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1、学习情境一 外圆面加工1.2子任务二 磨削加工外圆面1.2.1 工作任务光滑轴的磨削加工（零件图样见图1-35）。图1-35 光轴零件图样1.2.2 学习目标1.2.2.1 知识目标1. 熟悉磨削的工艺特点及应用范围；2. 了解磨床的类型及组成，并能熟练操作磨床；3. 明确砂轮的性能指标；4. 掌握外圆磨削加工工艺；5. 了解外圆表面的精密加工与装备以及外圆面加工方案的确定。1.2.2.2 能力目标1. 能够熟练操作磨床并加工零件；2. 能够合理选择砂轮类型并能够正确装夹；3. 熟练运用外圆磨削加工工艺。4. 能够正确制定外圆面磨削加工工艺过程。1.2.2.3 素质目标1. 培养学生的知识应用
2、能力、学习能力和动手能力；2. 培养学生团队协作能力、成员协调能力和决策能力；3. 具备良好的沟通能力及评价自我和他人的能力。4. 强烈的责任感和良好的工作习惯；5. 培养节约及保护环境的意识。1.2.3 任务资讯本任务中，光滑轴的精度要求较高，而磨削是使用砂轮或者其他磨具精加工工件的过程。磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工。对工件进行磨削加工前，必须了解以下知识。1.2.3.1 知识链接1磨削加工概述1磨削加工的工艺特点磨削是一种重要的零件精加工方法，其主要工艺特点如下。 精度高、表面粗糙度小。由于砂轮具有极多切削刃，刀刃圆弧半径小，加工时实际上是多刃
3、微量切削。同时，磨床精度、刚性和稳定性都较好，磨削时切削速度高，因此可以达到高的精度和小的表面粗糙度。 砂轮具有自锐作用。砂轮在磨削过程中，磨粒在高速、高温和高压作用下逐渐磨损变得圆钝，切削力下降，作用在磨粒上的外力增大，该力超过磨粒的强度极限时，磨粒破碎，产生新的较锋利的棱角，露出一层新鲜锋利的磨粒继续磨削，这就是砂轮的自锐作用。由于砂轮的自锐作用，可以不必在加工中更换刀具，节约辅助加工时间。同时，砂轮可以始终维持锋利的刀刃进行切削，以提高加工质量和效率。 背向磨削力大。砂轮磨削时，背向磨削力凡大于磨削力F,，而且材料塑性越小，其值越大。由于背向磨削力作用在由机床、夹具、工件和刀具组成的工艺
4、系统刚度最差的方向上，因此容易使工艺系统产生变形，影响零件加工精度。上述砂轮磨削力分析如图1-36所示。 图1-36 砂轮磨削力分析 图1-37 磨削加工误差分析 磨削温度高。磨削的切削速度是普通切削的1020倍，且磨削过程中挤压和摩擦严重，产生的切削热较多，加之砂轮传热性能差，因此磨削温度高。高的磨削温度容易烧伤工件表面，使淬火钢表面退火，硬度降低。同时，高温下工件变软易堵塞砂轮，影响工件表面质量。由于工艺系统的变形，在磨削细长零件时，工件弯曲将导致零件产生鼓形误差，图1-37所示。同时，由于变形后实际背吃刀量比要求值小，所以磨削加工时，最后要少进刀或不进刀光磨走刀几次以消除由于变形产生的误
5、差。2磨削加工的应用 磨削过去一般常用于半精加工和精加工，随着机械制造技术的发展，磨床、砂轮、磨削工艺和冷却技术等都有了较大的改进，磨削已能经济地、高效地切除大量金属。又由于日益广泛地采用精密铸造、模锻、精密冷拔等先进的毛坯制造工艺，毛坯的加工余量较小，可不经车削、铣削等粗加工，直接利用磨削加工，达到较高的精度和表面质量要求。因此，磨削加工获得了越来越广泛的应用和迅速的发展，目前，在工业发达国家中磨床占机床总数的3040%，据推断，磨床所占比例今后还要增加。 磨削可以加工的零件材料范围广泛，既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，又能够加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料
6、。但是，磨削不宜精加工塑性较大的有色金属材料。磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹、齿轮形等各种各样的表面，如图1-38所示，还常用于各种刀具的刃磨。图1-38 磨削加工范围1.2.3.2 知识链接2磨削装备 磨削的使用范围日益扩大，它在金属切削机床中所占的比重不断上升，目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达3040%。1磨床 用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床的种类很多，主要类型有以下几种。（1）外圆磨床。外圆磨床主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架、内圆磨头、砂轮等部分组成，如图1-39所示。工件安装在头架的主
7、轴和尾座的顶尖之间，由头架上的电动机带动旋转，砂轮装在砂轮架的主轴上，由另一台电动机带动旋转，且砂轮架可以前后移动，工作台在床身上可做纵向往复运动，靠液压传动实现。1一床身；2-头架；3一内圆磨具；4一砂轮架；5-尾架；6-沿鞍；7一转动横向进给手轮；8一工作台；图1-39 M1432A型万能外圆磨床结构图 外圆磨床应用广泛，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面以及轴肩端面。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可以磨削内孔和锥度较大的内外圆锥面。外圆磨床包括普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、数控外圆磨床等。图1-40所示为无心外圆磨床和数控外圆磨床。 (a）无心外圆磨床 (b）数控外圆磨床图1-
