第9章-磨床及砂輪課件

1、第9章 磨床及砂輪 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】本章簡單介紹磨床的用途、分類，重點(diǎn)講解M1432A型萬能外圓磨床的工藝范圍及運(yùn)動(dòng)、主要組成部件及結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)性能、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等，簡要介紹普通外圓磨床、半自動(dòng)寬砂輪外圓磨床、無心外圓磨床、端面外圓磨床、內(nèi)圓磨床和平面磨床等，另外講解磨削砂輪及其選用，最后簡單介紹磨削加工的發(fā)展趨勢。9.1 概 述9.2 外圓磨床 9.3 其他磨床 9.4 磨削砂輪及其選用9.5 磨削加工的發(fā)展趨勢 8.1 概 述 用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨劑等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱為磨床。9.1.1磨床的用途 磨床用途十分廣泛，它可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面

2、、齒輪齒廓面、螺旋面以及各種成形面等，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等。 磨床主要應(yīng)用于零件表面的精加工，尤其是淬硬的鋼件和高硬度特殊材料的精加工。一般條件下，精度等級可達(dá)到IT5IT6，表面粗糙度可達(dá)Ra0.321.25m。目前也有少數(shù)用于粗加工的高效磨床。 9.1.2磨床的分類 為了適應(yīng)磨削各種表面、工件形狀和生產(chǎn)批量的要求，磨床的種類很多，主要類型有： 1）外圓磨床。主要用于磨削外回轉(zhuǎn)表面；它包括萬能外圓磨床、普通外圓磨床、無心外圓磨床等。 2）內(nèi)圓磨床。主要用于磨削內(nèi)回轉(zhuǎn)表面；它包括普通內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床、行星式內(nèi)圓磨床等。 3）平面及端面磨床。用于磨削各種平面；它包括臥軸矩臺平面磨床、

3、立軸矩臺平面磨床、臥軸圓臺平面磨床、立軸圓臺平面磨床等。 4）工具磨床。主要用于磨削各種工具，如樣板、卡板等；它包括工具曲線磨床、卡板磨床、鉆頭溝槽磨床、絲錐溝槽磨床等。 5）刀具刃具磨床。主要用于刃磨各種刀具；它包括萬能工具磨床、車刀刃磨床、拉刀刃磨床、滾刀刃磨床等。 6）專門化磨床。用于磨削某一類零件上的一種表面，如曲軸磨床、凸輪鈾磨床、花鍵軸磨床、球軸承磨床、活塞環(huán)磨床、螺紋磨床、導(dǎo)軌磨床、中心孔磨床等。 7）其他磨床。其他磨床如珩磨機(jī)、研磨機(jī)、拋光機(jī)、超精加工機(jī)床、砂輪機(jī)等。 以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床

4、等。 9.2 外圓磨床 9.2.1 M1432A型萬能外圓磨床 M1432A型萬能外圓磨床是應(yīng)用最普遍的外圓磨床，主要用于磨削內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面，還可磨削階梯軸軸肩及端面和簡單的成形回轉(zhuǎn)體表面等。 1典型加工方法和運(yùn)動(dòng) 圖9.1為在萬能外圓磨床上磨削幾種典型表面的意圖。 圖9.2是機(jī)床的幾種典型加工示意圖。 （1）磨外圓 如圖9.2 a所示 ；（2）磨長圓錐面 如圖9.2b所示；（3）切入法磨外圓錐面 如圖9.2c所示 ；（4）磨內(nèi)錐孔 如圖9.2d所示。 2機(jī)床主要組成部件 圖9.3為M1432A型萬能外圓磨床的外形圖。 3機(jī)床主要技術(shù)性能 M1432A型萬能外圓磨床的主要技術(shù)性能如下：

5、外圓磨削直徑 8320mm；最大外圓磨削長度（共有三種規(guī)格） 1 000mm、1 500mm、2 000mm；內(nèi)孔磨削直徑 13100mm；內(nèi)孔磨削最大磨削長度 125mm；磨削工件磨削質(zhì)量 150kg砂輪尺寸和轉(zhuǎn)速 400mm50mm203mm， 1 670r/min；頭架主軸轉(zhuǎn)速（共6級） 25 r/min、50 r/min、80 r/min、 112 r/min、 160 r/min、224 r/min；內(nèi)圓砂輪轉(zhuǎn)速（共兩種） 10 000r/min、15 000r/min；工作臺縱向移動(dòng)速度（液壓無級調(diào)速）0.05m/min機(jī)床外形尺寸：長度（三種規(guī)格） 3 200 mm、4 200

