——各种液压阀；辅助元件——油箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。 1.1 液压系统的发展历史液压传动理论和液压技术发展的历史可追溯17世纪，当时的荷兰人史蒂文斯（Strvinus）研究指出，液体静压力随液体的深度变化，与容器的形状无关。之后托里塞勒(Torricelli)也对流体的运动进行研究。17世纪末，牛顿对液体的粘度以及浸入运动流动体中的物体所受的阻力进行了研究。18世纪中叶，伯努利提出的流束传递能量理论及帕斯卡提出的静压传递原理，使液压理论有了关键性的进展。1795年英国伦敦的约瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 1749~1814)创造了世界上第一台水压机——棉花、羊毛液压打包机。1905年，詹尼（Janney）设计了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于1906年成功地应用在弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中。1936年，哈里.威克斯（Harry Vikers）提出了包括先