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1、第二章 精密磨削加工,磨削用磨料、磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行加工,磨削：精加工工艺（半精加工）,2-1 概述 一、磨削加工特点 高硬度：淬火钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等非金属，但不能加工塑性好的有色合金 高质量：0.以下0.0（0.020.01镜面磨削），以上 （1）磨粒上锋利的微切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小到数微米； （2）磨床有较高的精度和刚度，并有实现微量进给机构，可以实现微量切削； （3）磨削的切削速度高，因此，磨削时有很多切削刃同时参与切削，每个磨刃只切下极细薄的金属，残留面积的高度小，有利于形成光洁的表面；,高温：磨削热90左右传给工件
2、、烧伤、微裂纹大量切削液 径向分力最大：振动变形等。光磨 自锐性：磨削过程中，磨粒的破碎将产生新的锋利的切削刃、同时磨粒的脱离使新的锋利的磨粒投入切削，从而使得砂轮的切削性能得到部分恢复。合理利用自锐性 游离磨料加工一样会有这个问题 加工各种表面：平面、内外圆面、成型面 机床总数的3040,分类,砂 轮,内圆磨砂轮,超硬磨料砂轮,平形金刚石砂轮,超硬磨料砂轮,碗形金刚石砂轮 碟形金刚石砂轮 磨削各种刀具,砂条,油石,二、精密磨削加工分类,1、固结磨料加工 烧结、粘结、涂敷砂轮、砂带、油石、砂条等 固结磨具 精密磨削60200目精度10.1m，Ra0.1以下 超精密磨削：W40（400目）W5
3、0.1m ，Ra0.025 磨料：CBN、金刚石、SiC、Al2O3等,磨料,分类：天然磨料、人造磨料。,天然磨料由于价格昂贵、含杂质多、性质不均匀，因此，主要用人造磨料做砂轮。,生产中使用的磨料有氧化物（刚玉类）系、碳化物系和超硬磨料,氧化物系（刚玉类）磨料：比碳化物系磨料韧性好，但硬度差。因此，用于磨削各种钢类工件,碳化物系磨料：用于磨削铸铁类、黄铜、青铜（脆性材料）、铝及硬质合金等硬脆工件,金刚石是最硬的磨料，高弹性模量，导热系数大、摩擦系数小，适于加工硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬质材料。但不宜加工铁族金属，因为它与Fe在高温下化学稳定性差，易磨损。单晶金刚石刀具不宜加工硬脆材料。,细金
4、刚石,超硬磨料,美耐皿,立方氮化硼（CBN） 硬度仅次于金刚石， 但抗热冲击性、 抗弯强度比金刚石好得多， 可用于磨削高硬度高强度钢等材料。 立方氮化硼易与水反应，生成氨和硼酸，故在磨削时不易用含水的磨削液。,超硬磨料加工的特点： 高硬度： 耐用度高：易保证加工的质量，修整次数少 磨削效率高 磨削力小、磨削温度低：应力裂纹烧伤少 加工综合成本低 加工：陶瓷、硬质合金、玻璃、宝石,（2）磨料粒度及其选择： 选择依据：加工质量，生产率等 粗磨料粒度用筛分法测量，分27级F4-F220 微粉磨料粒度分为F系列和J系列 F 230-F1200(F2000) J系列磨粉：#240-#3000（#8000
5、） 超硬磨料：F320-F240到F2000-F1200,（3）结合剂：树脂B、陶瓷V、金属M、橡胶R 影响砂轮硬度、自锐性、化学稳定性、修整方法等,（4）组织浓度及其选择： 普通砂轮用组织表示磨料的含量 紧密、中等、疏松三个级别 0-3 4-7 8-12 13个小级别 超硬磨料的磨具用浓度表示磨料的含量： 每1cm3体积内超硬磨料的数量,金刚石磨粒 浓度：砂轮磨料层中单位体积内，金刚石磨料的含量。 浓度有25，50，75，100和150五种。 其含义为超硬磨料的体积占25%时，浓度为100% ； 浓度25：指单位磨料层体积内含人造金刚石磨粒1.1克拉（1克拉=0.2克），每增加25即增加1.
