第9章-磨床及砂轮课件

1、第9章 磨床及砂轮 【学习目标】本章简单介绍磨床的用途、分类，重点讲解M1432A型万能外圆磨床的工艺范围及运动、主要组成部件及结构、主要技术性能、机械传动系统等，简要介绍普通外圆磨床、半自动宽砂轮外圆磨床、无心外圆磨床、端面外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等，另外讲解磨削砂轮及其选用，最后简单介绍磨削加工的发展趋势。9.1 概 述9.2 外圆磨床 9.3 其他磨床 9.4 磨削砂轮及其选用9.5 磨削加工的发展趋势 8.1 概 述 用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨剂等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床。9.1.1磨床的用途 磨床用途十分广泛，它可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面

2、、齿轮齿廓面、螺旋面以及各种成形面等，还可以刃磨刀具和进行切断等。 磨床主要应用于零件表面的精加工，尤其是淬硬的钢件和高硬度特殊材料的精加工。一般条件下，精度等级可达到IT5IT6，表面粗糙度可达Ra0.321.25m。目前也有少数用于粗加工的高效磨床。 9.1.2磨床的分类 为了适应磨削各种表面、工件形状和生产批量的要求，磨床的种类很多，主要类型有： 1）外圆磨床。主要用于磨削外回转表面；它包括万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等。 2）内圆磨床。主要用于磨削内回转表面；它包括普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床等。 3）平面及端面磨床。用于磨削各种平面；它包括卧轴矩台平面磨床、

3、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。 4）工具磨床。主要用于磨削各种工具，如样板、卡板等；它包括工具曲线磨床、卡板磨床、钻头沟槽磨床、丝锥沟槽磨床等。 5）刀具刃具磨床。主要用于刃磨各种刀具；它包括万能工具磨床、车刀刃磨床、拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等。 6）专门化磨床。用于磨削某一类零件上的一种表面，如曲轴磨床、凸轮铀磨床、花键轴磨床、球轴承磨床、活塞环磨床、螺纹磨床、导轨磨床、中心孔磨床等。 7）其他磨床。其他磨床如珩磨机、研磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等。 以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床

4、等。 9.2 外圆磨床 9.2.1 M1432A型万能外圆磨床 M1432A型万能外圆磨床是应用最普遍的外圆磨床，主要用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面，还可磨削阶梯轴轴肩及端面和简单的成形回转体表面等。 1典型加工方法和运动 图9.1为在万能外圆磨床上磨削几种典型表面的意图。 图9.2是机床的几种典型加工示意图。 （1）磨外圆 如图9.2 a所示 ；（2）磨长圆锥面 如图9.2b所示；（3）切入法磨外圆锥面 如图9.2c所示 ；（4）磨内锥孔 如图9.2d所示。 2机床主要组成部件 图9.3为M1432A型万能外圆磨床的外形图。 3机床主要技术性能 M1432A型万能外圆磨床的主要技术性能如下：

5、外圆磨削直径 8320mm；最大外圆磨削长度（共有三种规格） 1 000mm、1 500mm、2 000mm；内孔磨削直径 13100mm；内孔磨削最大磨削长度 125mm；磨削工件磨削质量 150kg砂轮尺寸和转速 400mm50mm203mm， 1 670r/min；头架主轴转速（共6级） 25 r/min、50 r/min、80 r/min、 112 r/min、 160 r/min、224 r/min；内圆砂轮转速（共两种） 10 000r/min、15 000r/min；工作台纵向移动速度（液压无级调速）0.05m/min机床外形尺寸：长度（三种规格） 3 200 mm、4 200

6、mm、5 200mm； 宽度 18001500mm； 高度 1420mm；机床质量（三种规格） 3 200kg、4 530kg、5 800kg。 4机床的机械传动系统 M1432A型万能外圆磨床的工作运动，是由机械和液压联合传动的。 图9.4是机床的传动系统图。 （1）外圆磨削砂轮的传动链砂轮主轴的运动是由砂轮架电动机（1440r/min，4kW）经4根V形皮带直接传动的。 （2）头架拨盘（带动工件）的传动链拨盘的运动是由双速电动机（700/1350r/min，0.55/1.1kW）驱动，经V形带塔轮及两级V形带传动，使头架的拨盘或卡盘带动工件，实现圆周运动。 （3）内圆磨具的传动链内圆磨削砂

7、轮主轴是由内圆砂轮电动机（2840r/min， 1.1kW）经平带直接传动。更换平带等轮可使内圆砂轮主轴得到两种转速。 （4）工作台的手动驱动调整机床及磨削阶梯轴的台阶时，工作台还可由手轮A驱动。 （5）滑鞍及砂轮架的横向进给运动横、纵向进给运动可摇动手轮B来实现，也可由进给液压缸的柱塞G驱动，实现周期的自动进给。传动路线表达式为： 横向手动进给分粗进给和细进给。 5机床主要部件的结构 （1）砂轮架砂轮架由壳体、砂轮主轴及其轴承、传动装置与滑鞍等组成。 图9.5所示的砂轮架中，砂轮主轴5的前、后支承均采用“短三瓦”动压滑动轴承。 图9.5所示的砂轮架中，砂轮主轴5的前、后支承均采用“短三瓦”动

