第3章 切削与磨削原理

机械制造中的磨削工艺工作原理磨削工艺是机械制造领域中常用的一种加工方法，通过磨削可以改善工件表面的粗糙度和形状精度，提高工件的质量和表面光洁度。

磨削工艺的工作原理涉及到磨削机床、磨削磨具和工件之间的相互作用，下面将从这三个方面进行详细阐述。

1. 磨削机床磨削机床是磨削工艺中的重要设备，它提供了对磨削磨具和工件进行相对运动的基础。

磨削机床一般由主要部件和辅助部件组成，主要部件包括主轴、磨削头、工作台等。

主轴通过驱动磨削头产生旋转运动，磨削头带动磨削磨具对工件表面进行磨削。

2. 磨削磨具磨削磨具是磨削工艺中实际进行磨削的工具，它包括磨削粒子和磨具基体。

磨削粒子的选择和排列方式直接决定了磨削的效果。

常用的磨削粒子有氧化铝、碳化硅等，它们具有硬度高、耐磨性好等特点。

磨具基体起到支撑和固定磨削粒子的作用，常用的磨具基体有陶瓷、金属、树脂等材料制成。

在磨削工艺中，磨具与工件之间的相互作用是通过磨削粒子与工件表面的接触来实现的。

磨削粒子在磨削过程中对工件表面产生一定的切削力，切削力的大小与磨削粒子的硬度、粒度、磨削速度等因素相关。

磨削粒子与工件表面的接触越大，切削力越大，磨削效果越好。

3. 工作原理磨削工艺的工作原理可以概括为磨削磨具与工件表面的相互研磨作用。

当磨削工艺开始时，磨削磨具接触到工件表面，磨削粒子通过切削力对工件表面进行破坏和剥离，同时产生磨渣和切削热。

磨渣被磨削磨具和工作台带走，切削热则通过磨削磨具和冷却液排出。

磨削工艺的工作原理中还存在磨削力和磨削温度的问题。

在磨削过程中，磨削力对工件表面产生一定的切削和热变形，而磨削温度则会影响磨削粒子与工件表面的接触。

过高的磨削力和磨削温度会导致工件表面的质量下降和工具的损坏。

为了提高磨削工艺的效果，需要采取适当的磨削参数和技术手段。

磨削参数包括磨削速度、进给量等，它们的选择需要考虑到工件材料、磨削粒度和切削力等因素。

技术手段包括冷却液的使用、磨削液的选用等，它们可以有效降低磨削温度和防止损伤。

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。

磨削原理讨论磨具与工件在磨削加工过程中的各种物理现象及其内在联系的一门学科。

磨削原理的讨论内容重要包括磨屑形成过程、磨削力和磨削功率、磨削热和磨削温度、磨削精度和表面质量、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本质，并据以改进或制造磨削方法。

磨削原理的讨论始于1886年，美国的C.H.诺顿和C.艾伦合作讨论砂轮和磨削过程，20年之后订立出正确选择砂轮类别和砂轮速度的原则；同时发觉为了提高磨削效率和精度，必需对砂轮进行平衡，并在磨削过程中正确地修整砂轮（见砂轮修整）和使用切削液。

1914～1915年，英国的J.格斯特和美国的G.奥尔登对磨削用量、磨屑大小和选择砂轮等问题又作了进一步的讨论。

此后，磨削原理的讨论不断深入。

在磨屑形成方面，德国的K.克鲁格对砂轮上磨粒与工件的接触弧长和影响单颗磨粒的切深的因素进行了几何计算和讨论在1925年提出了讨论报告。

德国的M.库莱恩和G.施勒辛格尔以及日本的关口八重吉等人对磨削力作了讨论，在20时代末至30时代先后提出了磨削过程中影响磨削力的诸因素，并使磨削力的测量技术不断进展。

