磨削加工工艺基础

其他加工工艺基础第六章其他加工工艺基础6.1磨削加工工艺基础6.2孔的加工方法6.3攻螺纹与套螺纹6.4成形面加工6.1磨削加工工艺基础6.1磨削加工工艺基础以砂轮的高速旋转与工件的移动或转动相配合进行切削加工的方法称为磨削。磨削时砂轮的旋转运动为主运动，工件的低速旋转和直线移动（或磨头的移动）为进给运动。砂轮是一种特殊的切削刀具。磨削是通过分布在砂轮表面的磨粒进行切削的，每颗磨粒相当于一把车刀，整个砂轮即相当于刀齿极多的铣刀。在砂轮高速旋转时，凸出的具有尖棱的磨粒从工件表面上切下细微的切屑，不太凸出或磨钝了的磨粒只能在工件表面上划出小的沟纹，比较凹下的磨粒则和工件表面产生滑动摩擦，后两种磨粒在磨削时产生微尘。因此，磨削除和一般刀具的切削过程有共同之处（切削作用）外，还具有刻划和修光作用。6.1磨削加工工艺基础磨削加工的主要特点如下：（1）磨削加工的精度较高。由于加工余量小，磨削时磨粒细微并有修光作用，磨削后工件的精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度Ra为1.6～0.2μm；如采用高精度磨削，则精度可达IT5级以上，表面粗糙度Ra为0.1～0.012μm。（2）磨削可以加工一般刀具难以加工甚至无法加工的硬质材料。如淬硬钢、硬质合金和陶瓷等。（3）磨削温度高。由于磨削速度高，砂轮与工件之间发生剧烈的摩擦，产生很大的热量，且砂轮的导热性差，不易散热，以至磨削区的温度高达1000℃以上，这会使工件退火或烧伤，为此，磨削时必须使用切削液。磨削加工不仅广泛用于精加工，有时既作半精加工又作精加工，而且还可用于切断钢锭和毛坯去皮加工。6.1磨削加工工艺基础6.1.1常用磨床介绍根据功能用途的不同，磨床可分为外圆磨床、内圆磨床、万能外圆磨床、平面磨床、无心磨床、螺纹磨床、工具磨床等普通磨床，还有曲轴磨床、花键磨床等专用特种磨床。下面简要介绍几种常用的普通磨床。6.1.1.1万能外圆磨床如图6-1所示为万能外圆磨床。万能外圆磨床不仅能磨削外圆柱面、外圆锥面，还可以使用机床附设的内圆磨头来磨削内圆柱面、内圆锥面等。6.1磨削加工工艺基础图6-1万能外圆磨床1－床身；2－头架；3－工作台；4－内圆磨具；5－砂轮架；6－尾座；7－控制箱6.1磨削加工工艺基础机床主要技术参数有：外圆磨削直径用中心架Ф8～Ф60mm不用中心架Ф8～Ф320mm外圆最大磨削长度（共三种规格）1000mm、1500mm、2000mm内圆磨削直径Ф30～Ф100mm外圆磨砂轮主轴转速1670r/min头架主轴转速（6级）25r/min、50r/min、80r/min、112r/min、160r/min、224r/min6.1磨削加工工艺基础内圆磨头主轴转速（2级）10000r/min、15000r/min砂轮架回转角度±30°头架回转角度90°工作台最大回转角度顺时针30°逆时针7°、6°、5°工作台纵向移动速度（液压无级调速）0.05～4m/min6.1磨削加工工艺基础6.1.1.2平面磨床如图6-2所示是M7120型平面磨床，砂轮主轴的轴线与工作台面平行，工件安装在矩形电磁吸盘上，并随工作台作纵向往复运动，其运动速度即为工件的直线进给速度，砂轮除高速旋转外，还能作瞬间的横向进给运动。M7120型平面磨床的主要技术参数有：磨削工件最大尺寸（长×宽×高）630mm×200mm×320mm工作台纵面移动最大距离780mm砂轮架横向移动量250mm工作台移动速度1～18/min砂轮尺寸（外径×宽度×内径）250mm×25mm×75mm6.1磨削加工工艺基础如图6-2M7120A型平面磨床1—工作台移动手轮；2—砂轮架；3—滑板座；4—砂轮横向移动手轮；5—砂轮修整器；6—立柱；7—撞块；8—工作台；9—砂轮垂直进给手轮；10—床身6.1磨削加工工艺基础6.1.1.3普通内圆磨床如图6-3所示为普通内圆磨床，它可以加工零件上的通孔、不通孔、阶台和端面等。