机械制造技术基础-第7章-磨削加工方法

磨削加工方法及机理7.1磨床与磨床夹具7.3磨料与磨具7.2磨削工艺方法及磨削用量选择7.4第7章磨削加工方法高效与精密磨削7.5磨削加工案例分析7.6磨削常见缺陷产生原因及消除方法7.7磨削在机械制造中是一种使用非常广泛的加工方法，其中加工精度达到IT6～IT4，表面粗糙度可达Ra12.5～0.01μm。磨削的可贵之处是对各种工件材料和各种几何表面有广泛的适应性。过去把磨削只是作为一种精加方法，而现在其应用范围已扩大到对毛坯进行单位时间内金属切除量很大加工（如蠕动磨削），并使之成为无需进行预先切削加工的最终加工工序。7.1磨削加工方法及机理7.1.1磨削加工方法分类磨削加工是用高速回转的砂轮或其他磨具以给定的背吃刀量（或称切深），对工件进行加工的方法。根据工件被加工表面的形状和砂轮与工件之间的相对运动，磨削分为外圆磨削、内圆磨削、平面磨削和无心磨削等几种主要加工类型。此外，还有对凸轮、螺纹、齿轮等零件进行磨削加工的专用磨床。7.1.2磨削机理7.1.2.1磨削运动1．主运动砂轮的旋转运动，称为主运动。主运动速度是砂轮外圆的线速度，普通磨削速度为30m/s～35m/s；当﹥45m/s时，为高速磨削。2．径向进给运动径向进给运动是砂轮切入工件的运动。径向进给量指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径向移动的距离，单位为mm/(d.str)(mm/str)。当作连续进给时，单位为mm/s。3．轴向进给运动轴向进给运动即工件相对于砂轮的轴向运动。轴向进给量是指工件每转一圈或工作台每双行程内工件相对于砂轮的轴向移动距离，单位为mm/r或mm/(d.str)。一般情况下＝（0.2～0.8）；为砂轮宽度，单位为mm。4．工件的圆周（或直线）进给运动工件速度指工件圆周进给运动的线速度，或工件台（连同工件一起）直线进给运动速度，单位为m/s。7.1.2.2磨削时金属切除率磨削时，每秒钟金属切除率为：mm3/sW简称为切除率，它表示磨削的生产率。切除率大，表明磨削生产率高。每秒钟内砂轮每1mm宽度所切除的金属量，则称单位砂轮宽度切除率，以表示。（mm3/（s•mm））arwffvW1000wZBffvBWZarww10007.1.2.3磨削过程1．单个磨粒的磨削过程随着砂轮工作表面高速旋转，磨粒切入工件时，其作用可分为三个阶段。第一个阶段：滑擦阶段。第二个阶段：刻划阶段。第三个阶段：切削阶段。由此可见，一个磨粒的磨削过程使磨削表面经历了滑擦、划刻（隆起）、切削三个阶段。磨削过程特点：①磨削精度高，表面粗糙度值小。砂轮表面分布着很多磨粒，有很多切削刃。②磨削是加工淬火钢等特硬材料的基本方法。要求表面硬化的工件，一般都要淬火。③砂轮有“自锐”作用。磨削过程中，磨粒在高速、高压、高温的作用下，将逐渐磨损而变得圆钝。④磨削温度高。磨削时切削速度很高，加上磨粒多为负前切削，挤压和摩擦较为严重，消耗功率大，产生在切削热较多。7.1.2.4磨削力及磨削功率由于砂轮表面有大量的磨粒同时工作，而且磨粒都有很大的负前角，因此总的磨削力仍相当大。同其它切削加工一样，总磨削力可以分解为三个分力：主磨削力（磨削速度方向的分力）、切深抗力（径向分力）、进给抗力（进给方向的分力）。各种不同类型磨削加工的三个分力如下图。7.1.2.5磨削温度磨削温度是指砂轮与工件接触区的平均温度，它与磨削烧伤、磨削裂纹的产生有密切的关系。磨粒和工件接触面是磨削热的热源，是磨削中温度最高的部位，瞬时可达1000℃以上，我们称之为磨粒磨削点的温度，以表示。磨粒磨削点温度影响表面质量，且与磨粒磨损以及切屑粘附现象有关。磨削热传入工件将引起工件热膨胀、翘曲，影响工件的形状、尺寸精度。Adot7.1.2.6砂轮的磨损及耐用度1．砂轮的磨损砂轮的磨损有三种基本形态，即磨耗磨损、破碎磨损及脱落磨损。2．砂轮的耐用度砂轮耐用度通常用秒来表示。砂轮的磨损限度可以根据工件表面出现振痕、烧伤、粗糙度变大、加工精度下降等现象来确定。砂轮磨损达到磨损限度的主要判断数据是砂轮的径向磨损量。