6、mm、5 200mm； 寬度 18001500mm； 高度 1420mm；機(jī)床質(zhì)量（三種規(guī)格） 3 200kg、4 530kg、5 800kg。 4機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) M1432A型萬能外圓磨床的工作運(yùn)動(dòng)，是由機(jī)械和液壓聯(lián)合傳動(dòng)的。 圖9.4是機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 （1）外圓磨削砂輪的傳動(dòng)鏈砂輪主軸的運(yùn)動(dòng)是由砂輪架電動(dòng)機(jī)（1440r/min，4kW）經(jīng)4根V形皮帶直接傳動(dòng)的。 （2）頭架撥盤（帶動(dòng)工件）的傳動(dòng)鏈撥盤的運(yùn)動(dòng)是由雙速電動(dòng)機(jī)（700/1350r/min，0.55/1.1kW）驅(qū)動(dòng)，經(jīng)V形帶塔輪及兩級V形帶傳動(dòng)，使頭架的撥盤或卡盤帶動(dòng)工件，實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。 （3）內(nèi)圓磨具的傳動(dòng)鏈內(nèi)圓磨削砂

7、輪主軸是由內(nèi)圓砂輪電動(dòng)機(jī)（2840r/min， 1.1kW）經(jīng)平帶直接傳動(dòng)。更換平帶等輪可使內(nèi)圓砂輪主軸得到兩種轉(zhuǎn)速。 （4）工作臺的手動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)整機(jī)床及磨削階梯軸的臺階時(shí)，工作臺還可由手輪A驅(qū)動(dòng)。 （5）滑鞍及砂輪架的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)橫、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可搖動(dòng)手輪B來實(shí)現(xiàn)，也可由進(jìn)給液壓缸的柱塞G驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)周期的自動(dòng)進(jìn)給。傳動(dòng)路線表達(dá)式為： 橫向手動(dòng)進(jìn)給分粗進(jìn)給和細(xì)進(jìn)給。 5機(jī)床主要部件的結(jié)構(gòu) （1）砂輪架砂輪架由殼體、砂輪主軸及其軸承、傳動(dòng)裝置與滑鞍等組成。 圖9.5所示的砂輪架中，砂輪主軸5的前、后支承均采用“短三瓦”動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。 圖9.5所示的砂輪架中，砂輪主軸5的前、后支承均采用“短三瓦”動(dòng)

8、壓滑動(dòng)軸承。 （2）內(nèi)圓磨具及其支架 圖9.6為內(nèi)圓磨具裝配圖。圖9.7是內(nèi)圓磨具的支架。 內(nèi)圓磨具裝在支架的孔中，圖9.7所表示的為工作位置，如果不工作時(shí)翻向上方，如圖9.3所示的位置。 （3）頭架 圖9.8所示為M1432A型萬能外圓磨床的頭架結(jié)構(gòu)。圖9.8 頭架M1432A （4）尾座尾座的功用是利用安裝在尾座套筒上的頂尖（后頂尖），與頭架主軸上的前頂尖一起支承工件，使工件實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。某些外圓磨床的尾架可在橫向作微量位移調(diào)整，以便精確地控制工件的錐度。 中小型外圓磨床的尾座，一般都用彈簧力預(yù)緊工件（見圖9.9），以便磨削過程中工件因熱脹而伸長時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，避免引起工件彎曲變形和頂

9、尖孔過分磨損。頂緊力的大小可以調(diào)節(jié)。利用手把9轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠11，使螺母10左右移動(dòng)（螺母10由于受銷子8的限制，不能轉(zhuǎn)動(dòng)），改變彈簧2的壓縮量，便可調(diào)整頂尖對工件的預(yù)緊力。 尾座套筒1在裝卸工件時(shí)的退回動(dòng)作，可手動(dòng)也可液動(dòng)。圖9.9 M1432A型 萬能外圓磨床尾座 （5）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)砂輪架的周期或連續(xù)橫向工作進(jìn)給，調(diào)整位移和快速進(jìn)退，以確定砂輪和工件的相對位置，控制被磨削工件的直徑尺寸。 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的工作進(jìn)給有手動(dòng)的，也有自動(dòng)的，調(diào)整位移一般用手動(dòng)，而定距離的快速進(jìn)退通常都采用液壓傳動(dòng)。圖9.10是可作自動(dòng)周期進(jìn)給的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 1）手動(dòng)進(jìn)給。 2）周期自動(dòng)進(jìn)給。 3）定

