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1、第六章 磨削与光整加工,6.1 磨床与砂轮 6.1.1 磨床 磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，其应用广泛，在机床总数中占的比例较高(25%)。 大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。,常用的磨床有以下几种：,1、外圆磨床 外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床，在普通外圆磨床上可磨削工件的外圆柱面和外圆锥面，在万能外圆磨床上还能磨削内圆柱面和内圆锥面和端面。外圆磨床的主参数为最大磨削直径。 外圆磨床以两顶心为中心，以砂轮
2、为刀具。 外圆磨床主要用于成批轴类零件的端面、外圆及圆锥面的精密磨削，是汽车发动机等行业的主要设备。也适用于军工、航天、一般精密机械加工车间批量小，精度要求高的轴类零件加工。,外圆磨床主机由床身，车头，车尾，磨头，传动吸尘装置等部件构成。车头、磨头可转角度 ，用于修磨顶针及皮辊倒角用。专用夹具，动平衡架，皮辊检测器三部件由客户定购。,2、内圆磨床 由装在头架主轴上的卡盘夹持工件作圆周进给运动，工作台带动砂轮架沿床身导轨（见机床导轨）作纵向往复运动，头架沿滑鞍作横向进给运动（见机床）；头架还可绕竖直轴转至一定角度以磨削锥孔。,3、平面磨床 主要用砂轮旋转研磨工件以使其可达到要求的平整度，根据工作
3、台形状可分为矩形工作台和圆形工作台两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度及长度，圆台平面磨床的主参数为工作台面直径。根据轴类的不同可分为卧轴及立轴磨床之分. 如M7432立轴圆台平面磨床,M7130卧轴矩台平面磨床。,卧轴矩台平面磨床,6.1.2 磨床液压传动的工作原理和特点,1、液压传动的工作原理 磨床工作台液压 传动动画,通过对上面系统的分析可见： 1）液压传动是依靠运动着的液体的压力能来传递动力的。 2）从本质上说，液压传动装置是一种能量转换装置。液压系统工作时，泵将原动机输入的机械能转变为压力能；执行元件（液压缸）将压力能转变为机械能输出。 3）液压传动系统中的油液是在受调节、控
4、制的状态下进行工作的，传动与控制难以截然分开。 4）液压传动系统必须满足它所驱动的运动部件（工作台）在力和速度方面的要求。 5）液压传动系统必须有工作介质：液压油。,2、液压传动系统的组成,1、动力元件：指液压泵。 2、执行元件：指液压缸或液压马达。 3、控制调节元件：指各种类型的液压阀。 （1）压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀。 （2）方向控制阀：单向阀、换向阀。 （3）流量控制阀：节流阀、调速阀。 4、辅助装置：油箱、油管、管接头、压力表、过滤器、蓄能器等。 5、工作介质：指各种类型的液压油。,3、液压传动的优缺点,主要优点 1）便于实现无级调速。 2）体积小，重量轻，惯性小，结构紧凑。
5、 3）工作比较平稳，反应快，冲击小，能高速启动，制动和换向。 4）易于实现自动化。 5）易于实现过载保护，元件能自行润滑，寿命长。 6）易于实现系列化、标准化、通用化。 7）液压传动易于实现回转、直线运动，且元件排列布置灵活。 8）产生的热量可由流动着的油带走，所以可避免在系统某些局部位置产生过度温升。,主要缺点： 1）无法保证严格的传动比。 2）液压传动中有机械损失、压力损失、泄漏损失，效率低，不宜作远距离传动。 3）液压传动对油温和负载变化敏感，不宜于在低、高温度下使用，对污染很敏感。 4）液压传动需要有单独的能源（例液压泵站），液压能不能像电能那样从远处传来，液压元件制造精度高，造价高，
