模塊二 金屬切削加工 課題六 磨削加工

機(jī)械制造工藝與裝備模塊二金屬切削加工課題六磨削加工知識(shí)點(diǎn)磨削加工概述磨具的特性和選用外圓磨床與磨削方法平面磨床與磨削方法技能點(diǎn)掌握磨具的特性和選用正確認(rèn)識(shí)外圓磨床與掌握其磨削方法正確認(rèn)識(shí)平面磨床與掌握其磨削方法課題六磨削加工一、任務(wù)引入圖2-71所示為傳動(dòng)軸零件圖，毛坯為45鋼圓棒料，小批量生產(chǎn)。試選擇主要表面的最終加工方法，并確定加工步驟。圖2-71傳動(dòng)軸該傳動(dòng)軸為一階臺(tái)軸，表面多為回轉(zhuǎn)表面，外圓尺寸精度為IT6～I(xiàn)T7，對(duì)基準(zhǔn)軸線的圓跳動(dòng)公差為，主要表面的表面粗糙度為，材料為45鋼，經(jīng)淬火處理。為此，車削加工已不能達(dá)到零件的加工要求，在精加工時(shí)應(yīng)采用磨削加工，使主要表面的質(zhì)量達(dá)到圖樣規(guī)定的技術(shù)要求。二、任務(wù)分析

磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，應(yīng)用于零件精加工和超精加工。它除能磨削普通材料外，尤其選用于一般刀具難以切削的高硬度材料的加工，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金和各種寶石等。

隨著機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，一個(gè)國(guó)家的磨削工藝水平，可以反映一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)的水平。所以認(rèn)真學(xué)習(xí)磨削加工的基本知識(shí)和操作技能是十分必要的。三、相關(guān)知識(shí)（一）磨削加工概述

磨削加工可以達(dá)到很高的加工質(zhì)量，加工精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T4，表面粗糙度值Ra可達(dá)成1.25～0.02μm。磨床除能磨削外圓，內(nèi)圓，平面、成型面外，還能磨削螺紋、齒輪、刀具、模具等復(fù)雜零件表面加工。圖2-72磨削加工的主要內(nèi)容a）磨外圓b）磨孔c）磨平面d）磨花鍵e）磨螺紋f）磨齒輪g）磨導(dǎo)軌（二）磨具的特性和選用

凡在加工中起磨削、研磨、拋光作用的工具，統(tǒng)稱磨具。磨具一般分為六大類即砂輪、油石、磨頭、砂帶、研磨膏。根據(jù)所用的磨料不同，磨具又可分為普通磨具和超硬磨具兩大類，其中超硬磨具是指用金剛石、立方氮化硼等以顯著高硬為特征的磨料制成的磨具，用來加工難磨的金屬材料。1.砂輪的特征(1)磨料直接擔(dān)負(fù)切削工作。普通砂輪所用的磨料主要有剛玉類和碳化硅類棕剛玉：加工硬度較低的塑性材料，如中、低碳鋼和低合金鋼等；白剛玉：加工硬度較高的塑性材料，如高碳鋼、高速鋼和淬硬鋼等；黑碳化硅：加工硬度較低的脆性材料，如鑄鐵、鑄銅等；綠碳化硅：加工高硬度的脆性材料，如硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷和玻璃等。(2)粒度磨料顆粒的大小，用粒度號(hào)表示。粒度對(duì)加工表面粗糙度和磨削生產(chǎn)率影響較大。粗磨用粗磨料（30?！?6＃），粒度號(hào)較小。精磨用細(xì)磨粒（60?！?20＃），粒度號(hào)較大。磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面積較大時(shí)，為避免砂輪堵塞，可采用粗粒度的砂輪。(3)結(jié)合劑將磨料粘結(jié)一起，使砂輪具有必要的形狀和強(qiáng)度的材料。

砂輪的強(qiáng)度、耐熱性和耐用度等重要指標(biāo)，在很大程度上取決于結(jié)合劑的特性。

常用結(jié)合劑的名稱、代號(hào)、性能和適用范圍

(3)硬度指磨具在外力的作用下磨料脫落的難易程度。磨具的硬度反映結(jié)合劑固結(jié)磨粒的牢固程度，磨粒難脫落叫硬度高，反之叫硬度低。國(guó)標(biāo)中對(duì)磨具硬度規(guī)定了16個(gè)級(jí)別：D，E，F(xiàn)(超軟)；G，H，J(軟)；K，L(中軟)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。普通磨削常用G～N級(jí)硬度的砂輪。

