模块二金属切削加工课题六磨削加工

1、机械制造工艺与装备机械制造工艺与装备 模块二模块二 金属切削加工金属切削加工课题六课题六 磨磨 削削 加加 工工知识点知识点技能点技能点 图图2-71所示为传动轴零件图，毛坯为所示为传动轴零件图，毛坯为45钢圆棒料，小批量生产。试选钢圆棒料，小批量生产。试选择主要表面的最终加工方法，并确定加工步骤。择主要表面的最终加工方法，并确定加工步骤。图图2-71 2-71 传动轴传动轴 该传动轴为一阶台轴，表面多为回转表面，外圆尺寸精度为该传动轴为一阶台轴，表面多为回转表面，外圆尺寸精度为IT6IT7，对基准轴线的圆跳动公差为，对基准轴线的圆跳动公差为 ，主要表面的表面，主要表面的表面粗糙度粗糙度 为为

2、 ，材料为，材料为45钢，经淬火处理。为此，车削加工已钢，经淬火处理。为此，车削加工已不能达到零件的加工要求，在精加工时应采用磨削加工，使主要表不能达到零件的加工要求，在精加工时应采用磨削加工，使主要表面的质量达到图样规定的技术要求。面的质量达到图样规定的技术要求。 mm020aRm80 磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，应用于零件精加工磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，应用于零件精加工和超精加工。它除能磨削普通材料外，尤其选用于一般刀具难以切和超精加工。它除能磨削普通材料外，尤其选用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、硬质合金和各种宝石等。削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、

3、硬质合金和各种宝石等。 随着机械制造工业的发展，一个国家的磨削工艺水平，可以反随着机械制造工业的发展，一个国家的磨削工艺水平，可以反映一个国家机械制造业的水平。所以认真学习磨削加工的基本知识映一个国家机械制造业的水平。所以认真学习磨削加工的基本知识和操作技能是十分必要的。和操作技能是十分必要的。 磨削加工可以达到很高的加工质量，加工精度可达磨削加工可以达到很高的加工质量，加工精度可达IT6IT4，表面粗糙度值，表面粗糙度值Ra可达成可达成1.250.02m。 磨床除能磨削外圆，内圆，平面、成型面外，还能磨磨床除能磨削外圆，内圆，平面、成型面外，还能磨削螺纹、齿轮、刀具、模具等复杂零件表面加工削

4、螺纹、齿轮、刀具、模具等复杂零件表面加工 。图图2-72 磨削加工的主要内容磨削加工的主要内容a）磨外圆）磨外圆 b）磨孔）磨孔 c）磨平面）磨平面 d）磨花键）磨花键 e）磨螺纹）磨螺纹 f）磨齿轮磨齿轮 g）磨导轨）磨导轨 磨床种类很多，主要有外圆磨床、内圆磨床、无心磨床种类很多，主要有外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、平面磨床、工具磨床，此外还有专用磨床，如花磨床、平面磨床、工具磨床，此外还有专用磨床，如花键轴磨床、导轨磨床、曲轴磨床等。应用最普遍的是万键轴磨床、导轨磨床、曲轴磨床等。应用最普遍的是万能外圆磨床和平面磨床。能外圆磨床和平面磨床。 外圆磨床主要磨削工件的外回转体表面。其中外圆磨

5、床主要磨削工件的外回转体表面。其中万能万能外圆磨床外圆磨床还能磨削内孔。还能磨削内孔。图图2-73 2-73 M1432BM1432B型万能外圆磨床型万能外圆磨床1-1-床身床身 2-2-头架头架 3-3-横向进给手轮横向进给手轮 4-4-砂轮砂轮 5-5-内圆磨具内圆磨具6-6-内圆磨头内圆磨头 7-7-砂轮架砂轮架 8-8-尾座尾座 9-9-工作台工作台 10-10-档块档块 11-11-纵向进给手轮纵向进给手轮2、无心外圆磨床无心磨原理4、内圆磨床（二）磨具的特性和选用二）磨具的特性和选用 凡在加工中起磨削、研磨、抛光作用的工具，统称凡在加工中起磨削、研磨、抛光作用的工具，统称磨具。磨具