从30时代起，随着测量磨削表面温度试验技术的进展推动了有关磨削热的理论讨论。

对于砂轮磨削性能的理论讨论导致一系列新型高速砂轮的显现进展了砂带磨削。

由于金刚石和立方氮化硼磨料的应用，磨削原理又得到新的进展。

70时代以来，应用扫描电子显微镜对磨削的微观过程和超精密磨削的机理作了深入的分析。

磨屑形成过程磨粒在磨具上排列的间距和高处与低处都是随机分布的，磨粒是一个多面体，其每个棱角都可看作是一个切削刃，顶尖角大致为90～120，尖端是半径为几微米至几十微米的圆弧。

经精细修整的磨具其磨粒表面会形成一些微小的切削刃，称为微刃。

磨粒在磨削时有较大的负前角（见刀具），其平均值为—60左右。

磨粒的切削过程可分3个阶段。

①滑擦阶段：磨粒开始挤入工件，滑擦而过，工件表面产生弹性变形而无切屑。

②耕犁阶段：磨粒挤入深度加大，工件产生塑性变形，耕犁成沟槽，磨粒两侧和前端堆高隆起；③切削阶段：切入深度连续增大，温度达到或超过工件材料的临界温度，工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑。

机械制造技术基础部分复习题第二章:机械制造过程基础知识2.1单项选择题（将题下所列答案中正确的答案填在括号内）： 1.在外圆磨床上磨削工件外圆表面，其主运动是（）。

① 砂轮的回转运动；② 工件的回转运动；③ 砂轮的直线运动；④ 工件的直线运动。

2.在立式钻床上钻孔，其主运动和进给运动（）。

① 均由工件来完成；② 均由刀具来完成；③ 分别由工件和刀具来完成；④ 分别由刀具和工件来完成。

2.2多项选择1.实现切削加工的基本运动是（）。

①主运动；② 进给运动；③ 调整运动；④ 分度运动。

2.主运动和进给运动可以（）来完成。

① 单独由工件；② 单独由刀具；③ 分别由工件和刀具；④ 分别由刀具和工件。

2.3判断题（下列说法中，正确的记为“Ｔ”；错误的记为“Ｆ”）（）1.在加工工序中用作工件定位的基准称为工序基准。

（）2. 直接找正装夹可以获得较高的找正精度。

2.4问答题1切削加工由哪些运动组成？各成形运动的功用是什么？ 2.试说明MG1432和CK6132机床型号的含义。

2.5实作题1.试分析习图1.1所示各零件加工所必须限制的自由度。

图a）在球上打盲孔φB，保证尺寸H；图b）在套筒零件上加工φB孔，要求与φD孔垂直相交，且保证尺寸L；图c）在轴上铣横槽，保证槽宽B以及尺寸H和L；图d）在支座零件上铣槽，保证槽宽B和槽深H及与4分布孔的位置度。

第三章:切削与磨削原理2.1单项选择题：1. 影响刀具的锋利程度、减小切削变形、减小切削力的刀具角度是：①主偏角；②前角；③副偏角；④刃倾角；⑤后角。

2. 影响切削层参数、切削分力的分配、刀尖强度及散若情况的刀具角度是：①主偏角；②前角；③副偏角；④刃倾角；⑤后角。

2.2多项选择题：1.对刀具前角的作用和大小，正确的说法有：①控制切削流动方向；②使刀刃锋利，减少切屑变形；③影响刀尖强度及散热情况；④影响各切削分力的分配比例；⑤减小切屑变形，降低切削力；⑥受刀刃强度的制约，其数值不能过大。