砂輪硬度的選擇:1)工件材料較硬時(shí)，選用較軟的砂輪；2)工件與砂輪接觸面積大，工件的導(dǎo)熱性差時(shí)，選用較軟的砂輪；3)精磨或成形磨削，選用較硬的砂輪；4)粗磨時(shí)應(yīng)選用較軟的砂輪。(5)組織指砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者間的體積比例關(guān)系，以磨粒率(磨粒占磨具體積的百分率)表示磨具的組織號(hào)。國(guó)標(biāo)中規(guī)定了15個(gè)組織號(hào)：0，1，2，…，13，14。0號(hào)組織最緊密，磨粒率最高；14號(hào)組織最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用4～7號(hào)組織的砂輪。組織號(hào)越大，磨粒所占體積越小，表明砂輪越疏松。這樣，氣孔就越多，砂輪不易被切屑堵塞，同時(shí)可把冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)，使散熱條件改善。6.砂輪的形狀、尺寸及代號(hào)1300×40×127WA80KV30↓↓↓↓↓↓↓↓↓平形砂輪外徑×厚度×孔徑白剛玉粒度號(hào)砂輪硬度陶瓷結(jié)

允許的磨削速度

中軟合劑(m/s)砂輪的特性、尺寸用代號(hào)標(biāo)注在砂輪的端面。如下所示：（三）外圓磨床與磨削方法

磨床種類很多，主要有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、無心磨床、平面磨床、工具磨床，此外還有專用磨床，如花鍵軸磨床、導(dǎo)軌磨床、曲軸磨床等。應(yīng)用最普遍的是萬能外圓磨床和平面磨床。外圓磨床主要磨削工件的外回轉(zhuǎn)體表面。其中萬能外圓磨床還能磨削內(nèi)孔。1、M1432B型萬能外圓磨床圖2-73M1432B型萬能外圓磨床1-床身2-頭架3-橫向進(jìn)給手輪4-砂輪5-內(nèi)圓磨具6-內(nèi)圓磨頭7-砂輪架8-尾座9-工作臺(tái)10-檔塊11-縱向進(jìn)給手輪1）床身用以支承磨床其他部件。床身上面有縱向?qū)к壓蜋M向?qū)к?，分別為磨床工作臺(tái)9和砂輪架7的移動(dòng)導(dǎo)向。2）頭架頭架主軸可與卡盤連接或安裝頂尖，用以裝夾工件。頭架主軸由頭架上的電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)、頭架內(nèi)的變速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工件的圓周進(jìn)給，共有25～224r/min6級(jí)轉(zhuǎn)速。頭架可繞垂直軸線逆時(shí)針回轉(zhuǎn)0～90°。3）砂輪架砂輪架用以支承砂輪主軸，可沿床身橫向?qū)к壱苿?dòng)，實(shí)現(xiàn)砂輪的徑向（橫向）進(jìn)給。砂輪的徑向進(jìn)給量可以通過手輪3手動(dòng)調(diào)節(jié)。安裝于主軸的砂輪由一獨(dú)立電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)使其回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1670r／min。砂輪架可繞垂直軸線回轉(zhuǎn)-30o～+30o。(1)主要部件名稱和功用4）工作臺(tái)工作臺(tái)由上、下兩層組成，上層可繞下層中心軸線在水平面內(nèi)順（逆）時(shí)針回轉(zhuǎn)3o（6o），以便磨削小錐角的長(zhǎng)錐體工件。工作臺(tái)上層用以安裝頭架和尾座，工作臺(tái)下層連同上層一起沿床身縱向?qū)к壱苿?dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的縱向進(jìn)給?？v向進(jìn)給可通過手輪11手動(dòng)調(diào)節(jié)。工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由床身內(nèi)的液壓傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。5）尾座套筒內(nèi)安裝尾頂尖，用以支承工件另一端。后端裝有彈簧，利用可調(diào)節(jié)的彈簧力頂緊工件，也可在長(zhǎng)工件受磨削熱影響而伸長(zhǎng)或彎曲變形的倩況下便于工件裝卸。裝卸件時(shí)，可采用手動(dòng)或液動(dòng)方式使尾座套筒縮回。6）內(nèi)圓磨頭其上裝有內(nèi)圓磨具5，用來磨削內(nèi)圓。它由專門的電動(dòng)機(jī)經(jīng)平帶帶動(dòng)其主軸高速回轉(zhuǎn)（10000r/min以上），實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓磨削的主運(yùn)動(dòng)。不用時(shí)，將內(nèi)圓磨頭翻轉(zhuǎn)到砂輪架上方，磨內(nèi)圓時(shí)翻下。1）主運(yùn)動(dòng)磨外圓時(shí)為秒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；磨內(nèi)圓時(shí)為內(nèi)圓磨具的砂輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)①工件的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即頭架主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；②工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)；③砂輪架的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)工作臺(tái)一個(gè)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)終了，由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使砂輪架橫向移動(dòng)一個(gè)位移量（控制磨削深度），為步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。(2)萬能外圓磨床的切削運(yùn)動(dòng)（1）外圓磨削①縱磨法砂輪的高速旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng),工件作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)隨工作臺(tái)沿工件軸向作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。采用縱磨法每次的橫向進(jìn)給量少，磨削力小，散熱條件好，并且能以光磨的次數(shù)來提高工件的磨削精度和表面質(zhì)量，因而加工質(zhì)量高，是目前生產(chǎn)中使用最廣泛的一種磨削方法。2、磨削方法圖2-75外圓的縱向磨削法②橫磨法砂輪寬度比工件的磨削寬度大，工件不需作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，砂輪以緩慢的速度連續(xù)或斷續(xù)地沿工件徑向作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。橫磨法加工效率高，同時(shí)它也適用于成形磨削。但磨削力大，磨削溫度高，勢(shì)必影響工件的表面質(zhì)量。圖2-76外圓的橫向磨削法2.內(nèi)圓磨削與外圓磨削相比，所用的砂輪和砂輪軸的直徑都比較小。為了獲得所要求的砂輪線速度，就必須提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，故容易發(fā)生振動(dòng)，影響工件的表面質(zhì)量。此外，內(nèi)圓磨削時(shí)發(fā)熱量集中，冷卻條件差以及工件熱變形大，特別是砂輪主軸剛性差，易彎曲變形，所以內(nèi)圓磨削不如外圓磨削的加工精度高。圖2-78內(nèi)圓的磨削4.圓錐磨削將工件裝夾在前、后兩頂尖之間，圓錐大端在前頂尖側(cè)、小端在后頂尖側(cè)，將上工作臺(tái)相對(duì)下工作臺(tái)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（等于圓錐半角/2）。磨削時(shí)，采用縱向磨削法或綜合磨削法，從圓錐小端開始試磨。轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法適用于錐度不大的長(zhǎng)工件。圖2-79轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)磨外圓錐面（1）轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法適用于磨削錐度較大而長(zhǎng)度較短的工件‘將工件裝夾在頭架的卡盤中，頭架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)/2角度，磨削方法同轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法。

