磨削加工

磨削加工本章主要教学要求（1）了解磨削加工的特点及加工范围（2）了解磨床的种类及用途；（3）了解砂轮的特性、种类、使用及正确选择；（4）了解新的磨削方法和工艺；（5）掌握平面磨床及万能外圆磨床上工件的装夹方法、加工方法、主要形面的加工；（6）独立操作完成平面、外圆加工的基本技能。安全实习注意事项（1）按生产要求着装，多人共用一台磨床时，只能一人操作，严禁两人同时操作；（2）开动磨床前，先用手动方式检查各种运动后，再按照一定顺序开起各部位开关，使机床空转几分钟后方可磨削；（3）在行程中不可转换工件的转速，也要防止磨床长期过载；（4）严禁面对砂轮站立，以防免砂轮突然碎裂飞出伤人；（5）严禁砂轮突然接触工件和采用过大的背吃刀量，以防工件被顶飞伤人；（6）用电磁吸盘装夹工件时应尽量加大吸附面积，必要可增加垫块，且工件吸牢后才能工作（启动时间一般为1~2min）；（7）修整砂轮时，修整器必须装夹牢固，并尽量采用磨削液冷却。5.1概述在磨床上利用砂轮作为切削刀具，对工件表面进行切削加工的过程称为磨削，它是工件精加工的常用方法之一。5.1.1磨削运动与磨削用量磨削时，砂轮的旋转运动为主运动，进给运动随采用不同磨床、不同加工方法而改变，切削用量也是如此。这里以在万能外圆磨床上采用纵磨法磨削外圆为例，如图5-1所示。进给运动为工件的旋转运动、工件随工作台的直线往复运动和砂轮沿工件径向上的横向移动运动。5.1.1.1磨削速度磨削速度为砂轮外圆的线速度。其值可按下式计算：Vc=πdsns/1000*60（ｍ/ｓ）式中：ds—砂轮直径（ｍｍ）ns—砂轮的转速（ｒ／ｍｉｎ）5.1.1.2圆周进给速度与纵向进给量磨削工件外圆处的线速度为圆周进给速度。其值可按下式计算：Vy=πdyny/1000(ｍ/ｍｉｎ)式中dy—工件直径（ｍｍ）ny—工件转速（ｒ／ｍｉｎ）纵向进给量是工件转一周在纵向方向上相对砂轮移动的垂直距离。f纵＝（０.０２～０.０８）Ｂ（ｍｍ／ｒ）式中Ｂ—砂轮的宽度（ｍｍ）5.1.1.3背吃刀量（又称横向进给量）工件随工作台的每直线往复运动一次，砂轮相对于工件在径向方向上移动的垂直距离（ｍｍ）。图5-1磨削外圆时的磨削运动5.1.2磨削加工的范围磨削加工范围很广，不同类型的磨床可加工不同的形面。它通常可精加工各种平面、内外圆柱面（外圆、内孔等）、内外圆锥面、沟槽、成形面（螺纹、齿形等）以及刃磨各种刀具和工具；此外，还可用于毛坯的预加工和清理等粗加工，如图5-2所示。图5-2磨削加工的范围5.1.3磨削加工的特点5.1.2.1优点（１）加工质量高在正常生产条件下，磨削加工的尺寸精度一般为ＩＴ６～ＩＴ５，表面粗糙度值Ｒａ为０.８～０.２μｍ；精密磨削时的尺寸精度可达ＩＴ５以下，表面粗糙度值Ｒａ可达０.０５μｍ以下。这是由于磨床的本身的制造精度高，又采用液压传动，加之磨削的砂轮是多刃微刃的切削工具且转速很高，此外磨削深度又小。（２）可加工高硬度材料磨削不仅能加工如铸铁、碳钢、合金钢及部分有色金属等一般的金属材料，而且可加工一般刀具难以加工的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷、玻璃及高硬度的复合材料等。磨削通常不宜加工塑性较高的材料（砂轮会被金属碎屑堵塞，使磨削无法进行，而且易划伤已加工表面），如较软的铜、铝等有色金属。（３）应用范围广一般的工件表面都可采用磨削加工。5.1.2.2缺点（１）加工温度高由于磨削的速度很高，从而产生大量的切削热，使磨削温度可达１０００℃以上。为保证工件的加工质量，磨削时必须使用大量的切削液来冷却。（２）需要预加工磨削加工的背吃刀量小，故要求工件在磨削之前先进行半精加工。（３）径向分力大由于砂轮与工件的接触宽度大，径向分力较大易使加工工艺系统变形，影响工件的加工精度。5.2磨床与砂轮5.2.1磨床常用的磨床有万能外圆磨床、普通外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等多种类型。