8、40 外圆磨床 (2）内圆磨床。内圆磨床砂轮主轴转速较高，可以磨削圆柱、圆锥形内孔表面，普通内圆磨床主要用于单件和小批生产，在大批生产中可以使用半自动或自动内圆磨床。 内圆磨床包括普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床、数控内圆磨床等。图1-41所示为普通内圆磨床和数控内圆磨床。(3）平面磨床。平面磨床主要由床身、工作台、磨头、立柱、砂轮修整器等部分组成，如图1-42所示。工件由工作台上的电磁吸盘固定；工作台由液压传动实现往复运动；砂轮装在磨头上，由电动机直接驱动；磨头可沿着托板的水平导轴作横向进给运动；托板则沿着立柱的垂直导轴上下移动，实现垂直进给。平面磨床一般用于加工平面，通常将工件通
9、过电磁力固定在电磁工作台上，然后用砂轮圆周或者端面磨削零件上的平整表面。平面磨床包括普通平面磨床、精密平面磨床、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。图1-43所示为普通平面磨床和精密平面磨床。图1-41内圆磨床 1-工作台手柄；2-箱头；3-拖板；4-横向进给手轮；5-砂轮修整器；6-立柱；7-行程挡块；8-工作合；9-垂直进给手轮；图1-42 M7120A平面磨床结构图 ( a ）普通平面磨床 ( b ）精密平面磨床图1-43 平面磨床（4）工具磨床。工具磨床专用于工具制造和刀具刃磨，多用于工具制造厂及机械制造厂的工具车间。其结构图如图1-44所示。工具
10、磨床包括普通工具磨床、万能工具磨床、数控工具磨床、工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。图1-45所示为万能工具磨床和数控工具磨床。1一床身；2-横向进给手柄；3一工作台； 4一尾座；5一砂轮架；6一头架；7-换向撞块；8一纵向进给手柄；9一换向手柄；图1-44 M6020A万能工具磨床结构图 (a）万能工具磨床 (b数控工具磨床图1-45 工具磨床2砂轮砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是由一定比例的硬度很高的粒状磨料和结合剂压制烧结而成的多孔物体，其结构如图1-46所示。磨削时能否取得较高的加工质量和生产率，与砂轮的选择合理与否关系重要。砂轮的性能主要取决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度、组织
11、、形状尺寸等因素。图1-46 砂轮的构造（1）磨料。砂轮的磨料应具有很高的硬度、耐热性，适当的韧度和强度及边刃。常用磨料如表1-3所示。表1-3 磨料的性能、代号和用途磨料名称代号主要成分颜色力学性能热稳定性适合磨削范围刚玉类棕刚玉AA1203 95 % TiO223 %褐色韧性好硬度大2 100 熔融碳钢、合金钢、铸铁白刚玉WAA1203 95%白色淬火钢、高速钢碳化硅类黑碳化硅CSiC95 %黑色1500 氧化铸铁、黄铜、非金属材料绿碳化硅GCSiC 99 %绿色硬质合金钢高硬磨类氮化硅CBN立方氮化硼黑色高硬度高强度700 石墨化硬质合金钢、宝石（2）磨粒。粒度表示磨粒的大小程度。其表示
12、方法有两种，如表1-4所示。表1-4 粒度的代号、尺寸及用途粒度号颗粒尺寸范围选用范围粒度号颗粒尺寸范围选用范围1236#20001600500400粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺W40W2840282820研磨、珩磨4680400315200160粗磨、半精磨、精磨W20W1420141410研磨、超级加工、超精磨削100280#1651255040精磨、成形磨、刀具刃磨、珩磨W10W510753.5研磨、超级加工、镜面磨削以磨粒所能通过的筛网上每英寸上的孔数作为粒度。粒度号为4240号，粒度号越大，则磨料的颗粒越细。粒度号比240#号还要细的磨粒称为微粉。微粉的粒度用实测的实际最大尺寸，并
13、在前冠以字母“W”来表示。粒度号为W63W0.5，例如W7，即表示此种微粉的最大尺寸为7gm,粒度号越小，微粉颗粒越细。粒度的大小主要影响加工表面的粗糙度和生产率。一般来说，粒度号越大，则加工表面的粗糙度越小，生产率越低。所以精加工宜选粒度号小（颗粒较粗）的砂轮，粗加工则选用粒度号大（颗粒较细）的砂轮，而微粉则用于精磨、超精磨等加工。 (3)结合剂。结合剂的作用是将磨料薪合成具有各种形状及尺寸的砂轮，并使砂轮具有一定的强度、硬度、气孔和抗腐蚀、抗潮湿等性能。砂轮的强度、耐热性和耐磨性等重要指标，在很大的程度上取决于结合剂的特性。作为砂轮结合剂应具有的基本要求是：与磨粒不发生化学作用，能持久地保
14、持其对磨粒的黏结强度，并保证所制砂轮在磨削时安全可靠。常用结合剂的性能及适用范围如表1-5所示。表1-5 常用结合剂的性能及适应范围结合剂代号性能使用范围陶瓷V耐热耐蚀，气孔率大，易保持轮廓形状，弹性差最常用，适用于各类磨削加工树脂B强度比陶瓷高，弹性好，耐热性差 用于高速磨削、切削、开槽橡胶R强度比树脂高，更有弹性，气孔率小，耐热性差用于切断和开槽以及无心磨的导轮青铜J强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差适用于金刚石砂轮(4）硬度。砂轮的硬度是指结合剂对磨料粘结能力的大小。砂轮的硬度是由结合剂的粘结强度决定的，而不是靠磨料的硬度。在同样的条件和一定外力作用下，若磨料很容易从砂轮上脱落，砂轮的硬度就比较低（或称为软）；反之，砂轮的硬度就比较高（或称为硬）。砂轮的硬度等级及代号如表1-6所示。表1-6 砂轮的硬度等级及代号大级名称超软软中软中硬硬超硬小级名称超软软1软2软3中软1中软2中软3中软4中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬D