6、所以须组织专业生产。 5）液压传动装置出现故障时不易查找原因，不易迅速排除。 总的来说，液压传动优点较多，缺点正随着生产技术的发展逐步加以克服，因此，液压传动在现代化生产中有着广阔的发展前景。,6.1.3 砂轮 砂轮是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的磨削工具。因此，砂轮由磨料、结合剂及气孔三要素组成。 砂轮的性能参数主要包括以下几个方面：,1 磨料：担负切削工作，在切削过程中受力破碎后能形成尖锐的棱角。磨料应具有高的硬度、耐热性和相当的韧性。常用磨料性能见表6.1。 表6.1 磨料性能及应用范围,2 粒度：磨料颗粒的大小。GB2477-83规定了磨粒和微粉两种粒
7、度号。 1)磨粒：筛选法分类，粒度号以1英寸长度上筛孔数表示。颗粒号越大，磨粒的颗粒越小。粒度号有：4、536、40、46240、280等，共27个号。一般粗磨选角粗的磨粒，如3646；精磨选较细的磨粒，如60120。 2)微粉：粒度号用该级颗粒的实际最大尺寸来表示。粒度号有：W63、W50、W40W1.5、W1.0、W0.5等，共14个等级。多用于研磨等精密加工和超精密加工。 粒度是影响生产率和表面粗糙度的主要参数。磨粒粗，磨削深度增加，生产率高，表面粗糙度增大；磨粒细，磨削深度减小，生产率低，表面粗糙度值减小。磨削软金属时，为减少砂轮堵塞，常用粗磨粒；磨削硬脆材料用细磨粒。,3. 结合剂：
8、粘结磨料的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力主要处决于结合剂的种类和性质。GB2484-84中常用结合剂有： (1)陶瓷结合剂（V）：性能稳定，不怕油、酸、碱的腐蚀，适应各种冷却液，气孔率大，磨削效率高；脆性大，弹性差，不能承受侧向力。适用于V35m/s的内外圆、平面、无心磨削和成形磨削等。 (2)树脂结合剂（B）：由环氧树脂、酚醛树脂等有机化合物组成。强度高、弹性好、耐冲击；耐热性和耐腐蚀性差。适用于切断和开槽的薄片砂轮及V50m/s的高速磨削砂轮。 (3)橡胶结合剂（R）：强度和弹性比树脂结合剂更高；气孔率小，易堵塞，耐热性差，具有较好的抛光作用。适用于无心磨削导轮、抛光砂轮等
9、。 (4)金属结合剂（M）：用青铜作结合剂，韧性和成形性好，强度大，自锐性差。适用于金刚石砂轮和磨具。,4 硬度：磨具工作时在外力作用下磨料颗粒脱落的难易程度。 磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。GB2484-84规定了16个级别。D，E，F（超软）；G，H，J（软）；K，L（中软）；M，N（中）；P，Q，R（中硬）；S，T（硬）；Y（超硬）。普通磨削常用GN级硬度的砂轮。 砂轮的硬度对磨削质量和生产率有很大影响。砂轮硬度过高，磨粒钝化后不能及时脱落，磨屑易堵塞砂轮孔隙，使摩擦力、磨削力和磨削热增加，引起加工面粗糙度增大，生产率下降；而砂轮硬度过低时，磨粒在钝化之前就过早脱落，使砂轮损耗大，
10、并很快失去正确形状。 硬度选取：软材料，硬砂轮；硬材料，软砂轮；成型磨削和精磨，硬砂轮；薄壁、薄片、细长零件磨削，软砂轮，断续表面磨削，硬砂轮。,5. 组织：表示磨具中磨粒、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系，用来表示砂轮结构的松紧程度。 组织号以磨粒所占磨具体积的百分比来确定，磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。 GB2484-84规定了15个组织号：0、1、214，0号最致密，14号最疏松。 组织选取：普通磨削钢和铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精 密磨削，组织紧密砂轮；韧性大硬度不高的材料，组织疏松砂轮；硬质合金、热敏性材料（如磁钢）、有色金属，组织更疏松的大气孔砂轮。,6 形状和尺寸
11、,6.1.4 磨削过程,磨削过程的实质: 磨削也是一种切削加工。砂轮表面上分布着为数甚多的磨粒，每个磨粒相当于多刃铣刀的一个刀齿，因此磨削过程可以看作是众多刀齿铣刀的一种超高速铣削。 砂轮表面磨粒形状各异，排列很不 规则，其间距和高低随机分布。据测量， 刚修正后的刚玉砂轮， 平均为 6580 ，磨削一段时间后增大 到85。由此可见，磨削时是负前角 切削，且负前角远远大于一般刀具切削 的负前角。负前角切削是磨削加工的一 大特点。,磨粒的切削过程如图所示。 （1）砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒，切入工件较深且有切屑产生，起切削作用（图a）。 （2）突起高度较小和较钝的磨粒，只能在工件表面刻画
