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1、精密与特种加工精密与特种加工第第2 2章章 精密磨削加工精密磨削加工2.12.1 概述概述2.2 2.2 精密磨削加工机理精密磨削加工机理2.3 2.3 精密磨削加工的机床及应用精密磨削加工的机床及应用2.4 2.4 超精密磨削加工简介超精密磨削加工简介 第第2章章 精密磨削加工精密磨削加工2.12.1 概述概述Introduction 磨削工艺是较早使用的加工工艺方法磨削工艺是较早使用的加工工艺方法磨削工艺是较早使用的加工工艺方法磨削工艺是较早使用的加工工艺方法. . 日常生活也使用此方法日常生活也使用此方法日常生活也使用此方法日常生活也使用此方法. . 磨削工艺本身就是精加工或半精加工磨削
2、工艺本身就是精加工或半精加工磨削工艺本身就是精加工或半精加工磨削工艺本身就是精加工或半精加工. . 我国自动化机床也是从磨床开始的我国自动化机床也是从磨床开始的我国自动化机床也是从磨床开始的我国自动化机床也是从磨床开始的.(20.(20世纪世纪世纪世纪3030年代年代年代年代, ,上海上海上海上海) ) 磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床磨削加工机床是世界上加工机床最多的机床, ,占占占占30%.30%.第第2章章 精密磨削加工精密磨削加工磨磨削削除除可可以以加加工工铸铸铁铁、碳碳钢钢、合合金金钢钢等等一一般般结结
3、构构材材料料外外，还还能能加加工工一一般般刀刀具具难难以以切切削削的的高高硬硬度度材材料料，但但不不宜宜精精加加工工塑塑性性较较大大的的有有色色金金属属工工件。件。磨磨削削加加工工的的精精度度高高，表表面面粗粗糙糙度度值值小小。精精度度可可达达 IT5IT5及及 IT5IT5以以 上上 ； 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 值值 RaRa为为1.251.250.010.01m m，镜面磨削时，镜面磨削时RaRa为为0.040.040.010.01m m。磨削的径向磨削力磨削的径向磨削力FyFy大，且作用在工艺系统刚大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上。性较差的方向上。( (故一般要有防止措施故一般
4、要有防止措施) )2.1.1 概概 述述磨削的基本特点磨削的基本特点2.1.1 概概 述述磨磨削削温温度度高高。磨磨削削产产生生的的切切削削热热多多，8080一一9090传传入入工工件件，10101515传传入入砂砂轮轮，l l1010由由磨磨屑屑带带走走。砂砂轮轮的的导导热热性性很很差差，在在磨磨削削区区形形成成瞬瞬时时高高温温。( (因此因此: :磨削时采用大量的切削液降低磨削温度磨削时采用大量的切削液降低磨削温度|)砂砂轮轮有有自自锐锐作作用用。在在磨磨削削过过程程中中，磨磨粒粒的的破破碎碎将将产产生生新新的的较较锋锋利利的的棱棱角角，同同时时由由于于磨磨粒粒的的脱脱落落而而露露出出一一
5、层层新新的的锋锋利利的的磨磨粒粒，它它们们能能够够使使砂砂轮轮的的切切削削能能力力得到部分的恢复，这种现象叫做砂轮的自锐作用。得到部分的恢复，这种现象叫做砂轮的自锐作用。2.1.1 概概 述述磨磨削削加加工工的的工工艺艺范范围围广广。磨磨削削不不仅仅可可以以加加工工外外圆圆面面、内内圆圆面面、平平面面、成成形形面面、螺螺纹纹、齿齿形形等等各种表面，还常用于各种刀具的刃磨。各种表面，还常用于各种刀具的刃磨。磨磨削削在在切切削削加加工工中中的的比比重重日日益益增增大大。在在工工业业发发达达国国家家磨磨床床在在机机床床总总数数中中的的比比重重已已占占到到30304040，且有不断增长的趋势。，且有不
6、断增长的趋势。定义精密磨削加工精密磨削加工是利用是利用是利用是利用细粒度的磨粒或微粉细粒度的磨粒或微粉细粒度的磨粒或微粉细粒度的磨粒或微粉对黑对黑对黑对黑色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具度和小表面粗糙度值。它是用微小的多刃刀具去除细微切屑的一种加工方法。去除细微切屑的一种加工方法。去除细微切屑的一种加工方法。去除细微切屑的一种加工方法。一般多指砂轮磨
7、削和砂带磨削。一般多指砂轮磨削和砂带磨削。一般多指砂轮磨削和砂带磨削。一般多指砂轮磨削和砂带磨削。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类固结磨料加工固结磨料加工固结磨料加工固结磨料加工 磨料磨料磨料磨料 加工加工加工加工分类-按磨具形状按磨具形状/ /使用方法使用方法磨削:砂轮磨削、砂带磨削研磨超精加工珩磨砂带研抛超精研抛游离磨料加工游离磨料加工游离磨料加工游离磨料加工抛光研磨:干式研磨、湿式研磨、磁性研磨精密研磨滚磨:回转式、振动式、离心式、主轴式、涡流式珩磨:挤压珩磨喷射珩磨固结磨料加工2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分
8、类 将将一一定定粒粒度度的的磨磨粒粒或或微微粉粉与与结结合合剂剂粘粘结结在在一一起起，形形成成一一定定形形状状并并具具有有一一定定强强度度，再再采采用用烧烧结结、粘粘结结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。 其其中中用用烧烧结结方方法法形形成成砂砂轮轮、砂砂条条、油油石石等等称称为为固固结结磨磨具具；用用涂涂敷敷方方法法形形成成砂砂带带称称为为涂涂覆覆磨磨具具或或涂涂敷磨具敷磨具。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类 精精密密砂砂轮轮磨磨削削是是利利用用精精细细修修整整的的粒粒度度为为6060# #8080# #的的砂砂轮轮
9、进进行行磨磨削削，其其加加工工精精度度可可达达1 10.10.1m m，表面粗糙度值，表面粗糙度值RaRa可达可达0.20.20.250.25m m。 注注: : 60#粒度粒度.指每英寸长度上指每英寸长度上60个孔眼个孔眼. 具体查阅具体查阅粒度号及公称尺寸和适用范围粒度号及公称尺寸和适用范围GB2477 标准中有标准中有4#270#，共，共27级。级。固结磨具超超精精密密砂砂轮轮磨磨削削是是利利用用经经过过精精细细修修整整的的粒粒度度为为W40W40W5W5的的砂砂轮轮进进行行磨磨削削，可可以以获获得得加加工工精精度度为为0.10.1m m，表表面面粗粗糙糙度度值值为为RaO.025RaO
10、.0250.0080.008m m的的加加工表面。工表面。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q磨料及其选择 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类v金刚石金刚石金刚石金刚石又分为天然和人造两大类。又分为天然和人造两大类。 天天然然金金刚刚石石有有透透明明、半半透透明明和和不不透透明明，以以透透明明的的为为最最贵贵重重。颜颜色色上上有有无无色色、浅浅绿绿、浅浅黄黄、褐褐色色等等，以褐色硬度最高，无色次之。以褐色硬度最高，无色次之。 人人造造金金刚刚石石分分单单晶晶体体和和聚聚晶晶烧烧结结体体两两种种，前前者者多多用来做磨料磨具，后者多用来做刀具。用来做磨料磨具，后者多用
11、来做刀具。 刚玉（氧化铝）刚玉（氧化铝）系、碳化物系、系、碳化物系、超硬磨料超硬磨料（金（金刚石、刚石、立方氮化硼立方氮化硼以及以它们为主要成分的复合材以及以它们为主要成分的复合材料）料）.精密和超精密磨削大量采用精密和超精密磨削大量采用超硬磨料超硬磨料。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类金刚石特点金刚石特点： a a、硬度最高、硬度最高; ; b b、有较高的耐磨性和有很高的弹性模量、有较高的耐磨性和有很高的弹性模量; ; c c、有有较较大大的的热热容容量量和和良良好好的的热热导导性性，线线膨膨胀胀系系数数小，熔点高小，熔点高; ; d d、700700时时易易与与铁铁族族金
12、金属属产产生生化化学学作作用用而而形形成成碳碳化化物物，造造成成化化学学磨磨损损，故故一一般般不不适适宜宜磨磨削削钢钢铁铁材料材料. .立方氮化硼特点：立方氮化硼特点： a a、硬度略低于金刚石、硬度略低于金刚石; ; b b、耐热性比金刚石高、耐热性比金刚石高; ; c c、有有良良好好的的化化学学稳稳定定性性，与与碳碳在在20002000时时才才起起反应，故适用于磨削钢铁材料反应，故适用于磨削钢铁材料; ; d d、在高温下易与水产生反应，一般多用于干磨。、在高温下易与水产生反应，一般多用于干磨。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分
13、类a a可可用用来来加加工工各各种种高高硬硬度度、高高脆脆性性金金属属和和非非金金属属材料。材料。b b磨磨削削能能力力强强、耐耐磨磨性性好好、耐耐用用度度高高，可可较较长长时时间间保保持持切切削削性性，修修整整次次数数少少，易易于于保保持持粒粒度度；易于控制加工尺寸及实现加工自动化。易于控制加工尺寸及实现加工自动化。c c磨磨削削力力小小、磨磨削削温温度度低低，从从而而可可减减少少内内应应力力、裂纹、烧伤等缺陷，加工表面质量好。裂纹、烧伤等缺陷，加工表面质量好。d d磨削效率高。磨削效率高。e e加工综合成本低。加工综合成本低。用用超超硬硬材材料料磨磨削削陶陶瓷瓷、光光学学玻玻璃璃、宝宝石石
14、、硬硬质质合合金金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等材料。以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等材料。 v超硬磨料砂轮磨削的特点：q磨料粒度及其选择磨料粒度及其选择 粒粒度度的的选选择择应应根根据据加加工工要要求求、被被加加工工材材料料、磨磨料料材材料料等等来来决决定定。其其中中影影响响很很大大的的是是被被加加工工件件的的表表面面粗粗糙糙度度值值、被被加加工工材材料料和和生生产产率率。一一般般多多选选用用180180# #240240# #的的普普通通磨磨料料、(170(170200)200)(325(325400)400)超超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。 粒粒度度
15、号号越越大大加加工工表表面面粗粗糙糙度度值值越越小小，但但生生产产率率相相对也越低。对也越低。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类砂轮粒度的选择和适用范围：砂轮粒度的选择和适用范围： 12-16#12-16#：用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂轮磨具。用于粗磨、荒磨和打磨毛刺的砂轮磨具。 20-36#20-36#：用于磨钢锭，打磨铸件毛刺，切断钢坯，用于磨钢锭，打磨铸件毛刺，切断钢坯，磨电瓷和耐火材料的砂轮磨具。磨电瓷和耐火材料的砂轮磨具。 40-60#40-60#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等的砂轮磨具。工具磨等的砂轮磨具。 60-
16、80#60-80#：用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、用于内圆磨、外圆磨、平面磨、无心磨、工具磨等半精磨和精磨的砂轮磨具。工具磨等半精磨和精磨的砂轮磨具。 100-240#100-240#：用于精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等。用于精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等。 W10-20W10-20：用于精磨、精细磨、超精磨、镜面磨等。用于精磨、精细磨、超精磨、镜面磨等。 W7-W7-更细：更细：用于精磨、超精磨、镜面磨等，制作研用于精磨、超精磨、镜面磨等，制作研磨膏用于研磨和抛光。磨膏用于研磨和抛光。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q结合剂
17、结合剂（也叫胶）的作用是将磨料粘合在一起，结合剂（也叫胶）的作用是将磨料粘合在一起，形成一定的形状并有一定的强度。形成一定的形状并有一定的强度。 常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂和金常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂等。属结合剂等。 结合剂会影响砂轮的结合强度、自锐性、化学结合剂会影响砂轮的结合强度、自锐性、化学稳定性、修整方法等。稳定性、修整方法等。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q组织和浓度及其选择组织和浓度及其选择 普普通通磨磨具具中中磨磨料料的的含含量量用用组组织织表表示示，它它反反映映了了磨料、结合剂和气孔磨料、结合剂和气孔三者之间三者之间体积体积的
