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1、第十四章 磨削及光整加工第一节 磨削加工u磨削(grinding)加工：用砂轮在磨床上对零件表面进行 切削加工的方法，是一种精密的加工方法。 u磨削:内外圆柱面、内外圆锥面、平面及凸轮、螺纹、 齿轮花键等成形面的磨削。u磨削不仅可以加工一般的金属材料，如碳素钢、铸铁， 还可以加工一般刀具难以加工的高硬度材料，如淬火钢、 硬质合金等。 一、磨具砂轮l砂轮：一种用结合剂把磨粒粘结起来， 经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有 很多气孔、用磨粒进行切削的固结磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为切削刃 。l砂轮的特性：磨料、粒度、结合剂、硬 度、组织及形状尺寸。砂轮的特征：1. 磨 料直接担负切削 工作
2、。棕刚玉硬度高，韧性大。加工硬度较低的塑 性材料，如中、低 碳钢和低合金钢等 ；白刚玉硬度高于棕刚玉，磨粒易碎 裂，棱角锋利，切削性能好， 磨削热量小等。加工硬度较高的塑性材料， 如高碳钢、高速钢和淬硬钢等 ；主要用于工具、刃具、模具 、齿轮、螺纹、薄壁零件等的 磨削及成型磨削。黑碳化硅加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；绿碳化硅加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、 陶瓷和玻璃等。2. 粒 度磨料颗粒的大小，用粒 度号表示。粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大。粗磨用粗磨料（3046），粒度号较小。精磨用细磨粒（60120），粒度号较大。磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面积较大时
3、，为避 免砂轮堵塞，可采用粗粒度的砂轮。3. 硬 度磨具在外力的作用下磨 料脱落的难易程度。磨具的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度，磨粒难脱落 叫硬度高，反之叫硬度低。国标中对磨具硬度规定了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。工件材料较硬时，选用较软的砂轮；工件与砂轮接触面积大，工件的导热性差时，选用较软的 砂轮；精磨或成形磨削，选用较硬的砂轮；粗磨时应选用较软的砂轮。陶瓷结合剂(V)、 ：外圆、内圆、平面、无心磨 削和成形磨削的砂轮等；树脂结合剂(B) ：切断和开槽的
4、薄片砂轮及高速 磨削砂轮；橡胶结合剂(R) ：无心磨削导轮、抛光砂轮；金属结合剂(M) ：金刚石砂轮等。 4. 结合剂将磨料粘结一起，使砂 轮具有必要的形状和强 度的材料。5. 组 织指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体积比例关系，以磨粒率(磨粒占磨 具体积 的百分率)表示磨具的组织号。 国标中规定了15个组织号：0，1，2，13，14 。0号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏松， 磨粒率最低。普通磨削常用47号组织的砂轮。 组织号越大，磨粒所占体积越小，表明砂轮越疏 松。这样，气孔就越多，砂轮不易被切屑堵塞， 同时可把冷却液或空气带入磨削区，使散热条件 改善。6. 砂轮的形状、尺寸及代号
5、平行砂轮l平行砂轮用途较广，根据尺寸的不同，可用于 内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨和装在砂轮机 上手动粗磨，为各种铸钢、铸铁专用砂轮 斜边砂轮l单斜边砂轮多用于磨削 各种锯齿、铣刀、铰刀 、插齿刀等。n双斜边砂轮主要用 于磨齿轮齿和单线 螺纹。筒形砂轮l 青铜烧结 陶瓷筒形砂轮主要是安装在平面磨床的竖轴上磨平面杯形砂轮l杯形砂轮主要用于 刃磨铣刀、饺刀、扩 孔钻、切纸刀、切烟 叶刀等，也可以用作 平面和内圆磨削。碗形砂轮l碗形砂轮适用于铸件 平面加工、刃磨铣刀、 饺刀、拉刀、盘形车刀 、插齿刀、扩孔钻、磨 道轨平面、磨道叉等。碟形砂轮薄片砂轮砂轮的标记： lP 40040127 WA 60l平