12、细微的沟痕，工件材料被挤向两旁而隆起，此时无明显切屑产生，仅起刻划作用（图b）。 （3）比较凹下和已经钝化的磨粒，既不切削也不刻划，只能从工件表面滑擦而过，起摩擦抛光作用。 磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光的综合作用过程，由此可获得较小的表面粗糙度值。粗磨时以切削作用为主，精磨时切削作用和摩擦抛光作用同时并存。,6.2 磨削加工,磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等，如图所示。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。,6.2.1 外圆磨削,外圆磨削是用砂轮外圆
13、周面来磨削工件的外回转表面。它不仅能加工圆柱面端面（台阶部分），还能加工球面和特殊形状的外表面等。,1、工件的装夹方法,轴类工件常用顶尖装夹，其方法与车削基本相同，但磨床所用的顶尖不随工件转动，以避免主轴与轴承的制造、轴间间隙、顶尖同轴度等带来误差。精加工所用的中心孔的质量对加工精度影响较大，因此加工中要保证中心孔的质量。 盘套类工件用心轴和顶尖装夹。所用心轴与车削用的心轴相同，只是形状和位置精度以及表面粗糙度要求严格。 磨削短又无中心孔的轴类工件时，可用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹。,2、磨削余量,一般磨削分为粗磨与精磨，磨削总余量为0.30.5mm。粗磨余量约占总余量的7/109/10
14、；精磨余量按加工情况确定，一般为0.050.10mm。,3、磨削用量,1）磨削速度 普通外圆磨削砂轮旋转是主运动。提高磨削速度可以提高生产率并减小表面粗糙度值，但磨削速度受砂轮强度和机床刚性限制。磨外圆和平面时磨削速度为3035m/s，高速磨削时可达50m/s。 2）横向进给量fr fr是工作台每双（单）行程内砂轮相对于工件径向移动的距离，单位是mm/dstr（毫米/双行程）或mm/str（毫米/单行程）。 3）纵向进给量fa fa是工件每转一转相对砂轮沿轴向移动的距离，单位是mm/r。一般fa =KT。 4）工件圆周速度（工件圆周进给量）vw Vw指工件圆周的线速度，单位是m/s或m/min
15、。,4、常用磨削方法,（1）纵磨法 纵磨时，砂轮的旋转为主运动，工件旋转为圆周进给运动，工件随工作台的直线往复运动为纵向进给运动，每单行程或往复行程终了时，砂轮作周期性的径向进给（即磨削吃刀量）。由于每次的磨削吃刀量小，因而磨削力小，磨削热少；由于工件作纵向进给运动，故散热条件较好。在接近最后尺寸时可作几次无径向进给的“光磨”行程，直至火花消失为止，以减小工件因工艺系统弹性变形所引起的误差。因此，纵磨法的精度高，表面粗糙度Ra值小。但生产率低，因而适用于单件小批生产及精磨中。,（2）横磨法 采用横磨法磨削外圆时，砂轮宽度比工件的磨削宽度大，工件不需作纵向（工件轴向）进给运动，砂轮以缓慢的速度连
16、续地或断续地沿作横向进给运动，实现对工件的径向进给fr，直至磨削达到尺寸要求。其特点是：充分发挥了砂轮的切削能力，磨削效率高，同时也适用于成形磨削。然而，在磨削过程中砂轮与工件接触面积大，使得磨削力增大，工件易发生变形和烧伤。另外，砂轮形状误差直接影响工件几何形状精度，磨削精度较低，表面粗糙度值较大。因而必须使用功率大，刚性好的磨床，磨削的同时必须给予充分的切削液以达到降温的目的。使用横磨法，要求工艺系统刚性要好，工件宜短不宜长。短阶梯轴轴颈的精磨工序，通常采用这种磨削方法。,（3）复合磨削法 是纵磨法和横磨法的综合运用，即先用横磨法将工件分段粗磨，各段留精磨余量，相邻两段有一定量的重叠，最后，再用纵磨法进行精磨。复合磨削法兼有横磨法效率高、纵磨法质量好的优点。 （4） 深磨法 是在一次纵向进给中磨去全部磨削余量。磨削时，砂轮修整成一端有锥面或阶梯状，工件的圆周进给速度与纵向进给速度都很慢。此方法生产率较高，但砂轮修整复杂，并且要求工件的结构必须保证砂轮有足够的切入和切出长度。,（5）无心磨削