18、比例关系。的比例关系。 超超硬硬磨磨具具中中磨磨料料的的含含量量用用浓浓度度表表示示，它它是是指指磨磨料料层层中中每每1cm1cm3 3体体积积中中所所含含超超硬硬磨磨料料的的重重量量。 浓浓度度越越高高，其其含含量量越越高高。浓浓度度值值与与磨磨料料含含量量的的关关系系如表如表2.12.1所示。所示。 选选择择时时应应综综合合考考虑虑磨磨料料材材料料、粒粒度度、结结合合剂剂、磨磨削方式、质量要求和生产率削方式、质量要求和生产率等因素。等因素。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类v选择的原则：选择的原则：a.a.对对于于人人造造金金刚刚石石磨磨料料、树树脂脂结结合合剂剂磨磨具具的的
19、常常用用质质量量浓浓度度为为505075%75%，陶陶瓷瓷结结合合剂剂磨磨具具的的质质量量浓浓度度为为7575100%100%，青青铜铜结合剂磨具结合剂磨具的质量浓度为的质量浓度为100%100%150150。b.b.对对于于立立方方氮氮化化硼硼磨磨料料，树树脂脂结结合合剂剂磨磨具具的的常常用用质质量量浓浓度度为为100%100%，陶陶瓷瓷结结合合剂剂磨磨具具的的质质量量浓浓度度为为100100150150，一一般般都比人造金刚石磨具的质量浓度高一些。都比人造金刚石磨具的质量浓度高一些。v总则：总则：成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削成形磨削、沟槽磨削、宽接触面平面磨削选选用用高质量浓度高质
20、量浓度；半精磨选用细粒度、中质量浓度；高；半精磨选用细粒度、中质量浓度；高精度、小表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用精度、小表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度，低质量浓度细粒度，低质量浓度。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q硬度硬度 普普通通磨磨具具的的硬硬度度是是指指磨磨粒粒在在外外力力作作用用下下，磨磨粒粒自自表表面面脱脱落落的的难难易易程程度度。磨磨具具硬硬度度低低表表示示磨磨粒粒容容易脱落。易脱落。 超超硬硬磨磨具具中中，由由于于超超硬硬磨磨料料耐耐磨磨性性高高，又又比比较较昂贵，硬度一般较高，在其标志中无硬度项。昂贵，硬度一般较高，在其标志中无硬度项。
21、2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q磨具的强度磨具的强度 磨磨具具的的强强度度是是指指磨磨具具在在高高速速回回转转时时，抵抵抗抗因因离离心心力力的的作作用用而而自自身身破破碎碎的的能能力力，对对各各类类磨磨具都有最高工作线速度的规定。具都有最高工作线速度的规定。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q磨具的形状和尺寸及其基体材料磨具的形状和尺寸及其基体材料 根根据据机机床床规规格格和和加加工工情情况况选选择择磨磨具具的的形形状状和和尺尺寸寸。超超硬硬磨磨具具一一般般由由磨磨料料层层、过过渡渡层层和和基基体体三三个个部部分分组组成成。超超硬硬磨磨具具结结构构中中，有有些些
22、厂厂家家把把磨磨料料层层直直接接固固定定在在基基体体上上，取取消消了了过过渡渡层。层。图2.1 超硬磨具结构 基基体体的的材材料料与与结结合合剂剂有有关关，金金属属结结合合剂剂磨磨具具大大多多采采用用铁铁或或铜铜合合金金；树树脂脂结结合合剂剂磨磨具具采采用用铝铝、铝铝合合金金或或电电木木；陶陶瓷瓷结结合合剂剂磨磨具具多采用陶瓷。多采用陶瓷。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类涂覆磨具 涂涂覆覆磨磨具具是是将将磨磨料料用用粘粘结结剂剂均均匀匀地地涂涂覆覆在在纸纸、布布或其它复合材料基底上的磨具，又称或其它复合材料基底上的磨具，又称涂敷磨具涂敷磨具。 常常用用的的涂涂覆覆磨磨具具有有
23、砂砂纸纸、砂砂布布、砂砂带带、砂砂盘盘和和砂砂布套等。布套等。 图2.2涂覆磨具结构示意图2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q涂覆磨具分类涂覆磨具分类 涂覆磨具产品有干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水涂覆磨具产品有干磨砂布、干磨砂纸、耐水砂布、耐水砂纸、环状砂带砂纸、环状砂带( (有接头、无接头有接头、无接头) )、卷状砂带等。、卷状砂带等。 涂覆磨具涂覆磨具形状形状基底材料基底材料工作条件工作条件页状（Y Y）卷状（J J）环状带状（D D）盘状（P P）纸（Z Z）棉布（B B）化纤布塑料膜复合干磨（G G）耐水（N N）2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q磨料
24、及粒度磨料及粒度 常常用用的的涂涂覆覆磨磨料料有有棕棕刚刚玉玉、白白刚刚玉玉、铬铬刚刚玉玉、锆锆刚刚玉玉、黑黑色色碳碳化化硅硅、绿绿色色碳碳化化硅硅、氧氧化化铁铁、人人造造金刚石等。金刚石等。涂涂覆覆磨磨料料的的粒粒度度与与普普通通磨磨料料粒粒度度近近似似，但但无无论论是是磨磨粒粒还还是是微微粉粉，一一律律用用冠冠以以P P字字的的粒粒度度号号表表示示，如如涂涂覆覆磨磨料料粒粒度度号号P240P240与与普普通通磨磨料料粒粒度度号号240240一一样，而样，而P320P320相当于相当于W50W50，P1000P1000相当于相当于W20W20。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分
25、类q粘结剂粘结剂 粘结剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基粘结剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基底上。粘结剂是影响涂覆磨具的性能和质量的重要底上。粘结剂是影响涂覆磨具的性能和质量的重要因素。因素。根据涂覆磨具基底材料、工作条件和用途等不同，根据涂覆磨具基底材料、工作条件和用途等不同，粘结剂又可分为粘结膜、底胶和覆胶。粘结剂又可分为粘结膜、底胶和覆胶。当基底材料为聚酯、硫化纤维时，为了使底胶能与当基底材料为聚酯、硫化纤维时，为了使底胶能与基底牢固粘结，要在聚酯膜、硫化纤维布上预先涂基底牢固粘结，要在聚酯膜、硫化纤维布上预先涂上一层粘结膜，而对于基底材料为纸、布等则不必上一层粘结膜，而对
26、于基底材料为纸、布等则不必预涂粘结膜。预涂粘结膜。有些涂覆磨具采用底胶和覆胶的双层粘结剂结构，有些涂覆磨具采用底胶和覆胶的双层粘结剂结构，一般取粘结性能较好的底胶和耐热、耐湿、富有一般取粘结性能较好的底胶和耐热、耐湿、富有弹性的覆胶，使涂覆磨具性能更好。大多数涂覆弹性的覆胶，使涂覆磨具性能更好。大多数涂覆磨具都是单层胶。磨具都是单层胶。2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类粘结剂的种类如下：粘结剂的种类如下： u动动物物胶胶 主主要要有有皮皮胶胶、明明胶胶、骨骨胶胶等等。粘粘结结性性能能好好，价价格格便便宜宜，但但溶溶于于水水易易受受潮
27、潮，稳稳定定性性受受环环境境影影响响。用用于于轻轻切切削的干磨和油磨。削的干磨和油磨。u树树脂脂 主主要要有有醇醇酸酸树树脂脂、胺胺基基树树脂脂、尿尿醛醛树树脂脂、酚酚醛醛树树脂脂等等，树树脂脂粘粘结结性性能能好好，耐耐热热、耐耐水水或或耐耐湿湿，有有弹弹性性，有有些些树树脂脂成成本本较较高高，且且易易溶溶于于有有机机溶溶液液。用用于于难难磨磨削削材材料料或复杂形面的磨削和抛光。或复杂形面的磨削和抛光。u高高分分子子化化合合物物 如如聚聚醋醋酸酸乙乙烯烯脂脂等等，粘粘结结性性能能好好，耐耐湿湿有有弹性，用于精密磨削，但成本较高。弹性，用于精密磨削，但成本较高。 2.1.2 精密磨削加工的分类精
28、密磨削加工的分类u超涂层粘结剂超涂层粘结剂 特殊性能的在覆胶层上再敷一层超涂特殊性能的在覆胶层上再敷一层超涂层粘结剂层粘结剂, ,如如: : ) )抗静电抗静电超涂层粘结剂，可避免砂带背面与支承物之间超涂层粘结剂，可避免砂带背面与支承物之间产生静电而附着切屑粉尘；产生静电而附着切屑粉尘； )抗堵塞抗堵塞超涂层粘结剂是一种以金属皂为主的树脂，可超涂层粘结剂是一种以金属皂为主的树脂，可避免砂带表面堵塞；避免砂带表面堵塞； )抗氧化分解抗氧化分解超涂层粘结剂，由高分子材料和抗氧化分超涂层粘结剂，由高分子材料和抗氧化分解活性材料所组成，加工中有冷却作用，可提高砂带解活性材料所组成，加工中有冷却作用，可
29、提高砂带耐用度和工件表面质量。耐用度和工件表面质量。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类q涂覆方法涂覆方法 不不同同品品种种的的涂涂覆覆磨磨具具可可采采用用不不同同的的涂涂覆覆方方法法，以以满满足足使使用用要要求求。当当前前，涂涂覆覆磨磨具具的的制制造造方方法法有有重重力力落落砂砂法法、涂涂敷敷法法和和静电植砂法静电植砂法等。等。a a重重力力落落砂砂法法 先先将将粘粘结结剂剂均均匀匀涂涂敷敷在在基基底底上上，再再靠靠重重力力将将砂砂粒粒均均匀匀地地喷喷洒洒在在涂涂层层上上，经经烘烘干干去去除除浮浮面面砂砂粒粒后后即即成成卷卷状状砂砂带带，裁裁剪剪后后可可制制成成涂涂覆覆磨磨具具
30、产产品品，整整个个过过程程自自动动进进行行。一般的砂纸、砂布均用此法，制造成本较低。一般的砂纸、砂布均用此法，制造成本较低。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类b b涂涂敷敷法法 先先将将砂砂粒粒和和粘粘结结剂剂进进行行充充分分均均匀匀的的混混合合，然然后后利用胶辊将砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。利用胶辊将砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。v粘粘结结剂剂和和砂砂粒粒的的混混合合多多用用球球磨磨机机，而而涂涂敷敷多多用用涂涂敷敷机机，一一般塑料膜材料的基底砂带都用这种方法。般塑料膜材料的基底砂带都用这种方法。v简简单单的的涂涂敷敷方方法法可可用用喷喷头头将将砂砂粒粒和和
31、粘粘结结剂剂的的混混合合物物均均匀匀地地喷洒在基底上，多用于小量生产纸质材料基底的砂带。喷洒在基底上，多用于小量生产纸质材料基底的砂带。v精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。 2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类c c、静电植砂法、静电植砂法 其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上，这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因的基底上，这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加工质量好而受到广泛采用。此砂带切削性强，等高性好，加工质量好而受到广泛采用。 在
32、加工时，磨粒或微粉不是固结在一起，而在加工时，磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态，其传统加工方法是研磨和抛光。是成游离状态，其传统加工方法是研磨和抛光。近年来，在这些传统加工工艺基础上又出现了许近年来，在这些传统加工工艺基础上又出现了许多新的游离加工方法。如：多新的游离加工方法。如：磁性研磨磁性研磨、挤压研磨、挤压研磨、喷射加工等特种加工方法。喷射加工等特种加工方法。游离磨料加工2.1.2 精密磨削加工的分类精密磨削加工的分类利用磁场跳跃的力量传导至不锈钢针、磨针、磨材；利用磁场跳跃的力量传导至不锈钢针、磨针、磨材；产生夹带工件高频率旋转流动、振动、换向翻滚，产生夹带工件高频率旋转流动、
33、振动、换向翻滚，划过工件表面，工件内孔，内外牙及表面、凹凸面划过工件表面，工件内孔，内外牙及表面、凹凸面摩擦，达到清洗、去油垢杂质，去除毛刺、研磨等摩擦，达到清洗、去油垢杂质，去除毛刺、研磨等精密抛光效果精密抛光效果一定压力（213兆帕）的气体（空气、氮或二氧化碳）和磨料粉末（直径1050微米）混合后从直径为0.11.2毫米的喷嘴小孔中高速喷出，利用磨料的冲击破坏作用去除工件上的材料。一般使用Linktitle刚玉或碳化硅磨料，有时还使用玻璃小珠（用于表面抛光）和碳酸氢钠（用于表面清理）。 2.2 2.2 精密磨削加工机理精密磨削加工机理精密与特种加工精密与特种加工2.2.1 磨削过程及磨削力
34、磨削过程及磨削力概念 精精密密磨磨削削是是指指加加工工精精度度为为l l0.1um0.1um、表表面面粗粗糙糙度度值值RaRa达达到到0.20.20.025um0.025um的的磨磨削削加加工工方方法法。又又称称低粗糙度值磨削。低粗糙度值磨削。 它它是是用用微微小小的的多多刃刃刀刀具具削削除除细细微微切切屑屑的的一一种种加加工方法。工方法。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削过程砂砂轮轮中中的的磨磨料料磨磨粒粒是是不不规规则则的的菱菱形形多多面面体体，顶顶锥锥角角在在8080145145范范围围内内，但但大大多多数数为为9090120120。如如图图所所示示。磨磨削削时时磨磨粒粒基