8、压滑动轴承。 （2）内圆磨具及其支架 图9.6为内圆磨具装配图。图9.7是内圆磨具的支架。 内圆磨具装在支架的孔中，图9.7所表示的为工作位置，如果不工作时翻向上方，如图9.3所示的位置。 （3）头架 图9.8所示为M1432A型万能外圆磨床的头架结构。图9.8 头架M1432A （4）尾座尾座的功用是利用安装在尾座套筒上的顶尖（后顶尖），与头架主轴上的前顶尖一起支承工件，使工件实现准确定位。某些外圆磨床的尾架可在横向作微量位移调整，以便精确地控制工件的锥度。 中小型外圆磨床的尾座，一般都用弹簧力预紧工件（见图9.9），以便磨削过程中工件因热胀而伸长时，可自动进行补偿，避免引起工件弯曲变形和顶

9、尖孔过分磨损。顶紧力的大小可以调节。利用手把9转动丝杠11，使螺母10左右移动（螺母10由于受销子8的限制，不能转动），改变弹簧2的压缩量，便可调整顶尖对工件的预紧力。 尾座套筒1在装卸工件时的退回动作，可手动也可液动。图9.9 M1432A型 万能外圆磨床尾座 （5）横向进给机构横向进给机构用于实现砂轮架的周期或连续横向工作进给，调整位移和快速进退，以确定砂轮和工件的相对位置，控制被磨削工件的直径尺寸。 横向进给机构的工作进给有手动的，也有自动的，调整位移一般用手动，而定距离的快速进退通常都采用液压传动。图9.10是可作自动周期进给的横向进给机构。 1）手动进给。 2）周期自动进给。 3）定

10、程磨削及其调整。 4）快速进退。 9.2.2 普通外圆磨床 普通外圆磨床的结构与万能外圆磨床基本相同，所不同的是其头架主轴直接固定在体壳上不能回转，工件只能支承在顶尖上磨削；另外，磨床的头架和砂轮架不能绕垂直轴线调整角度位置，也没有内磨装置。故工艺范围较窄，只能磨削外圆柱面、锥度不大的外圆锥面和台肩端面。但由于主要部件的结构层次少，刚性好，可采用较大的磨削用量，故生产率较高。 9.2.3半自动宽砂轮外圆磨床 半自动宽砂轮外圆磨床的结构与普通外圆磨床类似，但具有更好的结构刚性和大得多的砂轮电动机功率。此机床加工时，工作台不作纵向往复运动（可纵向调整位置)，机床采用宽度很大的砂轮，砂轮架作连续的横

11、向切入进给（切入磨法）。 9.2.4端面外圆磨床 端面外圆磨床的主要特点在于，砂轮主轴轴线与头、尾架项尖中心连线倾斜一定角度。砂轮架沿斜向进给且砂轮装在主轴右端，以避免砂轮架和尾架、工件相碰。 在无心磨床上加工工件，不用顶尖定心和支承，而由工件的被磨削外圆面本身作定位面。如图9.12所示，工件2放在磨削砂轮1和导轮3之间，由托板4支承进行磨削。 9.2.5 无心外圆磨床 9.3 其他磨床 9.3.1 内圆磨床 内圆磨床用于磨削各种圆柱孔（通孔、盲孔、阶梯孔和断续表面的孔等）和圆锥孔，其磨削方法有下列几种： 1普通内圆磨削（见图9.14a） 2无心内圆磨削（见图9.14b） 3行星内圆磨削（见图

12、9.14c) 内圆磨床的主要类型有普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床和坐标磨床等。（见图9.15）。 9.3.2 平面磨床 平面磨床主要用于磨削各种工件的平面，其磨削方式如图9.16所示。 根据磨削方法和机床布局不同，平面磨床主要有以下四种类型：卧轴矩台平面磨床（图9.16a）、卧轴圆台平面磨床（图9.16b）、立轴矩台平面磨床（图9.16c）和立轴圆台平面磨床（图9.16d）。 目前，最常见的平面磨床为卧轴矩台式平面磨床和立轴圆台式平面磨床。其外形及结构如图9.17和图9.18所示。 9.4 磨削砂轮及其选用 9.4.1砂轮及其组成要素 砂轮是用结合剂将磨粒固结成一定形状的多孔体（图