7.2磨料与磨具7.2.1磨料用作砂轮的磨料，应具有很高的硬度，适当的强度和韧性，以及高温下稳定的物理、化学性能。目前工业上使用的几乎均为人造磨料，常用的有刚玉类、碳化硅类和高硬度磨料类。按照其纯度和添加的金属元素的不同，每一类又分为如干不同的品种。7.2.2粒度粒度系指磨粒尺寸的大小。对于用筛分发来确定粒度号的较大磨粒，以其能通过的筛网上每英寸长度上的孔数来表示粒度。粒度号越大，则磨料的颗粒越细。对于用显微镜测量来确定粒度号的微细磨粒（又称微粉），是以实测到的最大尺寸，并在前面冠以“W”的符号来表示。7.2.3结合剂结合剂的作用是将磨料黏合成具有一定强度和各种形状及尺寸的砂轮。砂轮的强度、耐热性和耐用度等重要指标，在很大程度上取决于结合剂的特性。结合剂对磨削温度和磨削表面质量有很大影响。7.2.4硬度砂轮的硬度是指磨粒受力后从砂轮表层脱落的难易程度，也反映出磨粒与结合剂的黏固强度。砂轮硬就表示磨粒难以脱落；砂轮软则与之相反，切勿将它与磨料的硬度混淆。7.2.5组织砂轮的组织系指磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系，用来表示结构紧密或疏松的程度。砂轮的组织用组织号的大小表示。把磨粒在磨具中占有的体积分数（即磨粒率）称为组织号（用表示），二者的关系为=2（31-）gvNgVN7.2.6砂轮形状常用砂轮的形状有平形砂轮，薄片砂轮，筒形砂轮，碗形砂轮，蝶形一号砂轮，双斜边，砂轮杯形等等。7.3磨床与磨床夹具7.3.1磨床用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料）作为工具进行切削加工的机床，统称磨床。磨床的种类很多，其主要类型如下。（１）外圆磨床包括万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等。（２）内圆磨床包括普通内圆磨床、行星内圆磨床、无心内圆磨床等。（３）平面磨床包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。（４）工具磨床包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。（５）刀具刃具磨床包括万能工具磨床、车刀刃磨磨床、滚刀刃磨磨床等。（６）专门化磨床包括花键轴磨床、曲轴磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等。、（７）其他磨床包括珩磨机、研磨机、砂带磨床、超精加工机床等。7.3.1.1外圆磨床1．M1432A型万能外圆磨床2．无心外圆磨床7.3.1.2其它类型磨床1．平面磨床7.3.2磨床夹具磨床夹具可分为通用和专用两大类。通用夹具包括：顶尖，鸡心夹头，心轴中心孔柱塞，弹簧夹头，卡盘与花盘，磁力吸盘，真空吸盘，虎钳与直角块，多角形块，正弦夹具等等。7.4磨削工艺方法及磨削用量选择1.砂轮速度。2.工件速度。3.纵向进给量。4.磨削深度5.光磨次数。6.磨削液7.5高效与精密磨削7.5.1高速及超高速磨削高速及超高速磨削一直是磨削加工研究重点和发展方向之一。一般认为磨削速度在60～120m/s之间属于高速磨削；大于150m/s属于超高速磨削。7.5.2砂带磨削砂带是一种用粘接剂将磨料接在柔软基体上的涂附磨具。磨粒经高压静电植砂后，呈定向排列（锋利的刃口向上），单层均匀分布在基体表面。制造砂带用的磨粒通常采用氧化铝、碳化硅或氧化锆，磨料晶体大都为针状，棱角分明。砂带磨削方式可分为开式砂带磨削与闭式砂带磨削。7.5.3数控坐标磨削数控坐标磨削系指在数控坐标磨床上所进行的磨削加工。它主要用于经淬硬和硬质合金的各种复杂模具的型面、具有高精度坐标孔距要求的孔系，以及各种异性凹凸的轮廓和任意曲线组成的平面图形等的磨削加工。