35、基本本上上都都以以很很大大的的负负前前角角进进行行切切削削。一一般般磨磨粒粒切切削削刃刃都都有有一一定定大大小小的的圆圆弧弧，其其刃刃口口圆圆弧弧半半径径r rn n在在几几微微米米到到几几十十微微米米之之间间。磨磨粒粒磨磨损损后后其其负负前前角角和和圆圆弧弧半径半径r rn n都将增大。都将增大。 2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力四种切削形态四种切削形态 一般磨削时只有一般磨削时只有1010的磨粒参加切削，切削深度分布的磨粒参加切削，切削深度分布在某一范围内，在某一范围内，使各个磨粒承受的压力不同使各个磨粒承受的压力不同，磨粒表，磨粒表现出四种切削形态。现出四种切削形态。一是带而
36、过的摩擦一是带而过的摩擦，工作表面仅留下一条痕迹；，工作表面仅留下一条痕迹；二是发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹；二是发生塑性变形，擦出一条两边隆起的沟纹；三是犁出一条沟，两边翻出飞边；三是犁出一条沟，两边翻出飞边；四四是是切切下下切切屑屑，其其形形状状随随磨磨粒粒切切削削刃刃形形状状、工工件件材料、切削深度、切削速度而变化。材料、切削深度、切削速度而变化。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力精密磨削机理u磨粒的微刃性磨粒的微刃性 在在精精密密磨磨削削中中，通通过过较较小小的的修修整整导导程程和和修修整整深深度度来来精精细细地地修修整整砂
37、砂轮轮，磨磨粒粒产产生生微微细细的的破破碎碎，而而且且形形成成细细而而多多的的切切削削刃刃，使使磨磨粒粒具具有有较较好好的的微微刃刃性性。这这种种砂砂轮轮磨磨削削时时，同同时时参参加加切切削削的的刃刃口口增增多多，深深度度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u磨粒的等高性磨粒的等高性 微微刃刃是是由由砂砂轮轮的的精精细细修修整整形形成成的的，分分布布在在砂砂轮轮表表层层的的同同一一深深度度上上的的微微刃刃数数量量多多，细细而而多多的的切切削削刃刃具具有有平平坦坦的的表表面面，等等高高性性好好。由
38、由于于加加工工表表面面的的残残留留高高度度极极小小，因因而而形形成成了了小小的的表面粗糙度值。表面粗糙度值。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u微刃的滑擦、挤压、抛光作用微刃的滑擦、挤压、抛光作用砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化，同时等高性得到强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化，同时等高性得到改善。这时切削作用减弱，改善。这时切削作用减弱，滑擦、挤压、抛光作用滑擦、挤压、抛光作用增强。增强。磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表
39、面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同样的磨削压力表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同样的磨削压力下，单个微刃受的比压小，刻划深度小。下，单个微刃受的比压小，刻划深度小。图中： -切削深度；-位移量； y -工件半径的减小量，2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u弹性变形的作用弹性变形的作用 l 把磨床和工件当作一个把磨床和工件当作一个“弹性系统弹性系统”来分析。来分析。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u弹性变形的作用弹性变形的作用 在在磨磨削削加加工工中中，砂砂轮轮的的切切削削深深度度虽虽只只1 120um20um，但但由由于于单单位磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。位
40、磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。 与与通通常常的的切切削削加加工工不不同同的的是是，由由于于法法向向分分力力是是切切向向分分力力的的两两倍倍以以上上，由由此此而而产产生生的的弹弹性性变变形形所所引引起起的的砂砂轮轮的的切切削削深深度度的的变变化化量量，对对于于原原有有的的微微小小的的切切削削深深度度来来说说是是不不能能忽忽视视的的。采用采用无火花磨削无火花磨削所磨削的就是该弹性变形的恢复部分。所磨削的就是该弹性变形的恢复部分。 由于受切削力的影响，如果增多行程次数使砂由于受切削力的影响，如果增多行程次数使砂轮架不再进给，砂轮和砂轮架的切削深度就会趋于轮架不再进给，砂轮和砂轮架的切削深度就会
41、趋于一致，又由于加工中存在着误差复映规律，说明除一致，又由于加工中存在着误差复映规律，说明除非反复地进行无火花磨削，否则砂轮架具有正确的非反复地进行无火花磨削，否则砂轮架具有正确的进给深度也不能加工出所期望的工件尺寸。进给深度也不能加工出所期望的工件尺寸。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u弹性变形的作用弹性变形的作用 2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力l当当进进行行无无火火花花磨磨削削，而而且且磨磨粒粒切切深深又又很很微微小小时时，在在切切削削刃刃磨磨削削点点上上由由于于受受工工件件材材料料的的弹弹性性变变形形和和粘粘结结磨磨粒粒的的粘粘结结剂剂的的弹弹性性变变形形的的影
42、影响响，会会产产生生磨磨粒粒切切削削刃刃在在加加工工面面上上滑滑移移的的现现象象，并并在在弹弹塑塑性性的的接接触触状状态态下下与与加加工工面面发发生生摩摩擦作用，其切削量是极微小的，擦作用，其切削量是极微小的，这将有利于镜面的形成这将有利于镜面的形成。u弹性变形的作用弹性变形的作用 纵磨法磨外圆纵磨法磨外圆周边磨削平面周边磨削平面2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动 磨削的主运动磨削的主运动2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动工件的切向进给运动工件的切向进给运动VWm/s或m/min2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削
43、力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动 工件轴向进给运动工件轴向进给运动famm/r或mm/st2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动 径向进给量径向进给量frmm2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动1、外圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转、移动工件旋转、移动 吃刀运动吃刀运动砂轮、工件的相对径向移动砂轮、工件的相对径向移动工艺范围：工艺范围：圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特 殊形状回转面殊形状回转面磨外圆视频磨外圆视频磨削加工类型与运动磨削加工
44、类型与运动2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力1、外圆磨削外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨法和横磨法。外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨法和横磨法。纵纵磨磨法法：磨磨外外圆圆时时，工工件件同同时时作作圆圆周周进进给给和和沿沿轴轴向向作作纵纵向向进进给给，每每单单行行程程或或往往复复行行程程终终了了，砂砂轮轮作作周周期期的的横横向向进进给给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）（磨削力小，散热条件好，运用广泛）横横磨磨法法：磨磨外外圆圆时时，工工件件不不作作纵纵向向进进给给，砂砂轮轮以以缓缓慢慢的的速速度度连连续或断续地沿工件径向作横向进给。续或断续地沿工件径向作横向进给。2.2.1 磨削过
45、程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动2、内圆磨削 主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向 往复移动和横向进给运动。往复移动和横向进给运动。工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面磨内孔视频磨内孔视频http:/ 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动内圆磨削特点内圆磨削特点：1、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。2、为
46、保证磨削速度，砂轮转速要求高。、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。3、砂砂轮轮轴轴细细小小，悬悬伸伸长长度度大大，刚刚性性差差，磨磨削削时时易易弯曲和振动，加工精度弯曲和振动，加工精度 和表面粗糙度难于控制。和表面粗糙度难于控制。2、内圆磨削2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动3、无心磨削、无心磨削 无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨削和无无心磨削是工件不定中心的磨削，有无心外圆磨削和无心内圆磨削两种。心内圆磨削两种。工作原理工作原理 工工件件放放在在砂砂轮轮和和导导轮轮之之间间，以以被被磨磨削削表表面面为为基基准准，支支承承在在托托板板上上。
47、砂砂轮轮通通过过摩摩擦擦力力带带动动工工件件转转动动，导导轮轮靠靠摩摩擦擦力力旋旋转转，砂砂轮轮与与工工件件间间有有很很大大的的速速度度差差而而产产生生磨磨削削作作用用。工工件件中中心心须须高高出出砂砂轮轮与与导导轮轮中中心心连连线线，这这样样工工件件与与砂砂轮轮和和导导轮轮的的接接触触点点不对称，从而使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。不对称，从而使工件上的凸点在多次转动中逐渐磨圆。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动无心外圆磨削无心外圆磨削1、砂轮；、砂轮；2、托板；、托板；3、导轮；、导轮；4、工件；、工件；5、挡块、挡块3、无心磨削、无心磨削
48、2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动磨削加工类型与运动周边磨削：周边磨削： 砂轮周边为磨削工作面，砂轮周边为磨削工作面，接触面小，发热小，排屑及接触面小，发热小，排屑及冷却条件好，工件受热变形冷却条件好，工件受热变形小，砂轮磨损均匀，加工精小，砂轮磨损均匀，加工精度高，生产效率低。度高，生产效率低。端面磨削：端面磨削： 砂轮端面为磨削工作面，砂轮端面为磨削工作面，接触面大，发热多，排屑及接触面大，发热多，排屑及冷却条件差，工件受热变形冷却条件差，工件受热变形大，砂轮磨损不均匀，加工大，砂轮磨损不均匀，加工精度差，生产效率高。精度差，
49、生产效率高。4、平面磨削2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力磨削力 “负前角切削负前角切削”，总的磨削力相当大。总磨削力可分解为三，总的磨削力相当大。总磨削力可分解为三个分力：个分力：Fz-Fz-主磨削力主磨削力( (切向磨削力切向磨削力) )；Fy-Fy-切深力切深力( (径向径向磨削力磨削力) )；Fx-Fx-进给力进给力( (轴向磨削力）。几种不同类型磨削轴向磨削力）。几种不同类型磨削加工的三向分力如图所示。加工的三向分力如图所示。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u磨削力的主要特征磨削力的主要特征 a a单位磨削力很大。单位