6、一般分为六大类即磨具。磨具一般分为六大类即 根据所用的磨料不同，磨具又可分为普通磨具和超根据所用的磨料不同，磨具又可分为普通磨具和超硬磨具两大类，其中超硬磨具是指用硬磨具两大类，其中超硬磨具是指用等以显著高硬为特征的磨料制成的磨具，用来加工难等以显著高硬为特征的磨料制成的磨具，用来加工难磨的金属材料。磨的金属材料。1.砂轮的特征砂轮的特征 直接担负切削工作。直接担负切削工作。普通砂轮所用的磨料主要有刚玉类和碳化硅类普通砂轮所用的磨料主要有刚玉类和碳化硅类棕刚玉棕刚玉：加工硬度较低的塑性材料，如中、低碳钢和低合：加工硬度较低的塑性材料，如中、低碳钢和低合金钢等；金钢等；白刚玉白刚玉：加工硬度较高

7、的塑性材料，如高碳钢、高速钢和：加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等；淬硬钢等；黑碳化硅黑碳化硅：加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；：加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；绿碳化硅绿碳化硅：加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、：加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等。陶瓷和玻璃等。 磨料颗粒的大小，用粒磨料颗粒的大小，用粒度号表示。度号表示。 粒度对加工表面粗糙度和磨削生产率影响较大。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（粗磨用粗磨料（30304646），粒度号较小。），粒度号较小。 精磨用细磨粒（精磨用细磨粒（6060120120）

8、，粒度号较大。），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，磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面积较大时，为避免砂轮堵塞，可采用粗粒度的砂轮。为避免砂轮堵塞，可采用粗粒度的砂轮。 将磨料粘结一起，使砂轮具有将磨料粘结一起，使砂轮具有必要的形状和强度的材料。必要的形状和强度的材料。结合剂结合剂代号代号性性 能能适适 用用 范范 围围 陶陶 瓷瓷 V耐热，耐蚀，气孔率大，易保持耐热，耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差廓形，弹性差最常用，适用于各类磨削加工最常用，适用于各类磨削加工 树树 脂脂 B强度较强度较V高，弹性好，耐热性差高，弹性好，耐热性差适用于高速磨削，切断，开槽等适用

9、于高速磨削，切断，开槽等 橡橡 胶胶 R强度较强度较B高，更富有弹性，气孔率高，更富有弹性，气孔率小，耐热性差小，耐热性差适用于切断，开槽，及作无心磨适用于切断，开槽，及作无心磨的导轮的导轮 青青 铜铜 J强度最高，导电性好，磨耗少，强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差自锐性差适用于金刚石砂轮适用于金刚石砂轮 砂轮的强度、耐热性和耐用度等重要指标，在很大程砂轮的强度、耐热性和耐用度等重要指标，在很大程度上取决于结合剂的特性。度上取决于结合剂的特性。 常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围 图2-72 磨削加工的主要内容a）磨外圆 b）磨孔 c）磨平面 d）

10、磨花键 e）磨螺纹 f）磨齿轮 g）磨导轨 指磨具在外力的作用下磨料脱落的指磨具在外力的作用下磨料脱落的难易程度。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。叫硬度高，反之叫硬度低。 国标中对磨具硬度规定了国标中对磨具硬度规定了16个级别：个级别：D，E，F(超软超软)；G，H，J(软软) ；K，L(中软中软)；M，N(中中)；P，Q，R(中硬中硬)；S，T(硬硬)；Y(超硬超硬)。普通磨削常用。普通磨削常用GN级硬度的砂轮。级硬度的砂轮。 1)工件材料较硬时，选用较软的砂轮；工件材料较硬时，选用较软的

11、砂轮； 2)工件与砂轮接触面积大，工件的导热性差时，选用较软的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；砂轮； 3)精磨或成形磨削，选用较硬的砂轮；精磨或成形磨削，选用较硬的砂轮； 4)粗磨时应选用较软的砂轮。粗磨时应选用较软的砂轮。 指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体积比例关系，以磨粒率体积比例关系，以磨粒率( (磨粒占磨具体积磨粒占磨具体积 的百分率的百分率) )表示磨具的组织号。表示磨具的组织号。 国标中规定了国标中规定了15个组织号：个组织号：0，1，2，13，14。 0号组织最紧密，磨粒率最高；号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏

12、松，磨粒率最号组织最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用低。普通磨削常用47号组织的砂轮。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，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。入磨削区，使散热条件改善。 1 30040127 WA 80 K V 30 平形砂轮平形砂轮 外径外径厚度厚度孔径孔径 白刚玉白刚玉 粒度号粒度号 砂轮硬度砂轮硬度 陶瓷结陶瓷结 允许的磨削速度允许的磨削速度 中软中软 合剂合剂 (m/s)砂轮的特性、尺寸用代号

13、标注在砂轮的端面。如下所示：砂轮的特性、尺寸用代号标注在砂轮的端面。如下所示： 1）端面夹紧心轴）端面夹紧心轴 2）磨圆弧垫块夹具）磨圆弧垫块夹具3）磨主轴内孔）磨主轴内孔V形成组夹具形成组夹具。 砂轮的高速旋转为主运动砂轮的高速旋转为主运动,工件作圆周进给运动，同时随工工件作圆周进给运动，同时随工作台沿工件轴向作纵向进给运动。作台沿工件轴向作纵向进给运动。 采用纵磨法每次的横向进给量少，磨削力小，散热条件好，采用纵磨法每次的横向进给量少，磨削力小，散热条件好，并且能以光磨的次数来提高工件的磨削精度和表面质量，因而加并且能以光磨的次数来提高工件的磨削精度和表面质量，因而加工质量高，是目前生产中

14、使用最广泛的一种磨削方法。工质量高，是目前生产中使用最广泛的一种磨削方法。 图图2- -75 外圆的纵向磨削法外圆的纵向磨削法 砂轮宽度比工件的磨削宽度大，工件不需作纵向进给运动，砂轮宽度比工件的磨削宽度大，工件不需作纵向进给运动，砂轮以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给运动。砂轮以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给运动。 横磨法加工效率高，同时它也适用于成形磨削。但磨削力大，横磨法加工效率高，同时它也适用于成形磨削。但磨削力大，磨削温度高，势必影响工件的表面质量。磨削温度高，势必影响工件的表面质量。图图2-76 2-76 外圆的横向磨削法外圆的横向磨削法 与外圆磨削相比，所用

15、的砂轮和砂轮轴的直径都比较小。为了获与外圆磨削相比，所用的砂轮和砂轮轴的直径都比较小。为了获得所要求的砂轮线速度，就必须提高砂轮主轴的转速，故容易发生振得所要求的砂轮线速度，就必须提高砂轮主轴的转速，故容易发生振动，影响工件的表面质量。动，影响工件的表面质量。 此外，内圆磨削时发热量集中，冷却条件差以及工件热变形大，此外，内圆磨削时发热量集中，冷却条件差以及工件热变形大，特别是砂轮主轴刚性差，易弯曲变形，所以内圆磨削不如外圆磨削的特别是砂轮主轴刚性差，易弯曲变形，所以内圆磨削不如外圆磨削的加工精度高。加工精度高。 将工件装夹在前、后两顶尖之间，圆锥大端在前顶尖侧、小将工件装夹在前、后两顶尖之间

16、，圆锥大端在前顶尖侧、小端在后顶尖侧，将上工作台相对下工作台逆时针转动一个角度端在后顶尖侧，将上工作台相对下工作台逆时针转动一个角度（等于圆锥半角（等于圆锥半角/2/2）。磨削时，采用纵向磨削法或综合磨削法，）。磨削时，采用纵向磨削法或综合磨削法，从圆锥小端开始试磨。转动工作台法适用于锥度不大的长工件。从圆锥小端开始试磨。转动工作台法适用于锥度不大的长工件。 适用于磨削锥度较大而长度较短的工件适用于磨削锥度较大而长度较短的工件将工件装夹在将工件装夹在头架的卡盘中，头架逆时针转动头架的卡盘中，头架逆时针转动/2/2角度，磨削方法同转动工角度，磨削方法同转动工作台法。作台法。 当工件较长且工件的锥