如图6-3M2110型内圆磨床1—床身；2—工作台；3—头架；4—砂轮架；5—滑板座6.1磨削加工工艺基础6.1.2砂轮6.1.2.1砂轮组成和特性砂轮是由磨料和结合剂构成的多孔体，如图6-4所示，其特性随着磨料、粘结剂及砂轮的硬度、组织及形状的不同而不同。磨削时，必须根据具体条件选用合适的砂轮。如图6-4砂轮的构造6.1磨削加工工艺基础砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度及组织等五个方面的因素决定。（1）磨料指砂轮中磨料的材料，在磨削中担负主要的切削工作。磨料必须具备高硬度、高耐热性、耐磨性和一定的韧性。（2）粒度表示磨料颗粒的大小。（3）结合剂用于粘合磨粒，制成各种不同形状和尺寸的砂轮。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热生。6.1磨削加工工艺基础（4）硬度指砂轮工作表面上的磨粒受拉力作用时脱落的难易过程。如磨粒容易脱落，表明砂轮硬度低，反之则表明砂轮硬度高。砂轮的硬度与磨粒的硬度是两个不同的概念，硬度相同的磨粒，可以制成不同硬度的砂轮。（5）组织砂轮的总体积是由磨粒、结合剂和气孔构成的，这三部分体积的比例关系，在工程中常称为砂轮的组织。6.1磨削加工工艺基础6.1.2.2砂轮的名称、形状、尺寸、代号及用途为了磨削不同形状和尺寸的工件，砂轮需要制成各种不同的形状和尺寸。常用砂轮有平形、筒形、碗形和薄片等，它们分别用于磨内外圆、平面、刀具刃磨和开槽等。砂轮的特性，用代号标注在砂轮的端面上，其代号次序是：磨料—粒度—硬度—结合剂—组织号—形状—尺寸（有时组织号可不标注）。例如：GZ60ZR1A5P600×75×305即表示该砂轮为：棕刚玉磨料，粒度60，中软硬度，陶瓷结合剂，中等5级组织，平形砂轮，外径600mm、宽度75mm、孔径305mm。有些砂轮上还标有安全速度的数字，如“25～30m/s”，代表允许的最大磨削速度。6.1磨削加工工艺基础常用砂轮的形状、代号及主要用途如表6-1所示。砂轮种类断面形状形状代号主要用途平形砂轮P磨外圆、内孔、平面及刃磨刀具双斜边砂轮PSX磨齿轮及螺纹双面凹砂轮PSA磨外圆、刃磨刀具、无心磨的磨轮和导轮双面凹带锥砂轮PSZA磨外圆及台肩薄片砂轮PB切断、磨槽筒形砂轮N主轴端磨平面碗形砂轮BW磨机床导轨、刃磨刀具碟形1号砂轮D1刃磨刀具碟形3号砂轮D3磨齿轮及插齿刀表6-1常用砂轮的形状代号及主要用途6.1磨削加工工艺基础6.1.2.3砂轮的安装与修整（1）砂轮的安装砂轮在高速旋转下进行工作，使用前必须仔细地检查安装是否正确、牢固；砂轮外观不允许有裂纹，以免发生破裂，造成人身和质量事故。为了使砂轮平稳地工作，一般直径较大的砂轮均装夹在法兰盘上。安装前，还应该进行静平衡试验，否则将引起机床振动，使磨削质量降低。（2）砂轮的修整在磨损过程中，砂轮的磨粒逐渐变钝，作用在磨粒上的切削抗力增大，结果使变钝的磨粒破碎，一部分脱落，露出锋利刃口继续切削，这就是砂轮的自砺性。自砺性对磨削是有利的。6.1磨削加工工艺基础但是砂轮不能完全自砺，工作一般时间后不能脱落的磨粒留在砂轮表面，结果就使砂轮的磨削能力显著地下降；同时也使砂轮外形产生失真，这时，就要对砂轮进行修整，以恢复其磨削性能和外形精度。修整砂轮一般都用金刚石笔，修整时要用大量切削液冲刷掉脱落的碎粒，以免粉尘飞扬。磨削类型磨削方法简图外圆磨削纵磨法内圆磨削纵磨法平面磨削周磨法端磨法6.1磨削加工工艺基础6.1.3常用磨削加工方法常用磨削加工方法如表6-2所示。表6-2常用磨削加工方法简介6.1磨削加工工艺基础无心磨削通磨法成形磨削螺纹磨削齿轮磨削花键磨削6.1磨削加工工艺基础6.1.3.1平面磨削平面磨削主要在平面磨床上进行，若零件较小或加工一些特殊平面时也可在工具磨床上进行。平面磨削精度可达IT7～IT5，表面粗糙度值为Ra0.8～0.2μm。常用的平面磨削方式有4种，如图6-5所示，平面磨削的特点如表6-3所示。