6、1克拉磨料。 浓度与磨削效率和磨削成本有很大关系。浓度越高，砂轮的耐磨性和磨削效率越高，但成本增加。,金刚石磨料磨具 树脂粘结剂，常用浓度50-75% 陶瓷粘结剂，常用浓度75-100% 青铜粘结剂，常用浓度100-150% 电镀的质量浓度150-200%,CBN磨料磨具 树脂粘结剂，常用浓度100% 陶瓷粘结剂，常用浓度100-150%,成型磨削、沟槽、宽接触面平面磨削：浓度高减少磨具变形 半精磨削：中等浓度 精加工：低浓度防磨具表面堵塞、发热,（5）硬度及其选择： 超硬磨料磨具硬度高，无硬度指标 软中硬7个级别 精密磨削、成型磨削：硬磨具 镜面磨削：软磨具 材料硬度高：软磨具 工件导热性差
7、：软磨具 有色合金等软工件材料：软磨具，防止堵塞 内圆、平面磨削，要比外圆磨削用磨具硬度低 接触面积大用软磨具 细粒度的磨具要硬度低，防堵塞,（6）磨具强度 磨具抵抗离心力作用而自身破碎的能力。限制最高线速度。金刚石砂轮具有超高的切削速度，可以达到100300m/s （7）磨具的基体材料 金属粘结剂用铁、铜合金； 树脂粘结剂磨具用铝合金、电木 陶瓷粘结剂磨具用陶瓷,树脂粘结剂的金刚石砂轮，铝合金基体,超硬磨料砂轮 (1) 人造金刚石砂轮：由磨料层、过渡层和基体三部分组成。 磨料层：由人造金刚石磨粒和结合剂组成，其厚度1.55mm； 过渡层：仅是一层结合剂，是将磨料层与基体连接起来，同时能充分利
8、用磨料层而不会磨损基体； 基体：是砂轮的主体，基体形状不同，可得到不同型式的砂轮。通常基体用铝、铜或钢制成。,2.精密和超精密涂覆磨具,涂覆磨具是将磨料用粘结剂均匀涂覆在纸、布或其他复合材料基底上。 常用涂覆磨具有：砂纸、砂布、砂带、砂盘等,砂盘机,砂纸、砂带、砂盘、砂布套等 磨料：刚玉、SiC、氧化铁、金刚石 粒度较细：一般用于精密和超精密加工 粘结剂：底胶、粘结剂、覆胶,动物胶 ：皮胶、骨胶、明胶，易吸潮，价低，用于干磨，油磨 树脂：耐热、耐水、耐湿 ，用于难磨材料，型面的磨削、抛光 高分子化合物（如聚醋酸乙烯脂），用于精密磨削，性能好、成本高,钢纸磨片以钢纸为基体，用合成树脂将磨料固结在
9、基体上而制成的片状磨具。 适用范围：钢纸磨片可对金属材料制成的各种复杂型面进行除漆、除锈、除毛刺、磨焊缝等粗加工，广泛应用于制船、航空、机车、桥梁等行业。,砂纸套,涂覆方法,涂覆方法 重力落砂法-一般砂纸 涂覆法-精密磨削用 静电植砂法,砂粒的大头朝里，小头尖头朝外,高压发生器最高6万伏和12万伏直流的能力，只能生产500m以下的碳化硅砂粒和250m以下的棕刚玉砂粒。 比500m更粗的砂布砂纸一般都由重力植砂工艺生产。,2-2 普通磨料砂轮的精密磨削,精密磨削：加工精度10.1m，Ra0.20.025m的磨削工艺。 一般用氧化铝和碳化硅砂轮。,2-2 普通磨料砂轮的精密磨削,一、精密磨床 1.