圖2-80轉(zhuǎn)動(dòng)頭架磨外圓錐面（2）轉(zhuǎn)動(dòng)頭架法當(dāng)工件較長(zhǎng)且工件的錐度較大時(shí)，只能用轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架法來磨削外圓錐面。將砂輪架偏轉(zhuǎn)/2角度，用砂輪的橫向進(jìn)給進(jìn)行圓錐面磨削（工作臺(tái)不允許縱向進(jìn)給），如果錐面素線長(zhǎng)度大于砂輪厚度，則需用分段接刀的方法進(jìn)行磨削。圖2-81轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架磨外圓錐面（3）轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架法1.平面磨削方法（1）周磨周磨是用砂輪的圓周面磨削平面。排屑和冷卻條件均較好，所以工件不易產(chǎn)生熱變形，而且因砂輪圓周表面的磨粒磨損均勻，故加工質(zhì)量較高，適用于精磨。（2）端磨端磨是用砂輪的端面磨削工件平面。端磨平面時(shí)，冷卻液不易注入磨削區(qū)內(nèi)，所以工件熱變形大，而且因砂輪端面各點(diǎn)的圓周速度不同，端面磨損不均勻，所以加工精度較低。但其磨削效率高，適用于粗磨。（四）平面磨床與磨削方法圖2-84平面磨床的幾種類型及其磨削運(yùn)動(dòng)a）臥軸矩臺(tái)平面磨床b）立軸矩臺(tái)平面磨床c）臥軸圓臺(tái)平面磨床d）立軸圓臺(tái)平面磨床2.M7120A型平面磨床圖2-85M7120A型平面磨床a）外形圖b）運(yùn)動(dòng)示意圖1-磨頭2-床鞍3-橫向手輪4-修整器5-立柱6-撞塊7-工作臺(tái)8-升降手輪9-床身10-縱向手輪M7120A型平面磨床，是一種常用的臥軸矩臺(tái)平面磨床。它由床身9、立柱5、工作臺(tái)7、磨頭1和砂輪修整器4等主要部件組成。（見圖）矩形工作臺(tái)安裝在床身的水平縱向?qū)к壣希梢簤簜鲃?dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)縱向直線往復(fù)移動(dòng)，利用撞塊6自動(dòng)控制換向。此外，工作臺(tái)也可用縱向手輪10通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)手動(dòng)操縱往復(fù)移動(dòng)或進(jìn)行調(diào)整工作。工作臺(tái)上裝有電磁吸盤，用于固定、裝夾工件或夾具。（見圖）裝有砂輪主軸的磨頭可沿床鞍2上的水平燕尾導(dǎo)軌移動(dòng)，磨削時(shí)的橫向步進(jìn)進(jìn)給和調(diào)整時(shí)的橫向連續(xù)移動(dòng)，由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可用橫向手輪3手動(dòng)操縱。（見圖）磨頭的高低位置調(diào)整或垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由升降手輪8操縱，通過床鞍沿立柱的垂直導(dǎo)軌移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。（見圖）(1)M7120A型平面磨床結(jié)構(gòu)(2)M7120A型平面磨床的切削運(yùn)動(dòng)1）主運(yùn)動(dòng)磨頭主軸上砂輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)①工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)劫。由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)速度范圍為1～18m/min。②砂輪的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在工作臺(tái)每一個(gè)往復(fù)行程終了時(shí)，由磨頭沿床鞍的水平導(dǎo)軌橫向步進(jìn)實(shí)現(xiàn)。③砂輪的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)使床鞍沿立柱垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)，用以調(diào)整磨頭的高低位置和控制磨削深度。1）橫向磨削法