图6-5平面磨床磨削方法6.1磨削加工工艺基础平面磨削的类型平面磨削方式磨削特点利用砂轮圆柱面进行磨削（周磨）卧轴矩台平面磨床磨削，如图6-3（a）所示卧轴圆台平面磨床磨削，如图6-3（b）所示砂轮与工件接触面积小，且排屑和冷却条件好，工件发热小。磨粒与磨屑不易落入砂轮与工件之间，因而能获得较高的加工质量，适合于工件的精磨。但因砂轮主轴悬伸，刚性差，不能采用较大的切削用量，且周磨时参加切削的磨粒少，所以生产率较低利用砂轮的端面进行磨削（端磨）立轴圆台平面磨床磨削，如图6-3（c）所示立轴矩台平面磨床磨削，如图6-3（d）所示磨床主轴受压力小，刚性好，可采用较大的切削用量，砂轮与工件的接触面积大，同时参加切削的磨粒多，因而生产率高。但由于磨削过程中发热量大，冷却、散热条件差，排屑困难，所以加工质量较差，故适用于粗磨表6-3平面磨削的特点6.1磨削加工工艺基础（1）磨平行面a.工件安装平面零件磨削时最常用的安装夹具是电磁吸盘。凡是由铜、铸铁等磁性材料制成的平行面零件，都可由电磁吸盘安装，利用磁力吸牢工件。这种方法装卸工件方便迅速，牢固可靠，能同时安装许多工件。由于定位基准面被均匀地吸紧在台面上，从而能很好地保证加工平面与基准面的平行度。6.1磨削加工工艺基础b.砂轮选择平面磨削时一般根据工件的加工精度、磨削方式以及工件材料等因素来选择砂轮。周磨时一般采用平形砂轮；由于砂轮与工件的接触面积比外圆磨削时大，所以砂轮的硬度应比外圆磨削时选用的砂轮稍软一些。端磨时一般采用筒形砂轮或碗形砂轮，粗磨时也可选用镶块砂轮。6.1磨削加工工艺基础c.平行面的磨削方法常用的平行面磨削方法有以下三种：①横向磨削法当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴或工作台作一次横向进给，这时砂轮所磨削的金属层厚就是实际磨削深度，磨削宽度等于横向进给量。待工件上第一层金属磨削完后，砂轮重新作一次垂直进给，再按上述过程磨削第二层金属，直至达到所需的尺寸为止。磨削示意图如图6-6（a）所示。②深度磨削法一般深度磨削法砂轮只作两次垂直进给，第一次垂直进给量等于粗磨的全部余量，当工作台纵向行程终了时，将砂轮或工作沿砂轮主轴轴线方向横向移动～的砂轮宽度，直到工件整个表面的粗磨余量全部磨完为止。第二次垂直进给量等于精磨余量，其磨削过程与横向磨削相同，如图6-6（b）所示。34456.1磨削加工工艺基础③阶梯磨削法阶梯磨削法是根据工件磨削余量的大小，将砂轮修整成阶梯形状，使其在一次垂直进给中磨去全部余量，如图6-6（c）所示。图6-6磨削示意图6.1磨削加工工艺基础d.磨削用量的选择根据加工方法、磨削性质、工件材料等因素来选择磨削用量①砂轮的圆周速度砂轮的圆周速度不宜过高或过低，过高会引起砂轮的碎裂，过低会影响加工质量和生产效率。一般选择范围如表6-4所示。磨削形式被磨工件材料粗磨/（m/min）粗磨/（m/min）周面磨削灰铸铁钢20～2222～2522～2525～30端面磨削灰铸铁钢15～1818～2018～2020～25表6-4砂轮圆周速度的选择6.1磨削加工工艺基础②工作台纵进给速度当工作台为矩形时，纵向进给量选1～12m/min；当工作台为圆形时，其速度选为7～30m/min。③砂轮的垂直进给量磨削中，应根据横向进给量选择砂轮的垂直进给量。横向进给量大时，垂直进给量应小些，以免影响砂轮和机床的寿命以及加工精度；横向进给量小时，则垂直进给量可适当增大。一般粗磨时，垂直进给量为0.015～0.05mm；精磨时为0.005～0.01mm。6.1磨削加工工艺基础（2）磨垂直面垂直面是指那些与主要基面垂直的平面。磨削垂直面的关键问题是采用何种装夹方法，以达到相邻之间的垂直度要求。几种典型的磨垂直面方法简介如下：a.用精密平口钳装夹工件磨小型垂直面，特别是非磁性材料工件时，通常采用此种方法装夹工件。这种磨削方法较简便，生产率高，且能保证工件的加工精度，如图6-7所示。6.1磨削加工工艺基础图6-7精密平口钳1—固定钳口2—活动钳口3—凸台4—螺杆5—平口钳体6.1磨削加工工艺基础b.用精密角铁装夹工件这种安装方法能达到较高的磨削精度。磨削时，工件以精加工过的面贴紧在角铁的垂直面