50、磨削力很大。 由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单位磨削力位磨削力P P值很大，可达值很大，可达70000N70000Nmmmm2 2以上。以上。b b、三向分力中切深力、三向分力中切深力FyFy值最大。值最大。 在正常磨削条件下，在正常磨削条件下，FyFyFzFz约为约为2.02.02.52.5。由于。由于FyFy对砂对砂轮轴、工件的变形与振动有关，直接影响加工精度与表面轮轴、工件的变形与振动有关，直接影响加工精度与表面质量，故该力是十分重要的。质量，故该力是十分重要的。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u影响磨削力的因素
51、影响磨削力的因素 a a、砂砂轮轮速速度度v v 当当v v时时，参参加加切切削削的的磨磨粒粒数数量量，每每个个磨磨粒粒的的切切削厚度削厚度，磨削力，磨削力。b b、工工件件速速度度v vw w 当当v vw w和和fafa时时单单位位时时间间内内磨磨去去的的金金属属量量，每每个个磨粒的切削厚度磨粒的切削厚度，磨削力，磨削力。c c、径径向向进进给给量量fy fy 当当fyfy时时，每每个个磨磨粒粒的的切切削削厚厚度度，砂砂轮轮与与工工件的磨削接触弧长件的磨削接触弧长，同时参加磨削的磨粒数，同时参加磨削的磨粒数，磨削力，磨削力。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力u影响磨削力的因素影响
52、磨削力的因素 d d、砂轮的磨损、砂轮的磨损会使磨削力增大。会使磨削力增大。 因因此此磨磨削削力力的的大大小小在在一一定定程程度度上上可可以以反反映映砂砂轮轮上上磨磨粒粒的的磨磨损损程程度度。如如果果磨磨粒粒的的磨磨损损用用磨磨削削时时工工作作台台的的行行程程次次数数( (反反映映了了砂砂轮轮工工作作时时间间的的长长短短) )间间接接地地表表示示，则则随随着着行行程程次次数数的的增增大大，径径向向磨磨削削力力FyFy和和切切向向磨磨削削力力FzFz都都将将增增大大，但但FyFy增大的速率远比增大的速率远比FzFz为快。为快。2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力单个磨粒的切削厚度 将砂轮
53、看成是一把多齿铣刀，以平面磨削为例。将砂轮看成是一把多齿铣刀，以平面磨削为例。如如图图，当当砂砂轮轮上上A A点点转转到到B B点点时时，工工件件上上C C点点就就移移动动到到B B点点，这这时时ABCABC这这层层材材料料就就被被磨磨掉掉了了。此此时时磨磨去去的的最最大大厚厚度度为为BDBD，参参加加切切削的磨粒数为削的磨粒数为 m(mm(m为砂轮每亳米圆周上的磨粒数为砂轮每亳米圆周上的磨粒数) )。则单个磨粒的最大切削厚度为：则单个磨粒的最大切削厚度为：在直角在直角BCD中中 BDBCsin。 砂砂轮轮以以v运运动动，当当从从A点点转转到到B点点时时所所需需时时间间为为tm，在在同同样样时
54、时间内工件以间内工件以vw移动了移动了BC，则：，则： 2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力单个磨粒的切削厚度2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力而而所以所以忽略忽略得：得：于是于是考虑砂轮宽度考虑砂轮宽度B B和轴向进给量和轴向进给量fafa，则：，则：(fr-径向进给量)2.2.1 磨削过程及磨削力磨削过程及磨削力同理，外圆磨削时单粒最大切削厚度为：同理，外圆磨削时单粒最大切削厚度为： 上上述述公公式式是是在在假假定定磨磨粒粒均均匀匀分分布布的的前前提提下下得得到到的的。然然而而磨磨粒粒在在砂砂轮轮表表面面上上的的分分布布极极不不规规则则，每每个个磨磨粒粒的的切切削削厚厚度
55、度相相差差很很大大。但但从从上上式式可可以以定定性性地地分分析析各各因因素素对对磨磨粒粒切切削削厚厚度度的的影影响。响。 单粒切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，同单粒切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，同时将影响砂轮磨损、磨削温度及表面质量等。时将影响砂轮磨损、磨削温度及表面质量等。（fr-径向进给量)（vw-工件速度)（fa-轴向进给量)（v-砂轮速度)（dw-工件直径)2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液磨削温度磨削温度u磨磨削温度的基本概念削温度的基本概念 磨削温度分为：磨削温度分为：砂轮磨削区温度砂轮磨削区温度A A和和磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度dotdot
56、。 磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度dotdot瞬时可达瞬时可达80080012001200C C，而砂轮磨削区，而砂轮磨削区 温度温度A A只有几百度，磨削热工件温升不到几十度。只有几百度，磨削热工件温升不到几十度。 磨粒磨削点温度磨粒磨削点温度dotdot不但影响加不但影响加 工表面质量，而且与磨粒的磨损等工表面质量，而且与磨粒的磨损等 关系密切。关系密切。 磨削区温度磨削区温度A A与磨削表面烧与磨削表面烧 伤和裂纹的出现密切有关。伤和裂纹的出现密切有关。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液u影响磨削温度的主要因素影响磨削温度的主要因素 a.a.砂砂轮轮速速度度v v 砂砂轮轮速速
57、度度增增大大，单单位位时时间间内内的的工工作作磨磨粒粒数数将将增增多多，单单个个磨磨粒粒的的切切削削厚厚度度变变小小，挤挤压压和和摩摩擦擦作作用用加加剧剧，滑滑擦擦热热显显著著增增多多。此此外外还还会会使使磨磨粒粒在在工工件件表表面面的的滑滑擦次数增多。所有这些都将促使磨削温度的升高。擦次数增多。所有这些都将促使磨削温度的升高。 b.b.工工件件速速度度 工工件件速速度度增增大大就就是是热热源源移移动动速速度度增增大大，工工件件表表面面温温度度可可能能有有所所降降低低，但但不不明明显显。这这是是由由于于工工件件速速度度增增大大后后，增增大大了了金金属属切切除除量量，从从而而增增加加了了发发热热
58、量量，因因此此，为为了了更更好好地地降降低低磨磨削削温温度度，应应该该在在提提高高工工件件速速度度的的同同时时，适适当当地地降降低低径径向向进进给给量量，使使单单位位时时间间内内的的金金属属切切除除量量保保持为常值或略有增加。持为常值或略有增加。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液c.c.径向进给量径向进给量 径向进给量的增大，将导致磨削过程中径向进给量的增大，将导致磨削过程中磨磨削变形力和摩擦力的增大削变形力和摩擦力的增大，从而引起发热量的增多和磨，从而引起发热量的增多和磨削温度的升高。削温度的升高。 d.d.工工件件材材料料 金金属属的的导导热热性性越越差差，则则磨磨削削区区的的
59、温温度度越越高高。对对钢钢来来说说，含含碳碳量量高高则则导导热热性性差差。铬铬、镍镍、铝铝、硅硅、锰锰等等元元素素的的加加入入会会使使导导热热性性显显著著变变差差。合合金金的的金金相相组组织织不不同同，导导热热性性也也不不同同，按按奥奥氏氏体体、淬淬火火和和回回火火马马氏氏体体、珠珠光光体体的的顺顺序序变变好好。磨磨削削冲冲击击韧韧度度和和强强度度高高的的材材料料，磨磨削削区温度也比较高。区温度也比较高。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液用用软软砂砂轮轮磨磨削削时时的的磨磨削削温温度度低低；反反之之则则磨磨削削温温度度高高。由由于于软软砂砂轮轮的的自自锐锐性性好好，砂砂轮轮工工作作
60、表表面面上上的的磨磨粒粒经经常常处处于于锐锐利利状状态态，减减少少了了由由于于摩摩擦擦和和弹弹性性、塑塑性性变变形形而而消消耗耗的的能量，所以磨削温度较低。能量，所以磨削温度较低。 砂砂轮轮的的粒粒度度粗粗时时磨磨削削温温度度低低，其其原原因因在在于于砂砂轮轮粒粒度度粗粗则则砂砂轮轮工工作作表表面面上上单单位位面面积积的的磨磨粒粒数数少少，在在其其它它条条件件均均相相同同的的情情况况下下与与细细粒粒度度的的砂砂轮轮相相比比，与与工工件件接接触触面面的的有有效效面面积积较较小小，并并且且单单位位时时间间内内与与工工件件加加工工表表面面摩摩擦擦的的磨磨粒粒数较少，有助于磨削温度的降低。数较少，有助
61、于磨削温度的降低。 e.e.砂轮硬度与粒度砂轮硬度与粒度2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液磨削液磨磨削削液液的的性性能能有有: :润润滑滑性性能能、冷冷却却性性能能、清清洗洗性性能能，渗渗透透性性、防防锈锈性性、防防腐腐性性、消消泡泡性性、防防火火性、切削性和性、切削性和挤压性挤压性等。等。挤挤压压性性是是指指磨磨削削液液与与金金属属表表面面起起作作用用形形成成一一层层牢牢固固的的润润滑滑膜膜，在在磨磨削削区区域域的的高高压压下下有有良良好好的的润滑和抗粘着润滑和抗粘着性能。性能。 q磨削液的作用机理磨削液的作用机理磨削液的作用机理磨削液的作用机理 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温
62、度与磨削液u磨磨削液的冷却作用削液的冷却作用 磨磨削削液液的的冷冷却却作作用用主主要要靠靠热热传传导导带带走走大大量量的的切切削削热热，从从而而降降低低磨磨削削温温度度提提高高砂砂轮轮的的耐耐用用度度，减减少少工工件件的的热热变变形形，提提高高加加工工精精度度。在在磨磨削削速速度度高高、工工件件材材料料导导热热性性差差，热热膨膨胀胀系系数较大的情况下，磨削热的冷却作用尤显最要。数较大的情况下，磨削热的冷却作用尤显最要。 磨磨削削液液的的冷冷却却性性能能取取决决于于它它的的导导热热系系数数、比比热热容容、汽汽化化热、汽化速度、流量、流速热、汽化速度、流量、流速等。等。 水水溶溶液液的的导导热热系
63、系数数，比比热热容容比比油油大大得得多多，故故水水溶溶液液的的冷冷却性能要比油类好。却性能要比油类好。 乳化液介于两者之间。乳化液介于两者之间。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液u磨磨削液的润滑作用削液的润滑作用 摩擦可分为摩擦可分为干摩擦、流体滑润摩擦干摩擦、流体滑润摩擦和和边界润滑摩擦边界润滑摩擦三类。三类。如如不不用用磨磨削削液液，则则形形成成工工件件与与砂砂轮轮接接触触的的干干摩摩擦擦，此此时时的的摩擦系数较大摩擦系数较大. .当当加加磨磨削削液液后后，切切屑屑、工工件件、砂砂轮轮之之间间形形成成完完全全的的润润滑滑油油膜膜，砂砂轮轮与与工工件件直直接接接接触触面面积积很很
64、小小或或近近于于零零，则则成成为为流流体体润滑润滑，流体润滑时摩擦系数很小。，流体润滑时摩擦系数很小。但但在在很很多多情情况况下下，由由于于砂砂轮轮与与工工件件界界面面承承受受压压力力很很高高的的载载荷荷，温温度度也也较较高高，流流体体油油膜膜大大部部分分被被破破坏坏，造造成成部部分分金属直接接触；金属直接接触；由由于于润润滑滑液液的的渗渗透透和和吸吸附附作作用用，润润滑滑液液的的吸吸附附膜膜起起到到降降低低摩摩擦擦系系数数的的作作用用，这这种种状状态态为为边边界界润润滑滑摩摩擦擦。边边界界润润滑滑时时的的摩摩擦擦系系数数大大于于流流体体润润滑滑，但但小小于于干干磨磨削削。金金属属切切削中的润
65、滑大都属于边界润滑状态。削中的润滑大都属于边界润滑状态。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液u磨磨削液的润滑作用削液的润滑作用 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液磨磨削削液液的的润润滑滑性性能能与与它它的的渗渗透透性性以以及及形形成成吸吸附附膜膜的的牢牢固固程程度度有有关关。在在磨磨削削液液中中添添加加含含硫硫、氯氯等等元元素素的的挤挤压压添添加加剂剂后后会会与与金金属属表表面面起起化化学学反反应应生生成成化化学学膜膜。它它可可以以在在高高温下温下(400(400800800C)C)使边界润滑层保持较好的润滑性能。使边界润滑层保持较好的润滑性能。u磨磨削液的润滑作用削液的润
66、滑作用 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液u磨削液的清洗作用磨削液的清洗作用 磨磨削削液液具具有有冲冲刷刷磨磨削削中中产产生生的的磨磨粉粉的的作作用用。起起到到防防止止划划伤伤已已加加工工表表面面. . 清清洗洗性性能能的的好好坏坏与与切切削削液液的的渗渗透透性性、流流动性和使用的压力动性和使用的压力有关。有关。磨削液应具有一定的磨削液应具有一定的防锈作用防锈作用，以减少工件、机床的腐，以减少工件、机床的腐蚀。蚀。 防腐作用防腐作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。锈添加剂的性质。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨
67、削液v添加剂的种类添加剂的种类q磨削液的添加剂 为了改善磨削液性能所加入的化学物质称为为了改善磨削液性能所加入的化学物质称为添添加剂加剂。主要有油性添加剂、挤压添加剂、表面活性剂主要有油性添加剂、挤压添加剂、表面活性剂等等 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液v油性添加剂油性添加剂油性添加剂油性添加剂 油油性性添添加加剂剂含含有有极极性性分分子子，能能与与金金属属表表面面形形成成牢牢固固的的吸吸附附膜膜，主主要要起起润润滑滑作作用用。但但这这种种吸吸附附膜膜只只能能在在较较低低温温度度下下起起较较好好的的润润滑滑作作用用，故故多多用用于低速精加工的情况。于低速精加工的情况。油油性性添添
68、加加剂剂有有动动植植物物油油( (如如豆豆油油、菜菜籽籽油油、猪猪油油等等) )，脂肪酸、胺类、醇类及脂类。，脂肪酸、胺类、醇类及脂类。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液v挤压添加剂挤压添加剂挤压添加剂挤压添加剂 常常用用的的挤挤压压添添加加剂剂是是含含硫硫、磷磷、氯氯、碘碘等等的的有有机机化化合合物物。这这些些化化合合物物在在高高温温下下与与金金属属表表面面起起化化学学反反应应，形形成成化化学学润润滑滑膜。它的物理吸附膜能耐较高的温度。膜。它的物理吸附膜能耐较高的温度。用用硫硫可可直直接接配配制制成成硫硫化化磨磨削削油油，或或在在矿矿物物油油中中加加入入含含硫硫的的添添加加剂剂，
69、如如硫硫化化动动植植物物油油、硫硫化化烯烯烃烃等等配配制制成成含含硫硫的的挤挤压压磨磨削削油油。这这种种含含硫硫挤挤压压磨磨削削油油使使用用时时与与金金属属表表面面化化合合，形形成成的的硫硫化化铁铁膜膜在在高高温温下下不不易易被被破破坏坏；加加工工钢钢时时在在10001000c c左左右右仍仍能能保持其润滑性能。但其摩擦系数比氯化铁的大。保持其润滑性能。但其摩擦系数比氯化铁的大。含含氯氯挤挤压压添添加加剂剂有有氯氯化化石石蜡蜡( (含含氯氯量量为为40405050) )、氯氯化化脂脂肪肪酸酸等等。它它们们与与金金属属表表面面起起化化学学反反应应生生成成氯氯化化亚亚铁铁、氯氯化化铁铁和和氯氯化化
70、铁铁薄薄膜膜。这这些些化化合合物物的的剪剪切切强强度度和和摩摩擦擦系系数数小小，但但在在300300400c400c时时易易被被破破坏坏。遇遇水水易易分分解解成成氢氢氧氧化化铁铁和和盐盐酸酸，失失去去润润滑滑作作用用，同同时时对对金金属属有腐蚀作用，必须与防锈添加剂一起使用。有腐蚀作用，必须与防锈添加剂一起使用。含含磷磷挤挤压压添添加加剂剂与与金金属属表表面面作作用用生生成成磷磷酸酸铁铁膜膜，它它的的摩擦系数小。摩擦系数小。2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液v表面活性表面活性表面活性表面活性剂剂剂剂 乳乳化化剂剂是是一一种种表表面面活活性性
71、剂剂。它它是是使使矿矿物物油油和和水水乳乳化化，形形成成稳定乳化液的添加剂。稳定乳化液的添加剂。表表面面活活性性剂剂是是一一种种有有机机化化合合物物，是是指指一一类类在在很很低低浓浓度度时时就就能能显显著著降降低低水水的的表表面面张张力力的的化化合合物物，它它达达到到一一定定浓浓度度后后可可缔缔合合形形成成胶胶团团，从从而而具具有有润润湿湿或或抗抗粘粘、乳乳化化或或破破乳乳、起起泡泡或或消消泡泡以以及及增增溶溶、分分散散、洗洗涤涤、防防腐腐、抗抗静静电电等等一一系系列列物物理理化化学学作作用用及及相相应应的的实实际际应应用用，成成为为一一类类灵灵活活多多样样、用用途途广广泛泛的的精精细细化化工
72、工产产品品。表表面面活活性性剂剂依依其其亲亲水水基基的的结结构构分分为为阴阴离离子子表表面面活活性性剂剂、阳阳离离子子表表面面活活性性剂剂及及非非离离子子表表面面活活性性剂剂。它它的的分分子子由由极极性性基基团团和和非非极极性性基基团团两两部部分分组组成成。前前者者亲水可溶于水，后者亲油可溶于油。亲水可溶于水，后者亲油可溶于油。油油与与水水本本来来是是互互不不相相溶溶的的，加加入入表表面面活活性性剂剂后后，它它能能定定向向地地排排列列并并吸吸附附在在油油水水两两极极界界面面上上，极极性性端端向向水水，非非极极性性端端向向油油，把把油油和和水水连连接接起起来来，降降低低油油-水水的的界界面面张张
73、力力，使使油油以以微微小小的的颗颗粒粒稳稳定定地地分分散散在在水水中中，形形成成稳稳定定水水包包油油乳乳化化液液，如如图图所所示示。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液 表表面面活活性性剂剂在在乳乳化化液液中中，除除了了起起乳乳化化作作用用外外，还还能能吸吸附附在在金属表面上形成润滑膜起润滑作用。金属表面上形成润滑膜起润滑作用。 表表面面活活性性剂剂种种类类很很多多，阴阴离离子子型型有有：石石油油磺磺酸酸钠钠、油油酸酸钠钠皂皂等等，其其乳乳化化性性能能好好，并并有有一一定定的的清清洗洗和和润润滑滑性性能能。非非离离子子型型有有：聚聚氯氯乙乙
74、烯烯、脂脂肪肪、醇醇、醚醚等等，它它不不怕怕硬硬水水，也也不不受受pHpH值的限制。值的限制。 此此外外还还有有防防锈锈添添加加剂剂( (如如亚亚硝硝酸酸钠钠、石石油油磺磺酸酸钠钠等等) )、抗抗泡泡沫添加剂（如二甲基硅油沫添加剂（如二甲基硅油) )和防霉添加剂和防霉添加剂( (如苯酚等如苯酚等) )。 良良好好乳乳化化液液往往往往使使用用几几种种表表面面活活性性剂剂，有有时时还还加加入入适适量量的的乳化稳定剂，如乙醇、正丁醇等。乳化稳定剂，如乙醇、正丁醇等。2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液q磨削液的分类与使用 v磨削液的分类磨削液的分类非水溶性磨削液非水溶性磨削液（磨削油）（磨削
75、油）水溶性磨削液水溶性磨削液矿物油：机械油、轻柴油、煤油等矿物油：机械油、轻柴油、煤油等动植物油：豆油、猪油等动植物油：豆油、猪油等混合油：加入油性、挤压添加剂混合油：加入油性、挤压添加剂水溶液水溶液乳化液乳化液离子型磨削液离子型磨削液非水溶性磨削液（磨削油）主要起润滑作用。非水溶性磨削液（磨削油）主要起润滑作用。水溶性磨削液有良好的冷却作用和清洗作用。水溶性磨削液有良好的冷却作用和清洗作用。2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液溶溶液液的的主主要要成成分分为为水水并并加加入入防防锈锈剂剂，也也可可以以加加入入一一定定量量的的表面活性剂和油性添加剂。表面活性剂和油性添加剂。乳乳化化液液是
76、是由由矿矿物物油油、乳乳化化及及其其他他添添加加剂剂配配制制的的乳乳化化油油和和95%95%98%98%的水稀释而成的乳白色磨削液。的水稀释而成的乳白色磨削液。离离子子型型磨磨削削液液是是水水溶溶性性磨磨削削液液中中的的一一种种新新型型磨磨削削液液，其其母母液液是是由由阴阴离离子子型型、非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂和和无无机机盐盐配配制制而而成成的的。它它在在水水溶溶液液中中能能离离解解成成各各种种强强度度的的离离子子。磨磨削削时时，由由于于强强烈烈摩摩擦擦所所产产生生的的静静电电荷荷，可可由由这这些些离离子子反反应应迅迅速速消消除除，降低磨削温度，提高加工精度，改善表面质量。降低磨削
77、温度，提高加工精度，改善表面质量。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液v磨削液的选用磨磨削削的的特特点点：温温度度高高，工工件件易易烧烧伤伤，同同时时产产生生大大量的细屑，砂末会划伤已加上表面。量的细屑，砂末会划伤已加上表面。磨磨削削液液应应具具有有良良好好的的冷冷却却清清洗洗作作用用，并并有有一一定定的的润滑性能和防锈作用。润滑性能和防锈作用。一般磨削加工常用一般磨削加工常用乳化液和离子型磨削液乳化液和离子型磨削液。难难加加工工材材料料在在磨磨削削加加工工时时均均处处于于高高温温高高压压边边界界摩摩擦状态。因此，宜选用擦状态。因此，宜选用挤压磨削油或挤压乳化液挤压磨削油或挤压乳化液
78、。 2.2.2 磨削温度与磨削液磨削温度与磨削液v磨削液的使用方法浇注法：流速慢，压力低，难于直接渗透入最高温度区，影响磨削液效果。喷雾冷却法：以0.30.6MPa的压缩空气，通过图示的喷雾装置使磨削液雾化，从直径1.53mm的喷嘴高速喷射到磨削区。高速气流带着雾化成微小液滴的磨削液渗透到磨削区，在高温下迅速汽化，吸收大量热，从而获得良好的冷却效果。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制磨削加工表面几何特性-表面粗糙度q几何因素的影响 磨磨削削表表面面是是由由砂砂轮轮上上大大量量的的磨磨粒粒刻刻划划出出的的无无数数极极细细的的沟沟槽槽形形成成的的。单单纯纯从从几几何何因因素素考考虑
79、虑，可可以以认认为为在在单单位位面面积积上上刻刻痕痕越越多多，即即通通过过单单位位面面积积的的磨磨粒粒数数越越多多，刻刻痕痕的的等等高高性性越越好好，则则磨磨削表面的粗糙度值越小。削表面的粗糙度值越小。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制v磨削用量对表面粗糙度的影响磨削用量对表面粗糙度的影响 砂砂轮轮的的速速度度越越高高，单单位位时时间间内内通通过过被被磨磨表表面面的的磨磨粒粒数数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。u砂轮的速度砂轮的速度u工件速度工件速度 工工件件速速度度增增大大时时，单单位位时时间间内内通通过过被被磨磨表表面面的的磨磨粒
80、粒数数减少，表面粗糙度值将增加。减少，表面粗糙度值将增加。u砂轮的纵向进给砂轮的纵向进给 砂砂轮轮的的纵纵向向进进给给减减小小，工工件件表表面面的的每每个个部部位位被被砂砂轮轮重重复磨削的次数增加，被磨削表面的粗糙度值将减小。复磨削的次数增加，被磨削表面的粗糙度值将减小。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u砂轮的粒度砂轮的粒度v砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响 砂砂轮轮的的粒粒度度不不仅仅表表示示磨磨粒粒的的大大小小，而而且且还还表表示示磨磨粒粒之之间间的的距距离离。磨磨削削金金属属时时，参参与与磨磨削削的的每每一一颗颗磨磨粒粒都都会会在在
81、加加工工表表面面上上刻刻出出跟跟它它的的大大小小和和形形状状相相同同的的一一道道小小沟沟。在在相相同同的的磨磨削削条条件件下下，砂砂轮轮的的粒粒度度号号数数越越大大，参参加磨削的磨粒越多，表面粗糙度值就越小。加磨削的磨粒越多，表面粗糙度值就越小。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u砂轮修整砂轮修整修修整整砂砂轮轮的的纵纵向向进进给给量量对对磨磨削削表表面面的的粗粗糙糙度度影影响响甚甚大大。修修整整砂砂轮轮时时，金金刚刚石石笔笔的的纵纵向向进进给给量量越越小小，砂砂轮轮表表面面磨磨粒粒的的等等高高性性越越好好，被被磨磨工工件件的的表表面面粗粗糙糙度度值值就就越越小小。小小表表面面
82、粗粗糙糙度度值值磨磨削削的的实实践践表表明明，修修整整砂砂轮轮时时，砂砂轮轮转转一一转转金金刚刚石石笔笔的的纵纵向向进进给给量量如如能能减减少少到到0.01mm0.01mm，磨磨削表面粗糙度值就可达削表面粗糙度值就可达Ra0.1Ra0.10.2um0.2um。 砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面上。砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面上。http:/ 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制q物理因素的影响-表面层金属的塑性变形 砂砂轮轮的的磨磨削削速速度度远远比比一一般般切切削削加加工工的的速速度度高高得得多多，且且磨磨粒粒大大多多为为负负前前角角，磨磨削削比比压压大大，磨磨削
83、削区区温温度度很很高高，工工件件表表层层温温度度有有的的可可达达900900C C，工工件件表表层层金金属属容容易易产产生生相相变变而而烧烧伤伤。因此，因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。由由于于塑塑性性变变形形的的缘缘故故，被被磨磨表表面面的的几几何何形形状状与与单单纯纯根根据据几几何何因因素素所所得得到到的的原原始始形形状状大大不不相相同同，在在力力因因素素和和热热因因素素的的综综合合作作用用下下，被被磨磨工工件件表表层层金金属属的的晶晶粒粒在在横横向向上上被被拉拉长长了了，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。有时还产生细微的裂口