10、程磨削及其調(diào)整。 4）快速進(jìn)退。 9.2.2 普通外圓磨床 普通外圓磨床的結(jié)構(gòu)與萬能外圓磨床基本相同，所不同的是其頭架主軸直接固定在體殼上不能回轉(zhuǎn)，工件只能支承在頂尖上磨削；另外，磨床的頭架和砂輪架不能繞垂直軸線調(diào)整角度位置，也沒有內(nèi)磨裝置。故工藝范圍較窄，只能磨削外圓柱面、錐度不大的外圓錐面和臺肩端面。但由于主要部件的結(jié)構(gòu)層次少，剛性好，可采用較大的磨削用量，故生產(chǎn)率較高。 9.2.3半自動(dòng)寬砂輪外圓磨床 半自動(dòng)寬砂輪外圓磨床的結(jié)構(gòu)與普通外圓磨床類似，但具有更好的結(jié)構(gòu)剛性和大得多的砂輪電動(dòng)機(jī)功率。此機(jī)床加工時(shí)，工作臺不作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)（可縱向調(diào)整位置)，機(jī)床采用寬度很大的砂輪，砂輪架作連續(xù)的橫

11、向切入進(jìn)給（切入磨法）。 9.2.4端面外圓磨床 端面外圓磨床的主要特點(diǎn)在于，砂輪主軸軸線與頭、尾架項(xiàng)尖中心連線傾斜一定角度。砂輪架沿斜向進(jìn)給且砂輪裝在主軸右端，以避免砂輪架和尾架、工件相碰。 在無心磨床上加工工件，不用頂尖定心和支承，而由工件的被磨削外圓面本身作定位面。如圖9.12所示，工件2放在磨削砂輪1和導(dǎo)輪3之間，由托板4支承進(jìn)行磨削。 9.2.5 無心外圓磨床 9.3 其他磨床 9.3.1 內(nèi)圓磨床 內(nèi)圓磨床用于磨削各種圓柱孔（通孔、盲孔、階梯孔和斷續(xù)表面的孔等）和圓錐孔，其磨削方法有下列幾種： 1普通內(nèi)圓磨削（見圖9.14a） 2無心內(nèi)圓磨削（見圖9.14b） 3行星內(nèi)圓磨削（見圖

12、9.14c) 內(nèi)圓磨床的主要類型有普通內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床、行星式內(nèi)圓磨床和坐標(biāo)磨床等。（見圖9.15）。 9.3.2 平面磨床 平面磨床主要用于磨削各種工件的平面，其磨削方式如圖9.16所示。 根據(jù)磨削方法和機(jī)床布局不同，平面磨床主要有以下四種類型：臥軸矩臺平面磨床（圖9.16a）、臥軸圓臺平面磨床（圖9.16b）、立軸矩臺平面磨床（圖9.16c）和立軸圓臺平面磨床（圖9.16d）。 目前，最常見的平面磨床為臥軸矩臺式平面磨床和立軸圓臺式平面磨床。其外形及結(jié)構(gòu)如圖9.17和圖9.18所示。 9.4 磨削砂輪及其選用 9.4.1砂輪及其組成要素 砂輪是用結(jié)合劑將磨粒固結(jié)成一定形狀的多孔體（圖

13、9.19）。要了解砂輪的切削性能，必須研究砂輪的各組成要素。 1磨料 磨料分為天然磨料和人造磨料兩大類。一般天然磨料含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻。天然金剛石雖好，但價(jià)格昂貴，故目前主要使用人造磨料。常用人造磨料有棕剛玉（A）、白剛玉（WA）、鉻剛玉（PA）、黑碳化硅（C）、綠碳化硅（GC）、人造金剛石（MBD等）和立方氮化硼（CBN）。其性能與適用范圍見表9-1。 2粒度 粒度是指磨粒的大小。粒度有兩種表示方法：對于用篩選法來區(qū)分的較大的磨粒（制砂輪用），以每英寸篩網(wǎng)長度上篩孔的數(shù)目來表示。如46# 粒度表示磨粒剛能通過每英寸46格的篩網(wǎng)。所以粒度號愈大，磨粒的實(shí)際尺寸愈小。對于用顯微鏡測量來區(qū)分的微細(xì)

14、磨粒（微粉，供超精磨和研磨用），以其最大尺寸（單位為m）前加W來表示，如W28、W40。 3結(jié)合劑 把磨粒固結(jié)成磨具的材料稱為結(jié)合劑。結(jié)合劑的性能決定了砂輪的強(qiáng)度、耐沖擊性、耐腐蝕性和耐熱性。此外，它對磨削溫度和磨削表面質(zhì)量也有一定的影響。 4硬度 磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度稱為硬度。砂輪的硬度反映結(jié)合劑固結(jié)磨粒的牢固程度。砂輪硬就是磨粒固結(jié)得牢，不易脫落；砂輪軟，就是磨粒固結(jié)得不太牢，容易脫落。砂輪的硬度對磨削生產(chǎn)率和磨削表面質(zhì)量都有很大影響。如果砂輪太硬，不易脫落，磨削效率很低，工件表面粗糙易燒傷。砂輪太軟，太易脫落，砂輪損耗大，形狀不易保持，影響工件質(zhì)量。 5組織 組織表示