10、精密磨床的特点 高的几何精度 砂轮主轴的回转精度（径向跳动1m，精密机床0.1）、导轨直线度 液体静压轴承刚性差 整体多油楔式动压轴承、动静压组合轴承刚性好，速度高(磨削速度高，适合采用动压轴承)，多用 短三块或长三块瓦油膜轴承、动、静压轴承砂轮轴承是三块瓦式油膜轴承,静压滑动轴承在高速旋转的情况下负载突然增大时易磨损， 高速会造成冲击,启动和停止时的干摩擦和主轴的磨损；,靠液体润滑剂动压力形成的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。液体润滑剂是被两摩擦面的相对运动带入两摩擦面之间的。,产生液体动压力的条件是：两摩擦面有足够的相对运动速度； 润滑剂有适当的粘度；两表面间的间隙是收敛的,固定瓦
11、：有阿基米德曲线油槽(图1(a)， 有偏心圆弧曲线油槽(图1(b)， 活动瓦块挠支点B摆动能自动调整间隙，形成油楔(图1(c),液体动静压轴承 通过动力润滑挤压效应和多腔对置结构增加了主轴刚度； 高压油膜的均化作用和良好的抗振性能保证主轴具有很高的旋转精度和运转平衡性 。,动静压轴承：综合了动压和静压轴承的优点、克服了其缺点。 没有了动压轴承启动和停止时的干摩擦和主轴的磨损；比静压轴承的承载能力高。 主轴和轴承的使用寿命高、精度保持性好；动静压组合提高了刚度；,低速进给运动：砂轮修整要求很小的进给 砂轮外圆的形状会复制到工件表面,1015mm/min 纵向进给量要小0.01mm/r,减振、隔振
12、性：电机、砂轮、地基 减少热变形： 内热源（如摩擦等）造成机床变形工件与砂轮的位置变化。恒温200.5，预运行4h到热平衡 外热源造成工件、砂轮变形大量磨削液 微量进给装置250 m ，分辨率0.1 m以下，位移精度0.2m以下,2.精密磨床的结构 类似 精密切削加工机床 高速高精度的磨床主轴、 导轨与微进给机构， 精密的磨具及其平衡与修整技术， 磨削环境的净化温度、洁净度、湿度、振动 冷却方式等,1）.微量进给机构：压电、电致伸缩传感器 刚度高、自振频率高500Hz（响应快）。,2）.机床的稳定性和减振 稳定性要求： 各部件尺寸稳定性：材料的热膨胀系数小（陶瓷、花岗岩、铸铁等），且组织稳定热
13、处理 结构刚性好、变形小：截面厚大、加筋 减振： 运动件的动平衡、机床的减振性、单独地基、空气隔振垫等,震源： 高速运动的部件（电机、主轴） 电机、主轴的偏心 轴承的振荡 滚珠丝杆和螺母的不同心 导轨运动部件直线运动速度的变化 工件的偏心,提高抗振性： 很大的床身以降低它的自振频率、床身6.4*4.6*1.5的巨大花岗岩 使用振动衰减能力强的材料做作构件 人造花岗岩花天然岗岩铸铁钢 床身钢焊接结构，中间用人造花岗岩填充，减振性很好,隔离振源 隔振沟、隔振墙（中空）、空气隔振垫 空压机（空气轴承用）、泵（冷却水、油）移走 水泵（提供恒温水）不直接供水，而是打入水箱，靠水的自重流动 地基足够深、周
14、围隔振沟、沟内使用吸振材料 地基隔振弹簧（隔振频率不够低、少用）,减振垫,3）.减少热变形和恒温控制 如100mm的铝件，温度变化1，产生长度变化2.25m，而精密加工的精度要求可以达到0.1 m，所以要求温度变化很小。 减少热变形的措施 减少热源：空气轴承代液体静压轴承、电动机、步进电机、激光器放在床身的外侧，减少电动机发热量的影响。 膨胀系数小的材料：铟钢、合金铸铁、陶瓷、花岗岩、系数接近零的微晶玻璃 机床结构有利于减少变形对称结构 机床预运行，调整到热平衡；附加热源，在不工作时，释放热量，保持恒定温度。 大量恒温液体喷淋（150L/min) 、恒温室,主轴的传动方式： 带传动 柔性联轴器
15、 内装电机 导轨的结构 滚动导轨 液体静压导轨 空气静压导轨 气浮导轨,二、精密磨削过程及磨削力 .磨削过程：,弹性变形 二边凸起 形成飞边 形成切屑 凸起和飞边等于增加了其他磨粒的切削深度，由其他磨粒将凸起切除, 弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件 塑性变形：磨粒切入工件，材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生 切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出 具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有,图3-14 磨屑形成过程 a）平面示意图 b）截面示意图,磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光的综合作用 可以获得较小的表面粗糙度值。 粗磨以切削
16、作用为主，精磨时切削作用和摩擦抛光作用同时并存。,磨屑的形态,磨粒顶锥角80 145，前角很负，切削力大 刃口圆弧半径nn*10微米，磨损后，增加 表面10磨粒参与切削，切削深度在某一范围,磨损后：前角更负 刃口圆弧半径增加,磨粒的形状,2. 磨削力 磨削过程中，磨粒的几何形状、刃口半径大小、磨削参数影响磨削力。 （1）与切削刀具切削力相比有如下特点： 单位切削力大，根据不同磨削情况，单位磨削力在 70200 GPa 之间，而其他切削时，单位切削力都在 7 GPa 以下； 三个分力中，磨削最大分力为径向力（切深力）Fy，大的径向力影响系统振动，从而使磨削质量下降。 Fy：Fz 2.02.5,（2）磨削力 的影响因素 砂轮速度，磨削力（进给量、切深不变，更多的磨粒切削，单个磨粒切削材料量减少（单位时间总的切削层