84、和局部的金属堆积现象。影影响响磨磨削削表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的因因素素，往往往往是是影影响响表表面面粗粗糙糙度值的决定因素。度值的决定因素。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制v磨削用量磨削用量砂砂轮轮速速度度越越高高，就就有有可可能能使使表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的传传播播速速度度小小于于切切削削速速度度，工工件件材材料料来来不不及及变变形形，致致使使表表层层金金属属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小；的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小；工件速度工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大；增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大；磨磨削
85、削深深度度对对表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的影影响响很很大大。增增大大磨磨削削深深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制v砂轮的选择砂轮的选择砂砂轮轮粒粒度度越越细细，磨磨削削的的表表面面粗粗糙糙度度值值越越小小。但但磨磨粒粒太太细细时时，不不仅仅砂砂轮轮易易被被磨磨屑屑堵堵塞塞，若若导导热热情情况况不不好好，反反而而会会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。砂砂轮轮的的硬硬度度。砂砂轮轮选选得得太太硬硬磨磨粒粒不不易易脱脱落
86、落，磨磨钝钝了了的的磨磨粒粒不不能能及及时时被被新新磨磨粒粒所所替替代代，从从而而使使表表面面粗粗糙糙度度值值增增大大；砂砂轮轮选选得得太太软软磨磨粒粒容容易易脱脱落落，磨磨削削作作用用减减弱弱也也会会使使表表面粗糙度值增大。通常选中软砂轮。面粗糙度值增大。通常选中软砂轮。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 砂砂轮轮的的组组织织是是指指磨磨粒粒结结合合剂剂和和气气孔孔的的比比例例关关系系。紧紧密密组组织织中中的的磨磨粒粒比比例例大大气气孔孔小小，在在成成形形磨磨削削和和精精密密磨磨削削时时，能能获获得得高高精精度度和和较较小小的的表表面面粗粗糙糙度度值值。疏疏松松组组织织的的砂
87、砂轮轮不不易易堵堵塞塞，适适于于磨磨削削软软金金属属、非非金金属属软软材材料料和和热热敏敏材材料料( (磁磁钢钢、不不锈锈钢钢、耐耐热热钢钢等等) )，可可获获得得较较小小的的表表面面粗粗糙糙度度值值。一一般般情情况况下下，应应选选用中等组织的砂轮。用中等组织的砂轮。 砂砂轮轮材材料料。氧氧化化物物( (刚刚玉玉) )砂砂轮轮适适用用于于磨磨削削钢钢类类零零件件；碳碳化化物物( (碳碳化化硅硅、碳碳化化硼硼) )砂砂轮轮适适于于磨磨削削铸铸铁铁、硬硬质质合合金金等等材材料料；用用高高硬硬磨磨料料( (人人造造金金刚刚石石、立立方方氮氮化化硼硼) )砂砂轮轮磨磨削削可可获获得得极极小小的表面粗糙
88、度值，但加工成本很高。的表面粗糙度值，但加工成本很高。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。施，将磨削液送入磨削区。 v磨削液的选择磨削液的选择2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制磨削加工后的表面层金属力学物理性能q加工表面层的冷作硬化 机机械械加加工工过过程程中中产产生生的的塑塑性性变变形形，使使晶晶格格扭扭曲曲、畸畸变变，晶晶粒粒间间产产生生滑滑移移，晶晶粒粒被被扯
89、扯长长，这这些些都都会会使使表表面面层层金金属属的硬度增加，统称为的硬度增加，统称为冷作硬化冷作硬化( (或称为或称为强化强化) )。表表层层金金属属冷冷作作硬硬化化的的结结果果会会增增大大金金属属变变形形的的阻阻力力，减减小小金金属属的的塑塑性性，金金属属的的物物理理性性质质( (如如密密度度、导导电电性性、导导热热性性等等) )也也有所变化。有所变化。金金属属冷冷作作硬硬化化的的结结果果，使使金金属属处处于于高高能能位位不不稳稳定定状状态态，只只要要一一有有条条件件金金属属的的冷冷硬硬结结构构本本能能地地向向比比较较稳稳定定的的结结构构转化。这些现象统称为转化。这些现象统称为弱化弱化。机机
90、械械加加工工过过程程中中产产生生的的切切削削热热将将使使金金属属在在塑塑性性变变形形中中产产生的冷硬现象得到恢复。生的冷硬现象得到恢复。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制v评定冷作硬化的指标评定冷作硬化的指标表层金属的显微硬度表层金属的显微硬度HVHV；硬化层深度硬化层深度h(h(m m）；）；硬化程度硬化程度N N。式中：式中： HVHV0 0-工件内部金属原来的硬度。工件内部金属原来的硬度。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u工件材料性能的影响工件材料性能的影响 v影响磨削加工表面冷作硬化的因素：影响磨削加工表面冷作硬化的因素： 从材料的塑性和导热性两个方面进
91、行分析。从材料的塑性和导热性两个方面进行分析。磨削高碳工具钢磨削高碳工具钢T8T8，加工表面冷硬程度平均可达，加工表面冷硬程度平均可达60606565，个别可达，个别可达100100；磨削纯铁时，加工表面冷硬程度可达磨削纯铁时，加工表面冷硬程度可达75758080，有时，有时可达可达140140150150。 原因原因是纯铁的塑性好，磨削时的塑性变形大，是纯铁的塑性好，磨削时的塑性变形大，强强化倾向化倾向大；此外，纯铁的导热性比高碳工具钢高，热不容易集大；此外，纯铁的导热性比高碳工具钢高，热不容易集中于表面，中于表面，热热化倾向小。化倾向小。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u
92、磨削用量的选择磨削用量的选择 a.a.加加大大磨磨削削深深度度，磨磨削削力力随随之之增增大大，磨磨削削过过程程的的塑塑性性变变形形加加剧，表面冷硬倾向增大。剧，表面冷硬倾向增大。b.b.加加大大纵纵向向进进给给速速度度，每每颗颗磨磨粒粒的的切切屑屑厚厚度度随随之之增增大大，磨磨削削力力加加大大，冷冷硬硬增增大大。但但提提高高纵纵向向进进给给速速度度，有有时时又又会会使使磨磨削削区区产产生生较较大大的的热热量量而而使使冷冷硬硬减减弱弱。加加工工表表面面的的冷冷硬硬状状况况要综合考虑上述两种因素的作用。要综合考虑上述两种因素的作用。c.c.提提高高工工件件转转速速，会会缩缩短短砂砂轮轮对对工工件件
93、热热作作用用的的时时间间，使使软软化化倾向减弱，因而表面层的冷硬程度增大。倾向减弱，因而表面层的冷硬程度增大。d.d.提提高高磨磨削削速速度度，每每颗颗磨磨粒粒切切除除的的切切削削厚厚度度变变小小，减减弱弱了了塑塑性性变变形形程程度度；磨磨削削区区的的温温度度增增高高，弱弱化化倾倾向向增增大大。所所以以，高速磨削时加工表面的冷硬程度总比普通磨削时低高速磨削时加工表面的冷硬程度总比普通磨削时低。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u砂轮粒度的影响砂轮粒度的影响 砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小。越小。 v冷作硬化的测量
94、冷作硬化的测量 冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度冷作硬化的测量主要是指表面层的显微硬度HVHV和硬和硬化层深度化层深度h h的测量，硬化程度的测量，硬化程度N N可由表面层的显微硬度可由表面层的显微硬度HVHV和工件内部金属原来的显微硬度和工件内部金属原来的显微硬度HVHV0 0通过式通过式(2.2)(2.2)计算求计算求得。得。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 表表面面层层显显微微硬硬度度HVHV的的常常用用测测定定方方法法是是用用显显微微硬硬度度计计来来测测量量，它它的的测测量量原原理理与与维维氏氏硬硬度度计计相相同同，都都是是采采用用顶顶角角为为136136的的金金
95、刚刚石石压压头头在在试试件件表表面面上上打打印印痕痕，根根据据印印痕痕的的大大小小决决定定硬硬度度值值。所所不不同同的的只只是是显显微微硬硬度度计计所所用用的的载载荷荷很很小小，一一般般都都只只在在2N2N以以内内( (维维氏氏硬硬度度计计的的载载荷荷约约为为50501200N)1200N)，印印痕痕极极小小。加加工工表表面面冷冷硬硬层层很很薄薄时时，可可在在斜斜截截面面上上测测量量显显微微硬硬度度。对对于于平平面面试试件件可可按按图图2.142.14磨磨出出斜斜面面，然然后后逐逐点点测测量量其其显显微微硬硬度度，并并将将测测量量结结果果绘绘制制如如图图2.14b2.14b所所示示图图形形。斜
96、斜切切角角a a常常取取为为030030230230。采采用用斜斜截截面面测测量量法法，不不仅仅可可测测量显微硬度，还能较准确地测量出硬化层深度量显微硬度，还能较准确地测量出硬化层深度h h。如图。如图2.14a2.14a可知可知: : 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制q表层金属的金相组织变化 机机械械加加工工过过程程中中，在在工工件件的的加加工工区区及及其其邻邻近近的的区区域域，温温度度会会急急剧剧升升高高，当当温温度度升升高高到到超超过过工工件件材材料料金金相相组组织织变变化化的的临界点时，就会发生金相组织变化。临界点时，就会发生金相组织变化。在在磨磨削削加加工工中中，所所
97、消消耗耗能能量量的的绝绝大大部部分分都都要要转转化化为为热热，这这些些热热量量中中的的约约80%80%将将传传给给被被加加工工表表面面，使使工工件件表表面面具具有有很很高的温度。高的温度。对对于于已已淬淬火火的的钢钢件件，很很高高的的磨磨削削温温度度往往往往会会使使表表面面层层金金属属的的金金相相组组织织产产生生变变化化，使使表表层层金金属属硬硬度度下下降降，使使工工件件表表面面呈现氧化膜颜色这种现象称为呈现氧化膜颜色这种现象称为磨削烧伤磨削烧伤。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u回火烧伤回火烧伤 v 磨削淬火钢时，表层金属产生的金相组磨削淬火钢时，表层金属产生的金相组织变化，
98、会出现以下三种金相组织变化：织变化，会出现以下三种金相组织变化： 如如果果磨磨削削区区的的温温度度未未超超过过淬淬火火钢钢的的相相变变温温度度( (碳碳钢钢的的相相变变温温度度为为720C)720C)，但但已已超超过过马马氏氏体体的的转转变变温温度度( (中中碳碳钢钢为为300C)300C)，工工件件表表层层金金属属的的马马氏氏体体将将转转化化为为硬硬度度较较低低的的回回火火组组织织( (索索氏氏体体或或托托氏体氏体) )，称为回火烧伤。，称为回火烧伤。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u淬火烧伤淬火烧伤 如如果果磨磨削削区区温温度度超超过过了了相相变变温温度度，再再加加上上冷
99、冷却却液液的的急急冷冷作作用用，表表层层金金属属会会出出现现二二次次淬淬火火马马氏氏体体组组织织，硬硬度度比比原原来来的的回回火火马马氏氏体体高高；在在它它的的下下层层因因冷冷却却较较慢慢出出现现了了硬硬度度比比原原来来的的回回火火马马氏氏体体低低的的回回火火组组织织( (索索氏氏体体或或马马氏氏体体) )，这这称称为淬火烧伤。为淬火烧伤。u退火烧伤退火烧伤 如果磨削区温度超过了相变温度而磨削过程又没有冷却如果磨削区温度超过了相变温度而磨削过程又没有冷却液，表层金属将产生退火组织表层金属的硬度将急剧下液，表层金属将产生退火组织表层金属的硬度将急剧下降，这称为退火烧伤降，这称为退火烧伤。 2.2
100、.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u正确选择砂轮正确选择砂轮 v改善磨削烧伤的工艺途径改善磨削烧伤的工艺途径 a.a.砂砂轮轮的的硬硬度度 硬硬度度太太高高的的砂砂轮轮，砂砂轮轮钝钝化化后后不不易易脱脱落落，容易产生烧伤。为避免产生烧伤，应选择较软的砂轮。容易产生烧伤。为避免产生烧伤，应选择较软的砂轮。b.b.结结合合剂剂 选选择择具具有有一一定定弹弹性性的的结结合合剂剂( (如如橡橡胶胶、树树脂脂结结合剂合剂) ) 有助于避免烧伤现象的产生。有助于避免烧伤现象的产生。c.c.组组织织 为为了了减减少少砂砂轮轮与与工工件件之之间间的的摩摩擦擦热热，在在砂砂轮轮的的孔孔隙隙内内浸浸入入石
101、石蜡蜡之之类类的的润润滑滑物物质质，对对降降低低磨磨削削区区的的温温度度、防止工件烧伤有防止工件烧伤有定效果。定效果。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u合理选择磨削用量合理选择磨削用量 以平磨为例来分析。以平磨为例来分析。 a.a.磨磨削削深深度度a ap p对对磨磨削削温温度度影影响响极极大大，从从减减轻轻烧烧伤伤的的角角度考虑，度考虑，a ap p不宜过大。不宜过大。 b.b.加加大大横横向向进进给给量量f f对对减减轻轻烧烧伤伤有有好好处处，为为了了减减轻轻烧烧伤，宜选用较大的伤，宜选用较大的f f。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 c.c.加加大大工工