17、度较大时，只能用转动砂轮架法当工件较长且工件的锥度较大时，只能用转动砂轮架法来磨削外圆锥面。将砂轮架偏转来磨削外圆锥面。将砂轮架偏转/2/2角度，用砂轮的横向进给角度，用砂轮的横向进给进行圆锥面磨削（工作台不允许纵向进给），如果锥面素线进行圆锥面磨削（工作台不允许纵向进给），如果锥面素线长度大于砂轮厚度，则需用分段接刀的方法进行磨削。长度大于砂轮厚度，则需用分段接刀的方法进行磨削。 （ 1）周磨）周磨 周磨是用砂轮的圆周面磨削平面。排屑和冷却条件均较好，所以工件周磨是用砂轮的圆周面磨削平面。排屑和冷却条件均较好，所以工件不易产生热变形，而且因砂轮圆周表面的磨粒磨损均匀，故加工质量较高，适用于精

18、不易产生热变形，而且因砂轮圆周表面的磨粒磨损均匀，故加工质量较高，适用于精磨。磨。 （2）端磨）端磨 端磨是用砂轮的端面磨削工件平面。端磨平面时，冷却液不易注入磨端磨是用砂轮的端面磨削工件平面。端磨平面时，冷却液不易注入磨削区内，所以工件热变形大，而且因砂轮端面各点的圆周速度不同，端面磨损不均匀，削区内，所以工件热变形大，而且因砂轮端面各点的圆周速度不同，端面磨损不均匀，所以加工精度较低。但其磨削效率高，适用于粗磨。所以加工精度较低。但其磨削效率高，适用于粗磨。 1）横向磨削法）横向磨削法 每当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴作一次横向进给，待工件表每当工作台纵向行程终了时，砂轮主轴作一次横向进

19、给，待工件表面上第一层金属磨去后，砂轮再按预选磨削深度作一次垂直进给，以面上第一层金属磨去后，砂轮再按预选磨削深度作一次垂直进给，以后按上述过程逐层磨削，直至切除全部磨削余量。后按上述过程逐层磨削，直至切除全部磨削余量。 横向磨削法是最常用的磨削方法，适于磨削长而宽的平面，也适于横向磨削法是最常用的磨削方法，适于磨削长而宽的平面，也适于相同小件按序排列，作集合磨削。相同小件按序排列，作集合磨削。图2-86 横向磨削法磨平面 2）深度磨削法）深度磨削法 先粗磨将余量一次磨去，粗磨时的纵先粗磨将余量一次磨去，粗磨时的纵向移动速度很慢，横向进给量很大，约为向移动速度很慢，横向进给量很大，约为（3/4

20、3/44/54/5）T T（T T为砂轮厚度），再用横为砂轮厚度），再用横向磨削法精磨。此法垂直进给次数少，生向磨削法精磨。此法垂直进给次数少，生产效率高，但磨削抗力大，仅适于在刚性产效率高，但磨削抗力大，仅适于在刚性好、动力大的磨床上磨削较大的工件。好、动力大的磨床上磨削较大的工件。3）阶梯磨削法）阶梯磨削法 将砂轮厚度的前一半修成几个阶台，将砂轮厚度的前一半修成几个阶台，粗磨余量由这些阶台分别磨除，砂轮厚度粗磨余量由这些阶台分别磨除，砂轮厚度的后一半用于精磨。这种磨削方法生产效的后一半用于精磨。这种磨削方法生产效率高，但磨削时横向进给量不能过大。磨率高，但磨削时横向进给量不能过大。磨削负荷

21、及磨损由各段圆周表面分担，故能削负荷及磨损由各段圆周表面分担，故能充分发挥砂轮的磨削性能。由于砂轮修整充分发挥砂轮的磨削性能。由于砂轮修整麻烦，其应用受到一定限制。麻烦，其应用受到一定限制。 图图2-87 深度磨削法磨平面深度磨削法磨平面 图图2-88阶梯磨削法磨平面阶梯磨削法磨平面 三、高精度磨削 精密磨削 超精密磨削 镜面磨削四、高效磨削.高速磨削.强力磨削.砂带磨削5-3 光整加工 一、研磨： 1 手工研磨 2机械研磨 二、绗磨： 1绗磨方法 2绗磨头结构 3绗磨应用三 超精加工 磨料：油石 三种运动 加工特点：只提高表面质量，利于存釉四、抛光 机械、电、化学作用 磨料： 光饰加工，提升

