4第四章磨削力.ppt

第四章第四章 磨削力与磨削振动磨削力与磨削振动第一节第一节 磨削力磨削力 •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Fn称为法向磨削力称为法向磨削力 Ft称为切向磨削力称为切向磨削力 Fa称为轴向磨削力称为轴向磨削力 F=Fn十十Ft十十Fa 1、来源、来源2、磨削力的分解、磨削力的分解图图3-2 各种磨削加工方式的三个磨削分力各种磨削加工方式的三个磨削分力a) 外圆磨削外圆磨削 b) 内圆磨削内圆磨削 c)卧式平面磨削卧式平面磨削 d)立式平面磨削立式平面磨削 一般，一般，Fn>Ft>Fa，，而法向磨削力与切而法向磨削力与切向磨削力的比值向磨削力的比值Fn/Ft，是加工中，是加工中一个重要数据，它一个重要数据，它可间接地说明砂轮可间接地说明砂轮工作表面磨粒的锋工作表面磨粒的锋利程度因为随着利程度因为随着磨粒的钝化，将引磨粒的钝化，将引起起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，噪系统振动增加，噪声加大，工件表面声加大，工件表面粗糙度上升和表面粗糙度上升和表面质量恶化等。

所以，质量恶化等所以，它也可作为砂轮耐它也可作为砂轮耐用度的判断依据之用度的判断依据之一一 三个分力的关系三个分力的关系ᆞᆞ砂轮速度砂轮速度v砂砂↑ →单位时间内参与切削的磨粒数量单位时间内参与切削的磨粒数量↑ →每个每个磨粒的切削厚度磨粒的切削厚度↓ →磨削力磨削力↓ᆞᆞ工件速度工件速度vω、、fa ↑ →单位时间内磨去的金属量单位时间内磨去的金属量↑ →每个磨每个磨粒的切削厚度粒的切削厚度↑→磨削力磨削力↑ᆞᆞ径向进给量径向进给量fr ↑ →每个磨粒的切削厚度每个磨粒的切削厚度↑、砂轮与工件的磨、砂轮与工件的磨削接触弧长削接触弧长↑ →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↑ᆞᆞ砂轮磨损砂轮磨损↑磨削力磨削力↑3、影响磨削力的因素、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、磨具修整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：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、供液压力5）机床工艺系统的刚性和机床的精度）机床工艺系统的刚性和机床的精度Ft=KtααVS-ββVwγγV Va aδδB Bεε 4 4、磨削力的实验式：、磨削力的实验式： Ft=KVs-ββV Vw wγγt tαα 5、比磨削能、比磨削能 磨除工件上单位体积的金属磨除工件上单位体积的金属所消耗的能量叫比磨削能所消耗的能量叫比磨削能U=W/V切屑的大小对比磨削能的影切屑的大小对比磨削能的影响被称之为响被称之为尺寸效应尺寸效应 比磨削能对于估计磨削力和功是一个很有用的量比磨削能对于估计磨削力和功是一个很有用的量 在在钢钢坯坯的的荒荒磨磨中中，，一一个个切切屑屑的的厚厚度度大大约约g=0.1mm，，其其U大大约约为为700kg.m/cm3，，若若以以500公公斤斤/小小时时（（1093cm3/min））的的速速率率切切除除金金属，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：（马力）（马力）=12750（（J/S）） 如果如果Vs=80m/s （Kg）若取若取Fn=3Ft倍，则倍，则Fn=636(kg)6、磨削力的测量、磨削力的测量 （（1 1））功功率率计计法法: :功功率率计计法法是是根根据据电电动动机机输输入入功功率率来来计计算算切切向向磨磨削削力力的的。

由由于于磨磨床床的的砂砂轮轮轴轴多多由由独独立立的的电电机机直直接接驱驱动动，，因因此此，，可可用用电功率表实测磨头电动机的功率电功率表实测磨头电动机的功率PE，然后按下式计算，然后按下式计算: 式中ηR--电动机传动效率； PE--磨头电动机实测输入功率(kW)； nS--砂轮转速(r/s)； DS--砂轮直径(mm)2）电阻应变测力法）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 第二节第二节 磨削中的振动磨削中的振动 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、砂轮的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、磨削中的振动形式一、磨削中的振动形式 1、自由振动、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，磨床砂轮架快速进退或工作台换向时引起的振动属于自由振动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、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、砂轮的不平衡等因素引起的振动素引起的振动 3、自激振动、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，颤振是由系统自身产生的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颤振的交变力 其中自由振动和强迫振动，只要找出振源，总是可以找到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，不会因为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，一旦振动产生便会有增无减有阻尼而衰减，一旦振动产生便会有增无减 二、稳态和动态切削过程二、稳态和动态切削过程三、磨削中的颤振三、磨削中的颤振 再生效应再生效应:不管是何种原因在工件上一转留有不管是何种原因在工件上一转留有波纹，若切削过程不稳定都一定会波纹，若切削过程不稳定都一定会反映到再次切削之中，并产生新的反映到再次切削之中，并产生新的振纹激起再生振动，这种现象称为振纹激起再生振动，这种现象称为再生效应再生效应 一般说来，使用刀具进行切一般说来，使用刀具进行切削加工，则后一次走刀与前削加工，则后一次走刀与前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这种情况在磨削中特别明显 重叠系数B——砂轮宽度砂轮宽度S——轴向进给量轴向进给量位移位移磨削力磨削力砂砂 轮轮再生效应再生效应砂砂 轮轮磨损特性磨损特性砂砂 轮轮接触刚性接触刚性磨床刚性磨床刚性工工 件件再生效应再生效应工工 件件可磨削性可磨削性某一切深某一切深u0磨削中的磨削中的自激振动原理自激振动原理 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，扰动则会使砂轮表面的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，使振动越来越激烈 四、磨削表面的颤振振纹四、磨削表面的颤振振纹1）螺旋型振纹）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这种振动可以是“强迫型强迫型”和和“半激振型半激振型”机械的其它部件机械的其它部件(如液压泵、不稳定回转体等如液压泵、不稳定回转体等)将振动输入到了工艺将振动输入到了工艺系统，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 2）直线型振纹）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当砂轮磨损或堵塞不均匀时，由于再生效应，在工件表面上同样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会出现直线型振纹 3 3）斑点型振纹）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。

这种扰动又会促使砂轮的再生振动引起局部振动造成的这种扰动又会促使砂轮的再生振动 五、减振措施五、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、动平衡并进行严格的静、动平衡2、增加机床刚性，增大阻尼、增加机床刚性，增大阻尼3、调整磨削用量降低工件速度和切入深度、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、增加清火花磨削行程以消除工件上已经存在的振纹。