102、件件的的回回转转速速度度v vw w，磨磨削削表表面面的的温温度度升升高高，但但其其增增长长速速度度与与磨磨削削深深度度a ap p的的影影响响相相比比小小得得多多；且且v vw w越越大大，热热量量越越不不容容易易传传入入工工件件内内层层，具具有有减减小小烧烧伤伤层层深深度度的的作作用用。但但增增大大工工件件速速度度v vw w会会使使表表面面粗粗糙糙度度值值增增大大，为为了了弥弥补补这这一一缺缺陷陷，可可以以相相应应提提高高砂砂轮轮速速度度v vs s。实实践践证证明明，同同时时提提高高砂砂轮速度轮速度v vs s和工件速度和工件速度v vw w，可以避免烧伤。，可以避免烧伤。 d.d.从
103、从减减轻轻烧烧伤伤而而同同时时又又尽尽可可能能地地保保持持较较高高的的生生产产率率考考虑虑，在在选选择择磨磨削削用用量量时时，应应选选用用较较大大的的工工件件速速度度vwvw和和较较小的磨削深度小的磨削深度apap。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u改善冷却条件改善冷却条件 磨磨削削时时磨磨削削液液若若能能直直接接进进入入磨磨削削区区对对磨磨削削区区进进行行充充分冷却，将有效地防止烧伤现象的产生。分冷却，将有效地防止烧伤现象的产生。 因因为为水水的的比比热热容容和和汽汽化化热热都都很很高高，在在室室温温条条件件下下1mL1mL水水变变成成100100CC以以上上的的水水蒸蒸气气
104、至至少少能能带带走走2512J2512J的的热热量量；而而磨磨削削区区热热源源每每秒秒钟钟的的发发热热量量在在一一般般磨磨削削用用量量下下都都在在4187J4187J以以下下。据据此此可可推推测测，只只要要设设法法保保证证在在每每秒秒时时间间内内确确有有2mL2mL的的冷冷却却水水进进入入磨磨削削区区，将将有有相相当当可可观观的的热热量量被被带走就可以避免产生烧伤。带走就可以避免产生烧伤。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制 表层金属的残余应力表层金属的残余应力 a.在在磨磨削削淬淬火火钢钢时时，因因磨磨削削热热有有可可能能使使表表层层金金属属产产生生回回火火烧烧伤伤，工工件件表
105、表层层金金属属组组织织将将由由马马氏氏体体转转变变为为接接近近珠珠光光体体的的托托氏氏体体或或索索氏氏体体，表表层层金金属属密密度度增增大大，比比热热容容减减小小。表表面面层层金金属属由由于于相相变变而而产产生生的的收收缩缩受受到到基基体体金金属属（即即更更深深一一层层）的的阻阻碍碍，因因而而在在表表层层金金属属产产生生拉拉伸伸残残余余应应力力，里里层层金金属属则则产产生生与与之之相相平衡的压缩残余应力。平衡的压缩残余应力。b.b.如如果果磨磨削削时时表表层层金金属属的的温温度度超超过过相相变变温温度度且且冷冷却却又又很很充充分分，表表层层金金属属将将因因急急冷冷形形成成淬淬火火马马氏氏体体，
106、密密度度减减小小比比热热容容增增大大，因因此此使使表表面面金金属属产产生生压压缩缩残残余余应应力力，而而里里层层金金属属则则产产生生拉拉伸伸残余应力。残余应力。 机加工时，在加工表面的金属层内有塑性变形产生，使表机加工时，在加工表面的金属层内有塑性变形产生，使表层金属的比热容增大。不同的金相组织具有不同的密度，也层金属的比热容增大。不同的金相组织具有不同的密度，也就会具有不同的比热容。就会具有不同的比热容。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制v影响磨削残余应力的工艺因素影响磨削残余应力的工艺因素 规律：规律：在一般磨削过程中，在一般磨削过程中， a.a.若若热因素热因素起主导作用，
107、工件表面将产生拉伸残余应力；起主导作用，工件表面将产生拉伸残余应力； b.b.若若塑性变形塑性变形起主导作用，工件表面将产生压缩残余应力；起主导作用，工件表面将产生压缩残余应力； c.c.当当工工件件表表面面温温度度超超过过相相变变温温度度且且又又冷冷却却充充分分时时，工工件件表表面面出出现现淬淬火火烧烧伤伤，此此时时金金相相组组织织变变化化因因素素起起主主要要作作用用，工工件件表面将产生压缩残余应力。表面将产生压缩残余应力。 d.d.在在精精细细磨磨削削时时，塑塑性性变变形形起起主主导导作作用用，工工件件表表层层金金属属产产生压缩残余应力。生压缩残余应力。 2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削
108、质量和裂纹控制u磨削用量的影响磨削用量的影响 a.a.磨削深度磨削深度apap对表面层残余应力的性质、数值有很大影响。对表面层残余应力的性质、数值有很大影响。 当当磨磨削削深深度度很很小小时时，塑塑性性变变形形起起主主要要作作用用，因因此此磨磨削削表表面面形形成成压压缩缩残残余余应应力力。继继续续增增大大磨磨削削深深度度，塑塑性性变变形形加加剧剧，磨磨削削热热随随之之增增大大，热热因因素素的的作作用用逐逐渐渐占占主主导导地地位位，在在表表面面层层产产生生拉伸残余应力拉伸残余应力； 随随着着磨磨削削深深度度的的增增大大，拉拉伸伸残残余余应应力力的的数数值值将将逐逐渐渐增增大大。当当ap0.025
109、mmap0.025mm时时，尽尽管管磨磨削削温温度度很很高高，但但因因工工业业铁铁的的含含碳碳量量极极低低，不不可可能能出出现现淬淬火火现现象象。此此时时塑塑性性变变形形因因素素逐逐渐渐起起主主导导作作用用，表表层层金金属属的的拉拉伸伸残残余余应应力力数数值值逐逐渐渐减减小小；当当apap取取值值很很大时表层金属呈现大时表层金属呈现压缩残余应力状态压缩残余应力状态。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制b.b.提提高高砂砂轮轮速速度度，磨磨削削区区温温度度增增高高，而而每每颗颗磨磨粒粒所所切切除除的的金金属属厚厚度度减减小小，此此时时热热因因素素的的作作用用增增大大，塑塑性性变变形形
110、因因素素的的影影响响减减小小，因因此此提提高高砂砂轮轮速速度度将将使使表表面面金金属属产产生生拉拉伸伸残残余余应力的倾向增大。应力的倾向增大。c.c.加加大大工工件件的的回回转转速速度度和和进进给给速速度度，将将使使砂砂轮轮与与工工件件热热作作用用的的时时间间缩缩短短，热热因因素素的的影影响响将将逐逐渐渐减减小小，塑塑性性变变形形因因素素的的影影响响逐逐渐渐加加大大。这这样样，表表层层金金属属中中产产生生拉拉伸伸残残余余应应力力的的趋势逐渐减小而产生趋势逐渐减小而产生压缩残余应力压缩残余应力的趋势逐渐增大。的趋势逐渐增大。2.2.3 磨削质量和裂纹控制磨削质量和裂纹控制u工件材料的影响工件材料
111、的影响 一一般般来来说说，工工件件材材料料的的强强度度越越高高、导导热热性性越越差差、塑塑性性越越低低，在在磨磨削削时时表表面面金金属属产产生生拉拉伸伸残残余余应应力力的的倾倾向向就就越越大。大。 碳碳素素工工具具钢钢T8T8比比工工业业铁铁强强度度高高，材材料料的的变变形形阻阻力力大大，磨磨削削时时发发热热量量也也大大，且且T8T8的的导导热热性性比比工工业业铁铁差差，磨磨削削热热容容易易集集中中在在表表面面金金属属层层，再再加加上上T8T8的的塑塑性性低低于于工工业业铁铁，因因此此磨磨削削碳碳素素工工具具钢钢T8T8时时，热热因因素素的的作作用用比比磨磨削削工工业业铁铁明明显显，表表层层金
112、金属属产产生生拉拉伸伸残残余余应应力力的的倾倾向向比比磨磨削削工工业铁大。业铁大。 2.3 2.3 精密磨削加工的机床及应用精密磨削加工的机床及应用精密与特种加工精密与特种加工第第2 2章章 精密磨削加工精密磨削加工2.3.1 概述概述精密磨床应满足的要求q高几何精度 主要有砂轮主要有砂轮主轴的回转精度主轴的回转精度和和导轨的直线度导轨的直线度。q磨削低速进给运动的稳定性由由于于砂砂轮轮的的修修整整导导程程要要求求1015mm/min，因因此此工工作作台台必必须须低低速速进进给给运运动动，要要求求无无爬爬行行和和无无冲冲击击现现象象并并能能平平稳工作。稳工作。 对对于于横横向向进进给给，也也应
113、应保保证证运运动动的的平平稳稳性性和和准准确确性性，应应有有高高精精度度的的横横向向进进给给机机构构，以以保保证证工工件件的的尺尺寸寸精精度度以以及及砂砂轮轮修修整整时时的的微微刃刃性性和和等等高高性性。有有时时在在砂砂轮轮头头架架移移动动上上配置了相应要求精度的微进给机构。配置了相应要求精度的微进给机构。2.3.1 概述概述q减少振动减少机床振动的主要措施：减少机床振动的主要措施：u电电动动机机的的转转子子应应进进行行动动平平衡衡，电电动动机机与与砂砂轮轮架架之之间间的的安安装装要要进进行行隔隔振振，如如垫垫以以硬硬橡橡胶胶或或木木块块，如如果果结结构构上上允允许许，电动机最好与机床脱开，分
114、离安装在地基上。电动机最好与机床脱开，分离安装在地基上。u砂砂轮轮要要进进行行动动平平衡衡，应应当当安安装装在在主主轴轴上上之之后后进进行行动动平平衡。衡。u精精密密磨磨床床最最好好能能安安装装在在防防振振地地基基上上工工作作，可可防防止止外外界界干干扰扰，如如果果没没有有防防振振地地基基，应应在在机机床床和和地地面面之之间间加加上上防防振振垫。垫。 2.3.1 概述概述q减少热变形u精精密密磨磨削削中中热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差会会达达到到总总误误差差的的50。u内内部部热热源源与与机机床床热热变变形形有有关关，外外部部热热源源与与使使用用情情况况有有关关。精精密密磨磨削削在在
115、200.5恒恒温温室室内内进进行行，对对磨磨削削区区冲冲注注大大量量冷却液排除外部热源的影响。冷却液排除外部热源的影响。 机床的热变形很复杂，其结果是破坏了调整后的工件与砂机床的热变形很复杂，其结果是破坏了调整后的工件与砂轮的相对位置。各种热源产生的热量，一部分向周围空间轮的相对位置。各种热源产生的热量，一部分向周围空间散失，一部分被冷却液带走。随着散失，一部分被冷却液带走。随着热量的积聚与散失趋向热量的积聚与散失趋向平衡，热变形亦逐渐稳定。平衡，热变形亦逐渐稳定。所以磨床应开启后经过所以磨床应开启后经过34h趋向热平衡，精密磨削在机趋向热平衡，精密磨削在机床热变形稳定后进行。床热变形稳定后进
116、行。2.3.1 概述概述2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点采用的微量进给装置具有以下特点q通常精密磨床采用压电和电致伸缩传感器微进给装置通常精密磨床采用压电和电致伸缩传感器微进给装置 vv实现自动微进给实现自动微进给实现自动微进给实现自动微进给u有较高的刚度和自振频率，自振频率应大于有较高的刚度和自振频率，自振频率应大于300500Hz；u调整使用方便，应能很方便地调节电致伸缩传感器的预载力；调整使用方便，应能很方便地调节电致伸缩传感器的预载力；u最好是整体结构，在实现微位移时应无摩擦力；最好是整体结构，在实现微位移时应无摩擦力；u结构不要太复杂，便于加工制造。结构不
117、要太复杂，便于加工制造。vv对电致伸缩微量进给装置机械结构的要求对电致伸缩微量进给装置机械结构的要求对电致伸缩微量进给装置机械结构的要求对电致伸缩微量进给装置机械结构的要求: : : :2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点v微量进给装置的应用可实现如下功能微量进给装置的应用可实现如下功能a.a.实现微量进给；实现微量进给；b.b.实现超薄加工；实现超薄加工；c.c.在线误差补偿；在线误差补偿；d.d.用于磨削加工非轴对称特殊型面。用于磨削加工非轴对称特殊型面。 2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点q机床的稳定性和减振隔振v对机床的稳定性要求有如下
118、几方面对机床的稳定性要求有如下几方面对机床的稳定性要求有如下几方面对机床的稳定性要求有如下几方面 ua.各部件的尺寸稳定性好各部件的尺寸稳定性好 采采用用尺尺寸寸稳稳定定性性好好的的材材料料制制造造机机床床部部件件，如如用用陶陶瓷瓷、花花岗岗岩岩、尺尺寸寸稳稳定定性性好好的的钢钢材材、合合金金铸铸铁铁等等；各各部部件件经经过过消消除除应应力力的的处处理理，如如时时效效、冰冰冷冷处处理理、铸铸件件缓缓慢慢冷却等方法使部件有高度的尺寸稳定性。冷却等方法使部件有高度的尺寸稳定性。ub.结构刚性高、变形小结构刚性高、变形小 当当机机床床运运动动部部件件位位置置改改变变工工件件装装卸卸或或负负载载变变化
119、化，受受力力作作用用变变化化等等，均均将将造造成成变变形形，要要求求结结构构刚刚度度高高、变变形形量量极极小小，基基本本不不影影响响加加工工精精度度；各各接接触触面面和和联联接接面面的接触良好，接触刚度高，变形极小。的接触良好，接触刚度高，变形极小。2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点v提高机床稳定性的措施提高机床稳定性的措施 a.各运动部件都经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源。各运动部件都经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源。b.提高机床结构的抗振性。提高机床结构的抗振性。c.在机床结构的易振动部分，人为地加入阻尼，减小振动。在机床结构的易振动部分，人为地加