磨削加工原理
磨削加工是一种常见的金属加工方法，通过磨削工具对工件进
行切削，以达到精密加工的目的。

磨削加工原理是在磨削过程中，
磨料颗粒不断接触工件表面，将工件表面的金属材料逐渐磨除，从
而形成所需的形状和尺寸。

磨削加工原理的关键在于磨料颗粒与工件表面的接触。

在磨削
过程中，磨料颗粒以一定的速度和压力接触工件表面，通过不断的
摩擦和冲击作用，磨削掉工件表面的金属材料。

这种磨削过程需要
一定的能量输入，通常是通过旋转的磨削工具或者工件本身的旋转
来提供。

磨削加工原理的另一个重要方面是磨削工具的选择和使用。

不
同的磨削工具适用于不同的工件材料和加工要求。

常见的磨削工具
包括砂轮、砂带、砂纸等，它们的磨料颗粒大小、形状和硬度都会
影响磨削加工的效果。

此外，磨削工具的转速、进给速度、磨削压
力等参数也会对磨削加工产生影响。

在磨削加工原理中，还需要考虑磨削过程中产生的热量和磨屑。

磨削过程中，由于摩擦和冲击作用，会产生大量的热量，如果不能
及时散去，会对工件和磨削工具造成损坏。

同时，磨削过程中产生的磨屑也需要及时清除，以免对加工质量产生影响。

总的来说，磨削加工原理是通过磨料颗粒不断接触工件表面，将工件表面的金属材料逐渐磨除，从而实现精密加工的目的。

在实际应用中，需要根据工件材料和加工要求选择合适的磨削工具和加工参数，同时要注意散热和清屑，以确保磨削加工的效果和质量。

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。

磨削原理的说明磨削是一种常见的机械加工工艺，用于去除工件中的金属材料，使其达到所需的精度和表面质量。

它通过将硬度较高的磨粒与工件表面相互作用，通过切割和破碎的方式来去除金属材料。

在磨削过程中，磨粒与工件之间产生的磨削力和热量是主要影响磨削效果的因素之一。

下面将从磨削原理的角度对其进行详细说明。

磨削原理的核心在于磨粒与工件之间的相互作用。

磨削时，磨料在磨具表面产生的磨削力将磨粒推向工件表面，磨粒与工件表面相互摩擦，同时切削进入工件中。

由于磨粒硬度高于工件材料，磨粒可以切入和切削工件材料，将其去除。

同时，磨削力也会产生剪切和破碎作用，进一步破碎和去除工件材料。

磨削力不仅包括切削力，还包括辊压力和摩擦力，这些力的作用使磨削过程更加复杂。

磨削过程中产生的热量也是一个重要的因素。

磨削时，磨削力和磨粒与工件间的摩擦产生热量，这些热量通过工件和磨具的传导和对流传递到周围。

热量的积累会使工件表面温度升高，如果温度过高，可能导致工件变形或热裂纹的产生。

为了控制温度，常常使用冷却液或润滑剂来降低磨削过程中的摩擦和热量。

磨削原理中还有一些影响磨削效果的因素需要考虑。

首先是磨削速度和进给速度。

磨削速度是指磨具与工件的相对线速度，进给速度是指磨具与工件之间的相对位移速度。

适当的磨削速度和进给速度可以提高磨削效率和表面质量，但速度过高或过低都会影响加工效果。

其次是磨具的选择。

不同的工件材料和要求需要使用不同的磨具，例如砂轮、磨料带和研磨头等。

磨具的选择应考虑硬度、颗粒度、结构和绑定剂等因素。

最后是刀具与工件的角度和相对位置。

不同的磨削角度会对磨削效果产生影响，需要根据工件材料的特性来选择合适的角度。

总之，磨削是一种通过磨粒与工件表面的相互作用来去除金属材料的机械加工过程。

通过切削和破碎的方式来进行磨削，同时磨削力和热量的作用对磨削效果起到重要影响。

磨削过程中的磨削速度、进给速度、磨具选择和刀具角度等因素也需要合理调整和控制，以达到所需的加工精度和表面质量。

刀具切削原理
刀具切削原理是指在切削加工过程中，刀具通过相对于工件的相对运动，将工件上的材料逐渐剥离和去除，以达到加工工件的目的。

刀具切削原理与刀具的几何形状、材料、尺寸、刃口状况等因素密切相关。

下面将介绍几种常见的刀具切削原理。