7.6磨削加工案例分析螺纹磨床主轴的磨削螺纹磨床主轴磨削工艺工序工步内容砂轮机床基准1除应力，研中心孔：Ra0.63μm,接触面70%2粗磨外圆，留余量0.07～0.09PA40KM131W中心孔1磨φ65h72磨至3磨φ684磨φ455磨，且磨出肩面6磨φ35g63粗磨1:5锥度，留余量0.07～0.09M1432A中心孔4半精磨外圆，留余量0.05PA60KM1432A中心孔025.0035.070145.008.07001.0110磨磨5氮化，探伤，研中心孔：Ra0.2μm，接触面75%6精磨外圆φ68、φ45、φ35g6、至尺寸，φ65h7、，留余量0.025～0.04PA100LM1432A中心孔7磨光键至尺寸WA80LM8612A中心孔8磨螺纹至尺寸WA100LS7332中心孔9研中心孔：Ra0.10μm，接触面90%10精密磨1:5锥度尺寸WA100KMMB1420中心孔111精密磨至WA100KMMB1420中心孔2磨出φ110肩面12至尺寸，表面粗糙度Ra0.025μmWA240LMG1432A中心孔01.0110025.0035.070025.0035.070015.0030.070025.0035.070磨削用量参考表磨削用量粗、精磨超精磨砂轮速度(m/s)17～3515～20工件进度(m/min)10～1510～15纵向进给深度(m/min)0.2～0.60.05～0.15磨削深度(mm/st)0.01～0.030.0025光磨次数(次/st)1～24～67.7磨削常见缺陷产生原因及消除方法掌握正确的工艺，维护保养机床及工装精度，正确选用砂轮和正确、及时地修整砂轮，是减少磨削缺陷的主要措施和途径。必须要强调指出，随着现代磨削技术的发展，磨床采用了自动修整砂轮、自动平衡砂轮和精密滚动轴承应用于砂轮头架等新技术，使原来由这方面因素造成的磨削缺陷大大减少。1．软件定义可行性分析的任务是了解用户的要求及实现环境，从技术、经济和社会等几个方面研究并论证软件系统的可行性。需求分析的任务是确定所要开发软件的功能需求、性能需求和运行环境约束，编制软件需求规格说明、软件系统的确认测试准则。软件的性能需求包括软件的适应性、安全性、可靠性、可维护性错误处理等。2．软件开发软件开发是按照需求规格说明的要求，由抽象到具体，逐步生成软件的过程。软件开发一般由设计、实现和测试等阶段组成。3．软件使用和维护软件的使用是在软件通过测试后，将软件安装在用户确定的运行环境中移交给用户使用。软件的维护是对软件系统进行修改或对软件需求变化做出反应的过程。1.1.2软件过程模型软件开发过程中存在各种复杂因素，为了解决由此而带来的种种问题，软件开发者们经过多年的摸索，给出了多种实现软件工程的方式——软件过程模型，如瀑布过程模型、螺旋过程模型和增量过程模型等。1．瀑布过程模型瀑布过程模型反映了人们早期对软件工程的认识水平，是人们所熟悉的一种线性思维的体现。瀑布过程模型强调阶段的划分及其顺序性、各阶段工作及其文档的完备性，是一种严格线性的、按阶段顺序的、逐步细化的开发模式，如图1-1所示。图1-1瀑布过程模型2．螺旋过程模型螺旋过程模型的基本思路是，依据前一个版本的结果构造新的版本，这个不断重复迭代的过程形成了一个螺旋上升的路径，如图1-2所示。图1-2螺旋过程模型3．增量过程模型有些时候可能会用一种几乎连续的过程小幅度地推进项目，这就是增量过程模型，如图1-3所示。增量……日历时间分析编码测试增量1交付客户设计分析设计编码测试增量2交付客户分析设计编码测试增量3交付客户分析设计编码测试增量n交付客户图1-3增量过程模型1.2软件质量软件质量是软件的生命，它直接影响软件的使用与维护。通常软件质量由以下几方面进行评价。①软件需求是衡量软件质量的基础，不符合需求的软件就不具备质量。设计的软件应在功能、性能等方面都符合要求，并能可靠地运行。②软件结构良好，易读、易于理解，并易于修改、维护。③软件系统具有友好的用户界面，便于用户使用。④软件生存周期中各阶段文档齐全、规范，便于配置、管理。1.2.1质量与质量模型软件的质量因素很多，如正确性、精确性、可靠性、容错性、性能、效率、易用性、可理解性、简洁性、可复用性、可扩充性、兼容性等。软件质量因素也称为软件质量特性，反映了质量的本质。讨论一个软件的质量，问题最终要归结到定义软件的质量特性。面对众多的质量因素如何取折衷，这实际上就是区分