下面以万能外圆磨床为例简单介绍其型号、组成及传动方式等。5.2.1.1万能外圆磨床的型号如图5–3所示为Ｍ１４３２Ａ型万能外圆磨床，其中Ｍ１４３２Ａ的字母和数字的含义如下：Ｍ─类别：磨床类；１─组别：外圆磨床组；４—型别：万能外外圆磨床型；３２—主参数：最大磨削直径的１／１０，即最大磨削直径为３２０ｍｍ；Ａ─改进次数：第一次重大改进。（a）（b）图5–3Ｍ１４３２Ａ型万能外圆磨床及其液压传动系统5.2.1.2万能外圆磨床的组成万能外圆磨床由床身、砂轮架、头架、尾架、工作台、内圆磨头等组成。（１）床身安装在底座上，主要用来支撑和连接各零部件。其上部装有工作台和砂轮架，内部装有液压传动系统（工作平稳，无冲击振动）。床身上的纵向导轨供工作台移动用，横向导轨供砂轮架移动用。（２）砂轮架主要用来安装砂轮，并有单独电动机通过皮带传动使其高速旋转。砂轮架可在床身后部的的导轨上作横向移动（移动方式有自动间歇进给、手动进给、快速趋向工件和退出）并能绕垂直轴旋转一定的角度。（３）头架主要用来在其主轴上安装顶尖、拨盘或卡盘等，以便装夹工件。头架上的主轴由单独电动机通过皮带和变速机构传动，使与其相连的工件获得不同的转动速度，且头架可在水平面内偏转一定的角度。（４）尾架主要用来支承工件的另一端，其内部有顶尖。尾架在工作台上可做纵向移动，其位置可根据所要加工工件的长度进行调整。扳动尾架上的杠杆，顶尖套筒可以伸出或缩进，以便装夹工件。（５）工作台主要用来直接安装尾架、换向挡块（操纵工作台自动换向，也可手动）、砂轮修整工具等，台面上有Ｔ型槽供安装使用。工作台由液压驱动，能沿着床身上的纵向导轨作直线往复运动，并实现工件的纵向进给。工作台分为上下两层，上层可在水平面内偏转一个不大的角度（±８°），以便磨削锥度较小的圆锥面。（６）内圆磨头主要用安装磨削内圆表面用的砂轮。它的主轴由另外一个电动机带动并可绕支架旋转，使用时翻下，不用时翻向砂轮架上方。5.2.1.３万能外圆磨床液压传动万能外圆磨床上工作台的直线往复运动以及砂轮的自动径向进给与快速自动后退和趋近等都采用液压传动，如图5–3所示。与机械传动相比，液压传动具有工作平稳、无冲击、无振动、调速和换向方便、易实现自动化等特点。下面以工作台的直线往复运动的实现过程为例，简介液压传动。工作时，压力油从液压泵１３经管路输送到换向阀６，由此流到液压缸１５的右或左端，使工作台２向左或向右做进给运动。同时，液压缸１５另一端的油经换向阀６（工作台的换向，油阀１６则控制其转换的快慢和平稳性。）、滑阀１０及节流阀１１（调节运动速度）流回油箱。工作台的行程由挡块５来控制，根据工作台的行程长度调整两挡块之间的距离即可。当工作台向左的行程终了时，挡块５先推动杠杆８到垂直位置，然后在弹簧帽１４的作用下使杠杆８和活塞继续向左移动，完成换向动作；与此同时，换向阀６的活塞位置向左移动到另一工作位置（图中虚线所示），工作台开始向右移动。溢流阀１２防止压力过高。5.2.1.４其他常见磨床（１）平面磨床主要用来磨削工件的平面，如图5–4所示。（２）内圆磨床主要用来磨削圆柱孔、圆锥孔、端面等，如图5–5所示。。`（３）无心磨床主要用来磨削大批量的细长轴及无中心孔的轴、套、销等零件的外圆，它是高效率、高自动化的磨床。其原理是将工件放置在磨轮与导轮之间的托板上，磨轮与导轮同向转动并带动工件旋转磨削外圆。导轮轴线的略微倾斜所产生的轴向分力是工件自动沿轴向移动进给，如图5–6所示。（４）其他专用精密磨床。图5–4Ｍ７１２０Ａ平面磨床图5–5Ｍ２１２０内圆磨床表5-1其他专用精密磨床磨床名称应用范围工具磨床主要用来磨削各种工具或刀具数控磨床属精密磨床，用于复杂回转型工件的精密加工坐标磨床加工有极高加工精度的工件，最小磨削孔径可达Ф０.３ｍｍ。数控坐标磨床主要用于淬火钢、硬质合金等硬材料制造的各种复杂模具型面、高精度坐标孔距的孔系、各种凸凹轮廓和任意曲面组成的平面图形等光学曲线磨床利用光谱跟踪原理实现二维型面的精密加工精密磨床用于高精度（ＩＴ５以下）和镜面磨削，可磨削外圆、内孔、平面等螺纹磨床用于螺纹的精密加工齿轮磨床用于齿轮的精密加工图5–6无心外圆磨削示意图5.2.2砂轮及其装夹5.2.2.1砂轮的结构及特性砂轮是磨削的主要工具，它主要由磨粒和结合剂按一定比例粘结在一起，经压缩后焙烧而成的疏松多孔体，它由磨粒、结合剂、空隙三要素组成，如图5-7所示。