1. 削剪切削原理：在削剪切削中，刀具的切削边缘相对于工件的方向进行快速切割。

切削力集中在刀具的刃口附近，通过工件上的剪切应力使材料断裂并剥离。

这种切削原理常用于剪切、切割等工艺中。

2. 磨削切削原理：磨削切削是通过刀具上的磨削颗粒与工件接触，通过摩擦磨削去除工件上的材料。

刀具通常是磨石、磨轮等，利用磨粒与工件的相对运动，在磨削过程中剥离材料。

这种切削原理适用于对工件进行精密、表面光滑的加工。

3. 钻削切削原理：在钻削切削中，刀具通常是钻头，通过旋转运动与工件相互作用。

刀具在工件上产生切削力，通过刀具的刃口将材料剥离和去除。

这种切削原理适用于钻孔。

4. 滚削切削原理：滚削切削是通过滚轮等刀具与工件表面接触，通过相对轴向运动将工件上的材料压缩、变形或剥离。

这种切削原理适用于滚压、滚花等工艺。

总而言之，不同的刀具切削原理适用于不同的工艺需求，根据工件的具体加工要求选择合适的切削原理和刀具是提高加工效率和质量的重要因素。

磨削的基本原理及其加工本领本文StuartSalmon博士是美国“先进制造科技协会”主席。

他认为，磨削加工在很多领域内，不论从技术上或经济上，都可与切削加工相匹敌，有些领域甚至是唯一的加工方法。

但目前制造业很多人认为磨削加工效率低，不经济，因此尽量不予采纳。

Salmon认为，产生这种想法的重要原因是对磨削原理及其内在潜力缺乏了解。

撰写本文的目的就是要帮忙企业界的有关人士正确理解和运用磨削技术。

当今制造业正在急迫地找寻替代磨削的方案。

一些正在试验用来提高零件生产效率的“新”方案包括：硬切削、干切削、耐磨涂层刀具和高速切削等。

但应指出，“高速”两字对磨削并不陌生。

砂轮的常规运行表面线速度达1829m/min，高速超硬磨料砂轮的生产应用速度达4572～10668m/min，而试验室里在磨削专用设备上的速度则可达到18288m/min仅稍低于声速。

工业界不喜爱磨削的原因是对它不了解。

超硬磨料和缓进给磨削工艺不论从技术或经济角度看，都可与铣削、拉削、刨削以及某些情况下的车削相匹敌。

但制造企业中有很多人，他们的学问停留在传统加工技术水平上，往往对磨削实行排斥的态度。

但随着新材料的推动（如陶瓷、晶须强化金属和强化聚合材料、多层金属和非金属的压合材料），磨削常常是唯一可行的加工方法。

假如采纳适当的结合剂，就可以使得磨粒在加工过程中的脱落和自砺过程得到掌控。

并且砂轮变钝或显现粉屑状载荷时，可以在机床上修整。

这些优点在其它的加工方法中都是难以做到的。

砂轮可以使加工表面的公差达到数万分之一的数量级（微米级），同时还能使表面干净度和切削纹理达到最佳状态。

不巧的是，长期以来，磨削一直被看作是一种“艺术”。

直到近来的40～50年间，通过讨论人员持续地对磨削加工过程进行讨论，开发了新的、改进的磨料、粘结剂体系和各种磨削液。

这些成果的取得，使得磨削加工进入了科学王国。

磨料的种类磨料可分为两大类：一般磨料（如氧化铝、碳化硅等）和超硬磨料（金刚石、立方氮化硼等）。

机械加工的原理与机制机械加工是指利用机械设备和工具对材料进行形状和尺寸加工的一种加工方式。

它是制造业的基础和重要的单元工艺。

机械加工可以是针对金属、非金属和复合材料等制品进行的，它们的加工原理和机制不尽相同，但基本原理是相通的。

一、机械加工的原理机械加工的基本原理是切削原理和磨削原理，这些原理都是建立在材料的物理性质和机械力学基本定律的基础上的。

切削原理是指切削加工过程中，利用刀具对工件进行一定形状的削除，达到工件尺寸和形状的要求。

切削加工时，工件与刀具之间相对运动，刀具利用它自身的强度和硬度材料将工件材料去除，加工时需要注重刀具的选择、切削速度、进给量和切削深度等参数的控制。

磨削原理是指在研磨、抛光等加工过程中，利用砂轮等磨具对工件进行一定程度的去表面处理，由于磨粒具有高度的硬度和刚度，能够将工件表面微小的凸起物去除，达到提高工件表面光洁度、平整度和精度的目的。