15、砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔間的體積比例。根據(jù)磨粒在砂輪中占有的體積百分?jǐn)?shù)，砂輪可分為014組織號。組織號從小到大，磨料率從大到小，氣孔率由小到大。組織號大，砂輪不易堵塞，切削液和空氣容易帶入磨削區(qū)域，可降低磨削溫度，減少工件變形和燒傷，也可提高磨削效率。 表9.1列出了砂輪的五個(gè)組成要素、代號、性能和適用范圍，供選用砂輪時(shí)參考。 9.4.2 砂輪的形狀、尺寸和標(biāo)志 常用的砂輪形狀、代號和用途見表9.2（GB/T248494）。表9.2（GB/T248494） 砂輪的標(biāo)志印在砂輪端面上。其順序是：形狀代號、尺寸、磨料、粒度號、組織號、結(jié)合劑和允許的最高線速度。例如： 9.4.3 超硬性能的砂輪 1

16、人造金剛石砂輪 如圖9.20所示為金剛石砂輪的構(gòu)造，它由磨料層、過渡層和基體三部分組成。磨料層由人造金剛石磨粒與結(jié)合劑組成，厚度約為1.55mm，起磨削作用。過渡層不含人在金剛石，單由結(jié)合劑組成，其作用是使磨料層與基體牢固地結(jié)合在一起，并使磨料層能全部達(dá)到使用?；w起支承磨削層的作用，并通過它將砂輪緊固在磨床主軸上?；w常用鋁、鋼、銅或膠木等制造。金剛石砂輪的標(biāo)記（GB/T6409.194）舉例如下： 2立方氮化硼砂輪 立方氮化硼砂輪的結(jié)構(gòu)與人造金剛石砂輪相似，立方氮化硼只有一薄層。立方氮化硼磨粒非常鋒利又非常硬，其壽命為剛玉磨粒的100倍。立方氮化硼砂輪用來磨削超硬的、高韌性的、難加工鋼材，

17、如高釩高速鋼、耐熱合金等。立方氮化硼砂輪特別適合高速磨削和超高速磨削，但需采用經(jīng)改制的特殊水劑切削液而不能采用普通的水劑切削液。 9.4.4 砂輪的選用 砂輪的選用包括選用砂輪的性能和適用范圍以及選用砂輪的形狀和用途等，請參考表9.1和表9.2。9.5 磨削加工的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代磨床的主要發(fā)展趨勢是：提高磨削效率；提高磨床的自動(dòng)化程度和進(jìn)步提高磨床的加工質(zhì)量。 9.5.1 提高磨削效率 隨著磨料磨具的發(fā)展及磨床結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在磨削加工中采用了高速磨削，強(qiáng)力磨削，寬砂輪和多砂輪磨削、以及其他的磨削工藝（如砂帶磨削、電解磨削），使磨削效率不斷提高。 高速磨削是指將砂輪的線速度從目前的35m/s提高到50

18、60m/s（目前國外個(gè)別磨床的線速度已達(dá)120 m/s）。提高了磨削效率和磨削質(zhì)量，延長砂輪使用壽命。 強(qiáng)力磨削是指以大的磨削深度進(jìn)行磨削，它可以代替車和銑，直接將毛坯磨削到工件要求，可顯著提高效率。強(qiáng)力磨削在加工難切削材料方面效果特別顯著。強(qiáng)力磨削時(shí)磨削力很大，因此，強(qiáng)力磨削機(jī)床（尤其是主軸組件）的剛度很高，而且砂輪電動(dòng)機(jī)的功率也提高了好幾倍。 寬砂輪磨削適合在大批大量中、用切入磨削法磨削較短零件表面，尤其是成形表面。 多砂輪磨削適用于同時(shí)磨削多個(gè)表面，例如同時(shí)磨削曲軸和凸輪軸的幾個(gè)軸頸。這類磨床也適用于大批大量生產(chǎn)中。 9.5.2 提高機(jī)床的自動(dòng)化程度 近年來，普通磨床的自動(dòng)化程度在不斷提高。自動(dòng)化的措施有自動(dòng)進(jìn)給、砂輪的自動(dòng)修整和補(bǔ)償、自動(dòng)分度、自動(dòng)裝卸料和自動(dòng)測量等。應(yīng)用