6、行砂轮 外径厚度孔径 磨料 粒度l L 5 V 35l硬度 组织号 结合剂 最高工作线速度(m/s)（CBN）外圆磨砂轮 Cylindrical Grindingl立方氮化硼外圆磨砂轮对硬度高、韧性大、高温强度 高、热传导率低的材料，具有良好的磨削性能。具有加 工加工效率高、精度高、不产生烧伤、裂纹和退火变软 现象，磨具磨损小、寿命长、加工成本低的特点。（CBN）平面磨砂轮 Surface Grinding（CBN）内圆磨砂轮 Internal Grindingl对硬度高、韧性大 、高温强度高、热传 导率低的材料，具有 良好的磨削性能。具 有加工加工效率高、 精度高、不产生烧伤 、裂纹和退火变
7、软现 象，磨具磨损小、寿 命长、加工成本低的 特点。三、磨床l外圆磨床：l普通外圆床和万能外圆磨床l1床身 2头架 3内圆磨头 4砂轮架 5尾座 l7转台 8横向进给手轮 9工作台l床身 床身用于装夹各部件。上部装有工 作台和砂轮架，内部装有液压传动系统。l砂轮架 用于装夹砂轮，并有单独电动 机带动砂轮旋转。砂轮的转动为主运动。它由 单独的电机驱动。砂轮架可沿床身后部横向导 轨前后移动，其方式有手动和快速引进、退出 两种。l工作台 工作台上装有头架和尾座，用以装 夹工件并带动工件旋转。工作台有两层，磨削时 下工作台作纵向往复移动，以带动工件纵向进给 ，其行程长度可借挡块位置调节。上工作台相对
8、下工作台在水平面内可扳转一个不大的角度，以 便磨削圆锥面。l头架 头架内的主轴由单独电动机带动旋 转。主轴端部可装夹顶尖、拨盘或卡盘，以便 装夹工件并带动工件旋转作圆周进给运动。l尾座 尾座的功用是用后顶尖支撑长工件 。它可在工作台上移动，调整位置以装夹不同 长度的工件。万能外圆磨床与普通外圆磨床 的主要区别l万能外圆磨床增设了内圆磨头，且砂轮 架和工件头架的下面均装有转盘，能围绕自身的铅垂轴线扳转一定角度。l因此，万能外圆磨床除了磨粗外圆和锥 度较小的外锥面外，还可以磨削内圆和任 意角度的内外锥面。砂轮架安装在床身上， 由单独电机驱动砂轮高 速旋转，提供主运动； 砂轮架还可以横向移动 ，使砂
9、轮实现横向进给 运动。 工件头架安装在工作台 上，带动工件旋转作圆 周进给运动；头架可在 水平面内扳转一定角度 ，以便磨削内锥面。 工作台沿床身纵向导轨 往复直线移动，带动工件作纵向进给运动。 （2）内圆磨床卧轴矩台平面磨床l1床身 2床鞍 3砂轮 4磨头 5立柱（3）平面磨床n卧轴、立轴 矩台平面磨 床n卧轴、立轴 圆台平面磨 床。外圆面磨削(grinding)既可在外圆磨床 上进行，也可在无心磨床上进行。四、磨削加工方法1.外圆磨削轴类工件常用顶尖安装，其方法与车削基 本相同，但磨床所用顶尖都不随工件一起 转动； 盘套类工件则用心轴和顶尖安装 1）在外圆磨床上磨削工件的安装l外圆磨床上安装
10、工件的方法常用的有顶尖安装、卡盘安装和心轴安装等。顶尖安装 :轴类工件 卡盘和心轴安装工件 a）纵磨法 b）横磨法 c）混合磨法 d）深磨法 砂轮高速旋转为主运动，工件旋转并和磨 床工作台一起往复直线运动分别为圆周进 给运动和纵向进给运动，工件每转一周的 纵向进给量为砂轮宽度的三分之二，致使 磨痕互相重叠。每当工件一次往复行程终 了时，砂轮作周期性的横向进给（背吃刀 量）。（1）.纵磨法散热条件较好； 加工精度和表面质量较高； 具有较大的适应性，可以用一个砂轮加工 不同长度的工件； 生产率较低。 广泛适用于单件、小批生产及精磨，特别 适用于细长轴的磨削。又称切入法，工件不作纵向移动，而由砂 轮
11、以慢速作连续的横向进给，直至磨去全 部磨削余量。（2）横磨法.生产率高， 散热条件差， 工件容易产生热变形和烧伤现象，且因背向 力Fp大，工件易产生弯曲变形。 无纵向进给运动，磨痕明显，工件表面粗糙 度Ra值较纵磨法大。 一般用于大批大量生产中磨削刚性较好、长 度较短的外圆以及两端都有台阶的轴颈。先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相 邻两段间有510mm的搭接，工件上留有 0.010.03mm的余量，然后用纵磨法进行 精磨。 此法综合了横磨法和纵磨法的优点。（3）混合磨法磨削时用较小的纵向进给量（一般取12mm/r），把 全部余量（一般为0.2mm0.6mm）在一次走刀中全部 磨去。 磨削用的