磨削加工过程中，注意加工参数和磨粒选择对加工效果的影响，同时需要保持一定的切削速度和进给量，避免过快或过缓的磨削，损伤工件表面。

二、机械加工的机制机械加工的机制是指在加工过程中，材料微结构的改变和与切削或磨削力的相互作用原理。

材料的微结构和力学性能是决定材料加工加工性的重要因素，加工过程中材料微结构的变化会导致材料本身的改变，如硬度、韧度和强度等。

机械加工机制的理解和掌握对于制造精度和加工效率的提高都具备重要意义。

1、切削机制切削机制是指切削加工中，切削刃与工件表面相互接触和相对运动，切削力将材料削离。

在切削加工中，切削刃与工件表面有间隙，切削面的厚度显著小于切削刃的宽度。

切削过程中，材料经切削刃切削后，切屑形成并沿着切屑脱离边界退出加工区，有利于保护切削刃形状不变，同时避免因热膨胀等原因切削刃和切削面间的粘接现象发生，导致断刀和切削表面质量的降低。

2、磨削机制磨削机制是指在磨削加工中，磨料与工件表面的相互磨擦和摩擦力的作用下，材料凸起部分被去除和消耗，铣削面形成。

磨削原理3.7 磨削原理磨削是用砂轮作刀具磨削工件的主要方法之一。

它不仅能加工一可以加工一般刀具难以加工的材料磨削加工的精度可以达到IT60.02~1.25μm。

磨削加工不适合软的材料。

削工件的加工过程，是零件精加工加工一般材料(如钢、铸铁等)，还的材料(如淬火钢、硬质合金等)。

~IT4，表面粗糙度Ra值可达适合磨削铝、铜等有色金属及较1.磨料：即砂轮中的硬质颗粒。

2.粒度粒度是指磨料颗粒的大小。

粒度号小的磨粒称为微粉，其号数越小，表示微粉从粗到细依次为W63、W50、W W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W 度，粒度号W表示微粉，阿拉伯数字表示表示颗粒的大小为40~28μm。

砂轮的粒度对工件表面的粗糙度和磨削深度可以增加，磨削效率高，但表工作标表面上单位面积内的磨粒多，好的表面质量，但磨削效率比较低。

摩擦大，发热量大，易引起工件烧伤。

度号越大，表示磨料颗粒越小。

颗粒更表示磨料的颗粒也越小，亦即粒度越细W40、W28、W20、W14、W10、W1.0、W0.5。

微粉用显微镜测量其粒字表示磨粒的实际宽度尺寸。

例如W40度和磨削效率有较大的影响。

磨粒大，但表面质量差。

反之，磨粒小，在砂轮，磨粒切削刃的等高性好，可以获得较。

另外，粒度细砂轮与工件表面之间的。

3.结合剂结合剂用来将磨料粘合起来，使之影响砂轮的硬度、强度。

结合剂的名称及由于砂轮在高速旋转中进行磨削加击载荷以及强腐蚀性切削液的条件下工合剂本身的耐热、耐蚀性能，就成为结合使之成为砂轮。

结合剂的种类及其性质名称及其代号见表3-13。

削加工，而且又是在高温、高压、强冲下工作，所以磨料粘接的牢固程度，结为结合剂的重要要求。

4.硬度硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力易脱落，表明砂轮的硬度低，反之，轮的硬度与磨料的硬度是两个不同的概成不同硬度的砂轮，它主要取决于结合艺。

根据GB/T2484—94标准，砂轮的硬、D、E、F、G、H、J、K、L、M、外力作用下脱落的难易程度。