磨削加工

(一)磨削加工概述

1.磨削加工概念

用砂轮或其他磨具切除工件表面多余材料的加工方法称磨削。磨削是零件精加工的主要方法之一,但有时也用于粗加工,如用砂轮切断材料,或切除铸件上的浇、冒口和飞边等工作。常用的磨削加工方法所能达到的精度为IT7～IT5,表面粗糙度值Ra为0.8～0.2μm。磨削可以加工各种形状的表面,如外圆、内孔、花键轴、螺纹、齿轮的齿形、机床导轨面、特殊的成形表面及外圆锥面等。

2.磨削加工的特点

磨削的本质也是一种切削加工,但它与车削、钻削、铣削加工相比较有以下显著特点:

1)磨削为多刃、微刃刀具。

2)磨削加工精度高,粗糙度Ra值低。

3)磨削速度快,切削温度高。砂轮的圆周速度可以达到2000～6000m/min,高速磨削中砂轮线速度可达60～250m/s。因此磨削时切削温度很高,磨削压瞬时温度可达800～1000℃。

4)能加工高硬度的材料。如可以加工淬硬的钢材、硬质合金工件、宝石、玻璃等制品。

5)磨削时的背向分力比其他切削方法的背向分力大。因为磨削时,磨具与工件在吃刀方向的接触面积比较大。

6)磨具具有自锐性,可以进行连续的强力切削。

(二)磨床的种类

磨床的类型很多根据加工的工件的不同,可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃具磨床、专门化磨床等种类。而每类又有多种形式。

图2-17所示为万能外圆磨床的外形图。其主要组成部分有:床身、工件头架、工作台、切削液喷嘴、内圆磨具、砂轮架、尾座、控制器等。外圆磨床也有普通外圆磨床和无心外圆磨床之分。

图2-17 万能外圆磨床外形图

1—床身2—工件头架3—工作台4—切削液喷嘴5—内圆磨具6—砂轮架7—尾座8—控制器

对于磨削加工来说,砂轮就是切削刀具。在实际工作中,应当根据磨床类型、工件的材料、形状、尺寸和加工要求等选择合适的砂轮。选择砂轮时要决定砂轮的形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂等。

(三)磨削加工工艺及应用

1.磨削运动及磨削用量

磨削运动是为了切除工件表面多余材料,加工出合格的、完整的表面,是磨具与工件之间必须产生的所有相对运动的总称。下面以磨削外圆柱面为例加以说明(图2-18)。

图2-18 磨削时的运动

(1)主运动

砂轮的高速旋转是主运动。用砂轮外圆的线速度vs来表示,单位为m/s。

(2)圆周进给运动

指工件绕自身轴线的旋转运动。用工件回转时待加工面的线速度vw表示,单位为m/s。

(3)纵向进给运动

指工作台带动工件作纵向往复运动。用工件每转一圈沿自身轴线方向的移动量fa表示,单位为mm/r。

(4)横(径)向进给运动

指工作台带动工件每一次纵向往复行程内,砂轮相对于工件的径向移动的距离vp,称背吃刀量,单位为mm。

2.磨削加工的应用

(1)磨平面

磨削平面一般在平面磨床上进行。对钢和铸铁等导磁性工件可直接安装在有电磁吸盘的机床工作台上。对非导磁性工件,要用精密平口钳或导磁直角铁等夹具装夹。根据磨削时砂轮工作表面的不同,磨削平面的工艺方法有两种,即周磨法和端磨法。

(2)外圆及外圆锥面

磨外圆时工件常用前、后顶尖装夹,用夹头带动旋转还可用心轴装夹,用三爪自定心或四爪单动卡盘装夹,用卡盘和顶尖装夹。磨削方法有:纵磨法、横磨法、综合磨法、深磨法(图2-19)。

图2-19 在外圆磨床上磨外圆

磨外圆锥面时可采用转动工作台、转动头架、转动砂轮架和用角度修整器修整砂轮等方法(图2-20)。

图2-20 磨外圆锥面的加工方法

(3)磨内圆柱孔

内圆柱孔的磨削,可以在内圆磨床上进行,也可以在万能外圆磨床上用内圆磨头进行磨削。磨内孔时,工件一般都用卡盘夹持工件外圆,其运动与磨外圆时基本相同,但砂轮的旋转方向与前者相反(图2-21)。

图2-21 磨内圆柱孔方法

1　概述

在磨床上用砂轮对工件表面进行切削加工的方法称为磨削加工，它是零件精密加工的主要方法之一。磨削主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面及成形表面（如花键、螺纹、齿轮等）的精加工，以获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。几种常见的磨削加工典型表面如图2-41所示。在磨床上加工零件，砂轮作高速旋转运动，根据加工工件的表面不同，工件有的作旋转运动，有的作往复直线运动。

2　磨床结构

磨床的种类很多，常用的有外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。图2-42为一种万能外圆磨床，它由床身、工作台、头架、尾架、砂轮架、砂轮修整器和电气 *** 纵板等部分组成。

（1）床身。它是磨床的基础支承件，在它的上面装有砂轮架、工作台、头架、尾座及横向滑鞍等部件，使它们在工作时保持准确的相对位置，床身内部用作液压油的油池。

（2）头架。头架用于安装及夹持工件，带动工件旋转。在水平面内可逆时针方向转90°。

（3）内圆磨头架。它用于支承磨内孔的砂轮主轴。内圆磨具主轴由单独的电动机驱动。

（4）砂轮架。它用于支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架装在滑鞍上，当需磨削短圆锥面时，砂轮架可以在水平面内调整至一定角度位置（±30°）。

图2-41　磨削加工的典型表面

图2-42　万能外圆磨床

1—床身；2—头架；3—内圆磨头架；4—砂轮架；5—尾架；6—上工作台7—下工作台；8—转台；9—横向进给手轮；10—行程挡块

（5）尾座。它和头架的前顶尖一起支承工件。

（6）工作台。它由上下两层组成。上工作台可绕下工作台在水平面内回转一个角度（±10°），用以磨削锥度不大的长圆锥面。上工作台的上面装有头架和尾座，它们随着工作台一起，沿床身导轨作纵向往复运动。

3　磨削刀具

砂轮是磨削加工最常用的工具。它是由结合剂将磨料颗粒粘结而成的多孔体。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等五个因素决定。

磨削时砂轮表面上有许多磨粒参与磨削工作，每个磨粒都可以看作是一把微小的刀具，磨粒的形状很不规则，如图2-43所示，在砂轮高速旋转下切入工件表面，从而实现磨削加工。在磨削过程中，磨粒的棱角磨钝后，需要用金刚石修磨砂轮表面，获得锋利的磨粒和规整的表面，以便继续进行磨削加工。

图2-43　砂轮表面放大图

磨削加工有外圆磨、平面磨、无心磨等。

外圆磨削主要在外圆磨床上进行，用以磨削轴类工件的外圆柱，外圆锥和轴肩端面。磨削时，工件低速旋转，如果工件同时作纵向往复移动并在纵向移动的每次单行程或双行程后砂轮相对工件作横向进给，称为纵向磨削法。

平面磨主要用于在平面磨床上磨削平面、沟槽等。平面磨削有两种：用砂轮外圆表面磨削的称为周边磨削，一般使用卧轴平面磨床，如用成形砂轮也可加工各种成形面，用砂轮端面磨削的称为端面磨削，一般使用立轴平面磨床。

无心磨是不需要采用工件的轴心而施行磨削的一类磨床，有导轮和磨削轮两个砂轮，导轮带动圆柱形工件在垫铁上转动，磨削轮对工件起磨削作用。无心磨属于周磨法。

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