13、9.19）。要了解砂轮的切削性能，必须研究砂轮的各组成要素。 1磨料 磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。一般天然磨料含杂质多，质地不匀。天然金刚石虽好，但价格昂贵，故目前主要使用人造磨料。常用人造磨料有棕刚玉（A）、白刚玉（WA）、铬刚玉（PA）、黑碳化硅（C）、绿碳化硅（GC）、人造金刚石（MBD等）和立方氮化硼（CBN）。其性能与适用范围见表9-1。 2粒度 粒度是指磨粒的大小。粒度有两种表示方法：对于用筛选法来区分的较大的磨粒（制砂轮用），以每英寸筛网长度上筛孔的数目来表示。如46# 粒度表示磨粒刚能通过每英寸46格的筛网。所以粒度号愈大，磨粒的实际尺寸愈小。对于用显微镜测量来区分的微细

14、磨粒（微粉，供超精磨和研磨用），以其最大尺寸（单位为m）前加W来表示，如W28、W40。 3结合剂 把磨粒固结成磨具的材料称为结合剂。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热性。此外，它对磨削温度和磨削表面质量也有一定的影响。 4硬度 磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度称为硬度。砂轮的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度。砂轮硬就是磨粒固结得牢，不易脱落；砂轮软，就是磨粒固结得不太牢，容易脱落。砂轮的硬度对磨削生产率和磨削表面质量都有很大影响。如果砂轮太硬，不易脱落，磨削效率很低，工件表面粗糙易烧伤。砂轮太软，太易脱落，砂轮损耗大，形状不易保持，影响工件质量。 5组织 组织表示

15、砂轮中磨料、结合剂和气孔间的体积比例。根据磨粒在砂轮中占有的体积百分数，砂轮可分为014组织号。组织号从小到大，磨料率从大到小，气孔率由小到大。组织号大，砂轮不易堵塞，切削液和空气容易带入磨削区域，可降低磨削温度，减少工件变形和烧伤，也可提高磨削效率。 表9.1列出了砂轮的五个组成要素、代号、性能和适用范围，供选用砂轮时参考。 9.4.2 砂轮的形状、尺寸和标志 常用的砂轮形状、代号和用途见表9.2（GB/T248494）。表9.2（GB/T248494） 砂轮的标志印在砂轮端面上。其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、组织号、结合剂和允许的最高线速度。例如： 9.4.3 超硬性能的砂轮 1

16、人造金刚石砂轮 如图9.20所示为金刚石砂轮的构造，它由磨料层、过渡层和基体三部分组成。磨料层由人造金刚石磨粒与结合剂组成，厚度约为1.55mm，起磨削作用。过渡层不含人在金刚石，单由结合剂组成，其作用是使磨料层与基体牢固地结合在一起，并使磨料层能全部达到使用。基体起支承磨削层的作用，并通过它将砂轮紧固在磨床主轴上。基体常用铝、钢、铜或胶木等制造。金刚石砂轮的标记（GB/T6409.194）举例如下： 2立方氮化硼砂轮 立方氮化硼砂轮的结构与人造金刚石砂轮相似，立方氮化硼只有一薄层。立方氮化硼磨粒非常锋利又非常硬，其寿命为刚玉磨粒的100倍。立方氮化硼砂轮用来磨削超硬的、高韧性的、难加工钢材，

17、如高钒高速钢、耐热合金等。立方氮化硼砂轮特别适合高速磨削和超高速磨削，但需采用经改制的特殊水剂切削液而不能采用普通的水剂切削液。 9.4.4 砂轮的选用 砂轮的选用包括选用砂轮的性能和适用范围以及选用砂轮的形状和用途等，请参考表9.1和表9.2。9.5 磨削加工的发展趋势 现代磨床的主要发展趋势是：提高磨削效率；提高磨床的自动化程度和进步提高磨床的加工质量。 9.5.1 提高磨削效率 随着磨料磨具的发展及磨床结构改进，在磨削加工中采用了高速磨削，强力磨削，宽砂轮和多砂轮磨削、以及其他的磨削工艺（如砂带磨削、电解磨削），使磨削效率不断提高。 高速磨削是指将砂轮的线速度从目前的35m/s提高到50

18、60m/s（目前国外个别磨床的线速度已达120 m/s）。提高了磨削效率和磨削质量，延长砂轮使用寿命。 强力磨削是指以大的磨削深度进行磨削，它可以代替车和铣，直接将毛坯磨削到工件要求，可显著提高效率。强力磨削在加工难切削材料方面效果特别显著。强力磨削时磨削力很大，因此，强力磨削机床（尤其是主轴组件）的刚度很高，而且砂轮电动机的功率也提高了好几倍。 宽砂轮磨削适合在大批大量中、用切入磨削法磨削较短零件表面，尤其是成形表面。 多砂轮磨削适用于同时磨削多个表面，例如同时磨削曲轴和凸轮轴的几个轴颈。这类磨床也适用于大批大量生产中。 9.5.2 提高机床的自动化程度 近年来，普通磨床的自动化程度在不断提高。自动化的措施有自动进给、砂轮的自动修整和补偿、自动分度、自动装卸料和自动测量等。应用