120、入阻尼，减小振动。d.使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。e.精密机床应尽量远离振源。精密机床应尽量远离振源。f.精密机床采用单独地基、隔振沟、隔振墙等。精密机床采用单独地基、隔振沟、隔振墙等。g.使用空气隔振垫使用空气隔振垫(亦称空气弹簧亦称空气弹簧)。2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点q减少热变形和恒温控制v温度变化对精密机床加工误差的影响温度变化对精密机床加工误差的影响温度变化对精密机床加工误差的影响温度变化对精密机床加工误差的影响精精密密加加工工中中机机床床热热变变形形和和工工件件温温升升引引起起的的加加工工误误
121、差差占占总总误误差差的的4070。在在一一般般机机械械加加工工中中，磨磨床床润润滑滑油油和和磨磨削削液液每每日日变变化化10是是常常见见的的现现象象，如如磨磨削削100的的轴轴类类零零件件，温温升升10将将产产生生11m的的误误差差。精精密密加加工工铝铝合合金金零零件件100mm长长时时，每每温温度度变变化化1，将将产产生生2.25m的的误误差差。若若要要求求确确保保0.1m的的加加工工精精度度，环环境境温温度度就就需需要要控控制制在在0.05范范围围内内。从从以以上上结结果果可可看看到到要要提提高高机机床床的的加加工工精度，必须严格控制温度变化。精度，必须严格控制温度变化。2.3.2 精密磨
122、削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点v减小机床热变形的措施减小机床热变形的措施a尽尽量量减减少少机机床床中中的的热热源源。如如机机床床主主轴轴采采用用空空气气轴轴承承代代替替液液体体静静压压轴轴承承以以减减少少发发热热量量；使使用用发发热热量量小小的的电电机机；将将发热器件放在机床床身以外。发热器件放在机床床身以外。 b采采用用热热膨膨胀胀系系数数小小的的材材料料制制造造机机床床部部件件。现现在在不不少少坐坐标标测测量量机机和和超超精精密密机机床床使使用用花花岗岗岩岩、铟铟钢钢、陶陶瓷瓷、铟铟钢钢铸铸铁、低热膨胀系数的铸铁等做机床的关键部件。铁、低热膨胀系数的铸铁等做机床的关键部件。 c
123、机机床床结结构构合合理理化化。使使在在同同样样温温度度变变化化条条件件下下机机床床的的热热变形最小。变形最小。 d使机床长期处在热平衡状态，使机床长期处在热平衡状态，使热变形量成为恒定。使热变形量成为恒定。2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点e使用大量恒温液体喷淋使用大量恒温液体喷淋，形成机床附近局部地区小，形成机床附近局部地区小环境的精密恒温状态。环境的精密恒温状态。 精密机床要保持恒温可用大量的恒温油精密机床要保持恒温可用大量的恒温油(或恒温水或恒温水)浇浇淋磨削区、关键部件或整个机床。淋磨削区、关键部件或整个机床。 如有的精密丝杠磨床的母丝杠做成带内孔的结构，工如
124、有的精密丝杠磨床的母丝杠做成带内孔的结构，工作时用恒温油通过丝杠内孔，使母丝杠保持恒温，从而作时用恒温油通过丝杠内孔，使母丝杠保持恒温，从而提高了加工丝杠的螺距精度。提高了加工丝杠的螺距精度。2.3.2 精密磨削机床的结构及特点精密磨削机床的结构及特点图2.17 浇淋油的温控系统(20(200.0055)0.0055) 2.4 2.4 超超精密磨削加工简介精密磨削加工简介精密与特种加工精密与特种加工第第2 2章章 精密磨削加工精密磨削加工2.4 超精密磨削加工简介超精密磨削加工简介 (精精密密磨磨削削是是指指加加工工精精度度为为l0.1um、表表面面粗粗糙糙度度值值Ra0.20.025um)u
125、超超精精密密磨磨削削加加工工加加工工表表面面粗粗糙糙度度值值Ra0.025m，加加工工精度达到或高于精度达到或高于0.50.1m。u镜镜面面磨磨削削一一般般是是指指加加工工表表面面粗粗糙糙度度值值Ra0.020.01m，表表面面光光泽泽如如镜镜的的磨磨削削方方法法，在在加加工工精精度度的的含含义义上上不不够够明明确确，比比较较强强调调表表面面粗粗糙糙度度的的要要求求，从从精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度相相应应和和统统一一的的观观点点来来理理解解，镜镜面面磨磨削削应应该该属属于于精精密密和超精密磨削范畴。和超精密磨削范畴。u 研研磨磨是是精精密密零零件件制制造造、修修理理的的最最重重要要的的加
126、加工工方方法法，尺尺寸寸精精度度达达到到10.1m、圆圆度度误误差差0.1m、表表面面粗粗糙糙度度值值Ra0.10.006/ m。2.4.1 超精密磨削的特点超精密磨削的特点超精密磨床是超精密磨削的关键u超超精精密密磨磨削削是是在在超超精精密密磨磨床床上上进进行行，加加工工精精度度主主要要取取决于机床，加工中不可能加工出比机床精度更高的工件。决于机床，加工中不可能加工出比机床精度更高的工件。u 由由于于超超精精密密磨磨削削的的精精度度要要求求越越来来越越高高，已已经经进进入入0.01m甚甚至至纳纳米米级级，这这就就给给超超精精密密磨磨床床的的研研制制带带来来了了很很大困难，需要多学科多技术的密
127、集和结合。大困难，需要多学科多技术的密集和结合。超精密磨削是一种超微量切除加工 2.4.1 超精密磨削的特点超精密磨削的特点u超超精精密密磨磨削削是是一一种种极极薄薄切切削削，其其去去除除的的余余量量可可能能与与工工件件所所要要求求的的精精度度数数量量级级相相当当，甚甚至至小小于于公公差差要要求求，因因此在加工机理上与一般磨削加工是不同的。此在加工机理上与一般磨削加工是不同的。超精密磨削是一个系统工程2.4.1 超精密磨削的特点超精密磨削的特点u影响超精密磨削的因素很多，各因素之间又相互关联影响超精密磨削的因素很多，各因素之间又相互关联(如图如图)。u 超精密磨削需要一个高稳定性的工艺系统，对
128、力、热、振动、超精密磨削需要一个高稳定性的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性的要求，并有材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性的要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰能力。所以超精密磨削是较强的抗击来自系统内外的各种干扰能力。所以超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统。一个高精度、高稳定性的系统。超微量切除2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理u超超精精密密磨磨削削是是一一种种极极薄薄的的切切削削。切切屑屑厚厚度度极极小小，磨磨削削深深度度可可能能小小于于晶晶粒粒的的大大小小，因因而而磨磨削削就就在在晶晶粒粒内内进进行行。一一般般说说来来，磨磨削削加
129、加工工中中，磨磨削削力力须须大大于于晶晶体体内内部部非非常常大大的的原原子子、分分子子结结合合力力，使使磨磨粒粒上上所所承承受受的的切切应应力力显显著著地地增增加加并并变变得得非非常常大大，以以致致于于接接近近被被磨磨削削工工件件材材料料的的剪剪切切强强度极限度极限。u与与此此同同时时，磨磨粒粒切切削削刃刃处处受受到到高高温温和和高高压压的的作作用用，要要求求磨粒材料有很高的磨粒材料有很高的高温强度高温强度和和高温硬度高温硬度。u对对于于普普通通磨磨料料，在在高高温温、高高压压和和高高剪剪切切力力的的作作用用下下，磨磨粒粒将将很很快快磨磨损损或或崩崩裂裂并并以以随随机机方方式式不不断断形形成成
130、新新的的切切削削刃刃，虽虽然然使使其其连连续续磨磨损损成成为为可可能能，但但通通常常得得不不到到高高精精度度和和低低粗粗糙度的磨削质量。糙度的磨削质量。 因因此此，在在超超精精密密磨磨削削时时一一般般多多采采用用人人造造金金刚刚石石、立立方方氮氮化硼化硼等超硬磨粒砂轮等超硬磨粒砂轮。 （钛钛合合金金：CBN；不不锈锈钢钢：一一般般白白刚刚玉玉；磨磨内内孔孔：单单晶晶刚刚玉玉或或微微晶晶刚刚玉玉；噢噢氏氏体体比比马马氏氏体体粘粘附附性性强强选选SiC；磨磨硬度大于硬度大于HRB275以上材料可选以上材料可选CBN）2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理HRAHRA：是是采采用用60kg60kg
131、载载荷荷和和钻钻石石锥锥压压入入器器求求得得的的硬硬度度，用用于于硬硬 度度 极极 高高 的的 材材 料料 ( (如如 硬硬 质质 合合 金金 等等 ) )。HRBHRB：是是采采用用100kg100kg载载荷荷和和直直径径1.58mm1.58mm淬淬硬硬的的钢钢球球，求求得得的的硬硬度度，用用于于硬硬度度较较低低的的材材料料( (如如退退火火钢钢、铸铸铁铁等等) )。 HRCHRC：是是采采用用150kg150kg载载荷荷和和钻钻石石锥锥压压入入器器求求得得的的硬硬度度，用用于于硬度很高的材料硬度很高的材料( (如淬火钢等如淬火钢等) )。2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理磨屑形成过程
132、 2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理砂砂轮轮可可以以看看成成是是具具有有弹弹性性支支承承的的多多刃刃刀刀具具，而而磨磨粒粒切切削削刀刀可可近近似似地地看看成成一一个个球球形形，因因而而砂砂轮轮工工件件系系统统可可以以用用一一个个简简单单的的弹弹簧簧缓缓冲冲系系统统来来表表示示，见见图图2.19。在在弹弹簧簧缓缓冲冲系系统统中中，球球形形磨磨粒粒支支持持在在系系统统的的一一端端，并并绕绕着着另另一一端端的的固固定定中心旋转。中心旋转。 典型磨屑形成过程分为三个阶段：典型磨屑形成过程分为三个阶段： q滑擦阶段滑擦阶段2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理磨磨粒粒切切刃刃与与工工件件开开始始
133、接接触触，切切削削厚厚度度由由零零逐逐渐渐增增加加。在在切切削削压压力力作作用用下下法法向向力力迅迅速速上上升升，工工件件表表层层、砂砂轮轮及及机机床床系系统统发发生生弹弹性性变变形形，磨磨粒粒沿沿工工件件表表面面滑滑行行并并发发生生强强烈烈挤挤压压摩摩擦擦，由由摩摩擦擦能能转转变变为为热热能能，温温度度逐逐渐渐上上升升。当当金金属属温温度度上上升升到到某某一一临临界界点点时时，材材料料中中逐逐步步增增加加的的剪剪应应力力超超过过了了随随温温度度上上升升而而下下降降的的屈屈服服应应力力时时，工工件件材材料料就就开始产生塑性变形。开始产生塑性变形。q刻划(耕犁)阶段 2.4.2 超精密磨削机理超
134、精密磨削机理u工工件件材材料料开开始始发发生生塑塑性性变变形形就就表表明明磨磨削削过过程程进进入入了了刻刻划划阶阶段段。这这时时磨磨粒粒切切削削刃刃切切入入工工件件金金属属材材料料的的基基体体，金金属属材材料料由由于于发发生生滑滑移移而而被被推推向向切切削削刃刃前前方方及及两两侧侧，导导致致材材料料的的流流动动及及表表面面隆隆起起现现象象。根根据据球球形形切切削削刃刃表表面面金金属属材材料料流流动动速速度度的的分分析析可可见见(图图2.20(a):在在球球形形磨磨粒粒前前方方有有一一区区域域(半半锥锥角角为为摩摩擦擦角角的的圆圆锥锥体体)为为中中性性点点，材材料料静静止止不不动动，称称为为死死
135、区区。死死区区以以外外的的材材料料按按最最小小阻阻力力方方向向流流动动，即即死死区区以以上上材材料料向向上上流流动动，死死区区以以下下材材料料向向已已加加工工表表面面流流动动，死死区区左左右右材材料料向向两两侧侧流流动动，死死区区成成为为磨磨削削切切刃刃与与变形材料间的缓冲区域。变形材料间的缓冲区域。u 刻刻划划阶阶段段的的特特点点是是材材料料的的塑塑性性流流动动与与隆隆起起是是由由于于磨磨粒粒切切削削刃刃通通过过死死区区作作用用于于工工件件材材料料而而产产生生，最最后后在在表表面面上上形形成成沟沟纹纹或或划划痕，但不形成切屑。痕，但不形成切屑。 2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理图2-20金属材料的刻划与切削过程q切削阶段 2.4.2 超精密磨削机理超精密磨削机理随随着着切切削削深深度度的的增增加加，磨磨削削温温度度不不断断升升高高，死死区区前前方方隆隆起起材材料料直直接接和和磨磨粒粒相相接接触触(图图2.20(b)，没没有有死死区区的的缓缓冲冲作作用用。这这时时材材料料的的流流动动已已由由量量变变到到质质变变形形成成切切屑屑，进进入入了切削阶段。了切削阶段。 通通过过模模拟拟试试验验并并用用显显微微镜镜观观察察，典典型型磨磨削削形形成成的的三三阶段如图阶段如图2.21所示。所示。图2-21磨粒典型的切削过程