磨粒形成切削刃口，起切削作用；结合剂则固定各磨粒；空隙则有助于排屑和冷却。砂轮的特性有磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定，如表５－１所示。（１）磨料磨料是制造砂轮的主要原料，具有很高的硬度、耐热性、一定的韧性等。（２）粒度是磨料颗粒的大小。常用筛选法来分级，它是以每英寸筛网长度上筛孔的数目来表示。（３）结合剂将磨粒粘结成具有一定强度、形状和尺寸的砂轮。（４）硬度指砂轮工作表面上的磨粒，在切削力的作用下自行脱落的难易程度。砂轮的硬度与磨粒本身的硬度是两个不同的概念。磨粒易脱落，表明砂轮硬度低；反之，则表明砂轮硬度高。一般情况下，未淬火钢选Ｌ～Ｎ，淬火合金钢选Ｈ～Ｋ，高表面质量选Ｋ～Ｌ，硬质合金刀具选Ｈ～Ｊ。图5-7砂轮的结构（５）组织指磨料、结合剂、空隙三者之间的比例关系，也指砂轮的疏密程度。（６）形状和尺寸是保证磨削各种形状和尺寸工件的必要条件。为方便使用和保管，根据GB2484—84《磨具代号》规定，砂轮的特性参数全部以代号形式标志在砂轮的端面上（非工作面）。其顺序为：砂轮的形状、尺寸、磨料、磨料粒度、硬度、组织、粘结剂及安全工作线速度。例如：Ｐ４００×４０×１２７Ａ６０Ｌ５Ｖ３５，即表示：形状—平行，尺寸—大径４００ｍｍ、厚４０ｍｍ、孔径１２７ｍｍ，磨料—棕刚玉，粒度—６０目（０.２５６ｍｍ），硬度—中软，组织—中等级，粘结剂—陶瓷，安全工作线速度—３５（ｎ／ｓ）。表5-2砂轮的特征参数、用途及选择磨料系别名称代号特性应用选择原则氧化物棕刚玉白刚玉铬刚玉单晶刚玉微晶刚玉AWAPASACW棕褐色，硬度较高、刚性大、价廉白色，硬度较A高，自锐性好，磨削力和热较小；但韧性比A差粉红色，硬度与WA相近，但韧性较好浅灰或浅黄色，硬度和韧性比WA高，自锐性好棕黑色，硬度高，韧性和自锐性都好碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等淬火钢、高速钢、高碳钢、薄壁件、细长轴及成形件（螺纹、齿轮、刀具）等合金钢、高速钢、锰钢、及高表面质量件和成形件等不锈钢、高钒钢、高速钢等不锈钢、特征球墨铸铁等一般根据被磨削工件的材料和形状来选择磨料碳化物黑碳化硅绿碳化硅碳化硼CGCBC黑色或深蓝色，硬度比刚玉类高，导热性好，但脆硬度和脆性比C高，导热性好黑色，硬度比GC高，耐磨性好，但高温易氧化铸铁、黄铜耐火材料及其他非金属材料等硬质合金、钛合金、宝石、陶瓷、光学玻璃等硬质合金的研磨金钢石人造金钢石天然金钢石MBDJT白、黑、淡绿色，硬度最高，磨削性能好，但耐热性较差硬质合金、宝石、光学玻璃、陶瓷等高硬度材料氮化硼CBN黑色，硬度仅次于MBD，切韧性比MBD好钛合金、高性能高速钢、不锈钢、耐热钢及其他难加工材料结合剂陶瓷Ｖ耐热、油、酸、碱等的侵蚀，强度较高，成本低；但脆性大除薄片砂轮外的各种砂轮，最常用，用于各类磨削选择与磨削方式及工件表面质量有关。除切断砂轮外，一般都选用陶瓷砂轮树脂Ｂ强度比Ｖ高，弹性和抛光作用好，不耐热、酸、碱荒磨、窄槽、切断、镜面等砂轮，用于高速磨削橡胶Ｒ强度比Ｂ高，弹性和抛光作用更好，不耐油、酸，易堵塞轴承沟道、切割薄片、抛光、无心磨导轮等砂轮，用于切断、开槽等青铜Ｊ强度最高，磨耗少，导电性好，自锐性差用于金钢石砂轮粒类别粒度号应用选择与被加工度磨粒８＃、１０＃、１２＃、１４＃、１６＃、２０＃、２２＃、２４＃３０＃、３６＃、４０＃、４６＃５４＃、６０＃、７０＃、８０＃、９０＃、１００＃１２０＃、１５０＃、１８０＃、２２０＃、２４０＃说明：粒度号越大，砂轮越细。荒磨一般磨削，Ra可达0.8半精磨、精磨和成形磨，Ra可达0.8～０.１６精磨、精密磨、超精磨、珩磨、成形磨、刀具等件的表面粗糙度、加工