22、表面质量。5-4 磨削加工实例 一 磨削步骤： 二 工艺分析： 1 零件图分析 2 定位基准选择 3磨削顺序安排： 表5-3（教材P100） 1切削刃切削刃(磨粒磨粒)不规则不规则 切削刃的形状和分布均处于不规则的随机状态，其形状、大小各异。切削刃的形状和分布均处于不规则的随机状态，其形状、大小各异。2磨削的切削过程复杂磨削的切削过程复杂 各个磨粒的切削厚度各不相同，磨削过程就是利用分布在砂轮表面各个磨粒的切削厚度各不相同，磨削过程就是利用分布在砂轮表面上的磨粒，在高速旋转条件下，对工件表面进行切削（一些比较突出上的磨粒，在高速旋转条件下，对工件表面进行切削（一些比较突出和比较锋利切入工件较深

23、、切削厚度较大的磨粒）、刻划和比较锋利切入工件较深、切削厚度较大的磨粒）、刻划(突出高度较突出高度较小和比较钝的磨粒，切削厚度很小小和比较钝的磨粒，切削厚度很小)及抛光（更钝更低的磨粒，不能切及抛光（更钝更低的磨粒，不能切入工件）的综合作用。入工件）的综合作用。 3磨削速度高、切削厚度小磨削速度高、切削厚度小 （1）磨削时砂轮的圆周速度可达）磨削时砂轮的圆周速度可达3550ms，约为车削和铣削速度，约为车削和铣削速度的的10倍以上，又由于磨粒通常为负前角，又不能保证有足够的后角，倍以上，又由于磨粒通常为负前角，又不能保证有足够的后角，因而磨削时磨粒对工件表面产生严重的挤压变形，使磨削区产生大量

24、因而磨削时磨粒对工件表面产生严重的挤压变形，使磨削区产生大量的磨削热，再加上砂轮本身的导热性差，热量传不出去，所以磨削区的磨削热，再加上砂轮本身的导热性差，热量传不出去，所以磨削区形成瞬时高温，一般可达形成瞬时高温，一般可达8001000。 （2）可以得到较高的加工精度）可以得到较高的加工精度(1T5IT6)和较小的加工表面粗糙度和较小的加工表面粗糙度值值(Ra0.80.2m)。 （3）磨削时由于切削区温度很高，所以，要使用大量的切削液，以）磨削时由于切削区温度很高，所以，要使用大量的切削液，以有效降低切削温度；切削液的还能冲走砂轮表面的切屑，防止堵塞砂有效降低切削温度；切削液的还能冲走砂轮表

25、面的切屑，防止堵塞砂轮。磨削钢件时，常用的切削液是苏打水或乳化液；磨削铝件时，一轮。磨削钢件时，常用的切削液是苏打水或乳化液；磨削铝件时，一般用煤油，但应加少量防锈剂。般用煤油，但应加少量防锈剂。4可以加工高硬度材料可以加工高硬度材料 磨削可以加工一些高硬度的材料，如淬火钢、高强度合金、陶瓷材料等，磨削可以加工一些高硬度的材料，如淬火钢、高强度合金、陶瓷材料等，这些材料用一般的金属切削刀具是很难加工甚至是无法加工的。这些材料用一般的金属切削刀具是很难加工甚至是无法加工的。5砂轮的自锐性砂轮的自锐性 砂轮的自锐性，使得磨粒总能以锐利的砂轮的自锐性，使得磨粒总能以锐利的“刀刃刀刃”对工件连续进行切削，对工件连续进行切削，这是一般刀具所不具备的特点。所以能磨削高硬度工件，既使在工件和磨这是一般刀具所不具备的特点。所以能磨削高硬度工件，既使在工件和磨粒硬度十分接近时也能进行磨削粒硬度十分接近时也能进行磨削(如碳化硅砂轮磨硬质合金、陶瓷等如碳化硅砂轮磨硬质合金、陶瓷等)。6径向切削力径向切削力FP大大 磨削时由于磨粒大多以负前角进行切削，故径向磨削力较大，一般磨削时由于磨粒大多以负前角进行切削，故径向磨削力较大，一般FP=(23)Fc(切向磨削力切向磨削力)。工件材料的塑性