每當(dāng)工作臺(tái)縱向行程終了時(shí)，砂輪主軸作一次橫向進(jìn)給，待工件表面上第一層金屬磨去后，砂輪再按預(yù)選磨削深度作一次垂直進(jìn)給，以后按上述過程逐層磨削，直至切除全部磨削余量。橫向磨削法是最常用的磨削方法，適于磨削長(zhǎng)而寬的平面，也適于相同小件按序排列，作集合磨削。（3）臥軸矩臺(tái)平面磨床磨削平面的方法圖2-86橫向磨削法磨平面

2）深度磨削法

先粗磨將余量一次磨去，粗磨時(shí)的縱向移動(dòng)速度很慢，橫向進(jìn)給量很大，約為（3/4～4/5）T（T為砂輪厚度），再用橫向磨削法精磨。此法垂直進(jìn)給次數(shù)少，生產(chǎn)效率高，但磨削抗力大，僅適于在剛性好、動(dòng)力大的磨床上磨削較大的工件。3）階梯磨削法

將砂輪厚度的前一半修成幾個(gè)階臺(tái)，粗磨余量由這些階臺(tái)分別磨除，砂輪厚度的后一半用于精磨。這種磨削方法生產(chǎn)效率高，但磨削時(shí)橫向進(jìn)給量不能過大。磨削負(fù)荷及磨損由各段圓周表面分擔(dān)，故能充分發(fā)揮砂輪的磨削性能。由于砂輪修整麻煩，其應(yīng)用受到一定限制。圖2-87深度磨削法磨平面圖2-88階梯磨削法磨平面（五）磨削加工特點(diǎn)1．切削刃(磨粒)不規(guī)則

切削刃的形狀和分布均處于不規(guī)則的隨機(jī)狀態(tài)，其形狀、大小各異。2．磨削的切削過程復(fù)雜

各個(gè)磨粒的切削厚度各不相同，磨削過程就是利用分布在砂輪表面上的磨粒，在高速旋轉(zhuǎn)條件下，對(duì)工件表面進(jìn)行切削（一些比較突出和比較鋒利切入工件較深、切削厚度較大的磨粒）、刻劃(突出高度較小和比較鈍的磨粒，切削厚度很小)及拋光（更鈍更低的磨粒，不能切入工件）的綜合作用。3．磨削速度高、切削厚度?。?）磨削時(shí)砂輪的圓周速度可達(dá)35～50m／s，約為車削和銑削速度的10倍以上，又由于磨粒通常為負(fù)前角，又不能保證有足夠的后角，因而磨削時(shí)磨粒對(duì)工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓變形，使磨削區(qū)產(chǎn)生大量的磨削熱，再加上砂輪本身的導(dǎo)熱性差，熱量傳不出去，所以磨削區(qū)形成瞬時(shí)高溫，一般可達(dá)800～1000℃。（2）可以得到較高的加工精度(1T5～I(xiàn)T6)和較小的加工表面粗糙度值(Ra0.8～0.2μm)。（3）磨削時(shí)由于切削區(qū)溫度很高，所以，要使用大量的切削液，以有效降低切削溫度；切削液的還能沖走砂輪表面的切屑，防止堵塞砂輪。磨削鋼件時(shí)，常用的切削液是蘇打水或乳化液；磨削鋁件時(shí)，一般用煤油，但應(yīng)加少量防銹劑。4．可以加工高硬度材料磨削可以加工一些高硬度的材料，如淬火鋼、高強(qiáng)度合金、陶瓷材料等，這些材料用一般的金屬切削刀具是很難加工甚至是無法加工的。5．砂輪的自銳性砂輪的自銳性，使得磨?？偰芤凿J利的“刀刃”對(duì)工件連續(xù)進(jìn)行切削，這是一般刀具所不具