12、砂轮前端修磨成锥形或阶梯形，砂轮的最大 外圆面起精磨和修光作用，锥形或其余阶梯面起粗磨 或半精磨作用。 深磨法的生产率约比纵磨法高一倍，但修整砂轮较复 杂，只适用于大批量生产并允许砂轮越出加工面两端 较大距离的工件。 （4）深磨法磨削时工件放在两个砂轮之间，下方用托板托住，不用顶 尖支持，所以称为无心磨。 两个砂轮中，较小的一个是用橡胶结合剂做的，磨粒较粗 ，以0.16m/s0.5m/s速度回转，此为导轮；另一个是用 来磨削工件的砂轮，以30m/s40m/s速度回转，称为磨削 轮。 导轮轴线相对于工件轴线倾斜一个角度（1050），以 使导轮与工件接触点的线速度v导分解为两个速度，一个 是沿工件
13、圆周切线方向的v工，另一个是沿工件轴线方向 的v通，因此，工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作 轴向进给运动。工件从两个砂轮间通过后，即完成外圆磨 削。 为了使工件与导轮保持线接触，应当将导轮母线修整成双 曲线形。 2）无心外圆磨床上磨削1工件 2磨削轮 3托板 4导轮 优点：生产率高，工件尺寸稳定，不需 用夹具，操作技术要求不高； 缺点：工件圆周面上不允许有键槽或小 平面，对于套筒类零件不能保证内、外 圆的同轴度要求，机床的调整较费时。适用于成批、大量生产光滑的销、轴类 零件 内圆磨削(hole grinding)是孔的精加 工方法之一，可达到的尺寸公差等级 为IT8IT6，表面粗糙度Ra值
14、为1.6 0.4m。 内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆 磨床上进行。2.内圆磨削 磨孔时，砂轮旋转为主 运动，工件低速旋转为 圆周进给运动（其方向 与砂轮旋转方向相反） ，工作台带动工件作纵 向进给运动。切深运动 为砂轮周期性的径向进 给运动（1）可磨淬硬孔； （2）不仅能保证孔本身的尺寸精度和 表面质量，还可以提高孔轴线的直线度 。 （3）同一个砂轮，可以磨削不同直径 的孔。 （4）生产率比铰孔低，比拉孔更低。磨孔的工艺特点： l磨平面：在平面磨床上对平面进行 精加工的方法。l主运动都是砂轮的高速旋转，进给 运动是砂轮、工作台的移动， 3.磨平面平面磨削：周磨和端磨l周磨：利用砂轮的圆周面进
15、行磨削。l工件与砂轮的接触面积小，发热少，排 屑与冷却情况好，加工精度高，但生产 率低，在单件小批生产中应用较广。l端磨：利用砂轮的端面进行磨削。l砂轮轴立式安装，刚性好，可采用较大的切削用量，而 且砂轮与工件的接触面积大，故生产率高。l但精度较周磨差，磨削热较大，切削液进入磨削区较困 难，易使工件受热变形，且砂轮磨损不均匀，影响加工精 度。l平面磨削常作为刨削或铣削后的 精加工，特别是用于磨削淬硬工件 ，以及具有平行表面的零件（如滚 动轴承环、活塞环等）。l经磨削两平面间的尺寸公差等级 可达IT6IT5级，表面粗糙度Ra值 为0.80.2m。l光整加工：精加工以后所进行的精密加工， 目的是为
16、了获得高的表面质量(其中表面粗糙 度Ra值在0.2m以下)和高的加工精度(IT6 IT5)l研磨l珩磨l超级光磨 l抛光第二节 光整加工研磨(lapping)是把研磨剂放在研具与工 件之间，在一定压力作用下研具与工件 作复杂的相对运动，通过研磨剂的微量 切削及化学作用，去除工件表面的微小 余量，以提高尺寸精度、形状精度和降 低表面粗糙度。 一、研磨研磨方法：手工研磨和机械研磨u磨料：机械切削，常用的有刚玉、碳化硅、氧 化硅、氧化铬、氧化铁等，粒度为110m。 u研磨液：冷却、润滑、使磨粒均布在研具表面 ，常用油类磨削液。 u辅助填料：由硬脂酸、石蜡、工业用猪油、蜂 蜡按一定比例混合成的混合脂，起吸附磨料、防 止磨料沉淀和润滑作用，还通过化学作用使工件 表面形成一层极薄的氧化膜，氧化膜很容易磨掉 而不损伤基体，研
