模块二 金属切削加工 课题六 磨削加工

机械制造工艺与装备模块二金属切削加工课题六磨削加工知识点磨削加工概述磨具的特性和选用外圆磨床与磨削方法平面磨床与磨削方法技能点掌握磨具的特性和选用正确认识外圆磨床与掌握其磨削方法正确认识平面磨床与掌握其磨削方法课题六磨削加工一、任务引入图2-71所示为传动轴零件图，毛坯为45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。图2-71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IT6～IT7，对基准轴线的圆跳动公差为，主要表面的表面粗糙度为，材料为45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，使主要表面的质量达到图样规定的技术要求。二、任务分析

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削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、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。三、相关知识（一）磨削加工概述

磨削加工可以达到很高的加工质量，加工精度可达IT6～IT4，表面粗糙度值Ra可达成1.25～0.02µm。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。图2-72磨削加工的主要内容a）磨外圆b）磨孔c）磨平面d）磨花键e）磨螺纹f）磨齿轮g）磨导轨（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，统称磨具。磨具一般分为六大类即砂轮、油石、磨头、砂带、研磨膏。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金刚石、立方氮化硼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。1.砂轮的特征(1)磨料直接担负切削工作。普通砂轮所用的磨料主要有刚玉类和碳化硅类棕刚玉：加工硬度较低的塑性材料，如中、低碳钢和低合金钢等；白刚玉：加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等；黑碳化硅：加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等；绿碳化硅：加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等。(2)粒度磨料颗粒的大小，用粒度号表示。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（30＃～46＃），粒度号较小。精磨用细磨粒（60＃～120＃），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，为避免砂轮堵塞，可采用粗粒度的砂轮。(3)结合剂将磨料粘结一起，使砂轮具有必要的形状和强度的材料。

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。

常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围

(3)硬度指磨具在外力的作用下磨料脱落的难易程度。磨具的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度，磨粒难脱落叫硬度高，反之叫硬度低。国标中对磨具硬度规定了16个级别：D，E，F(超软)；G，H，J(软)；K，L(中软)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。普通磨削常用G～N级硬度的砂轮。

砂轮硬度的选择:1)工件材料较硬时，选用较软的砂轮；2)工件与砂轮接触面积大，工件的导热性差时，选用较软的砂轮；3)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。(5)组织指砂轮中磨料、结合剂和气孔三者间的体积比例关系，以磨粒率(磨粒占磨具体积的百分率)表示磨具的组织号。国标中规定了15个组织号：0，1，2，…，13，14。0号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用4～7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，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。6.砂轮的形状、尺寸及代号1300×40×127WA80KV30↓↓↓↓↓↓↓↓↓平形砂轮外径×厚度×孔径白刚玉粒度号砂轮硬度陶瓷结

允许的磨削速度

中软合剂(m/s)砂轮的特性、尺寸用代号标注在砂轮的端面。如下所示：（三）外圆磨床与磨削方法

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。外圆磨床主要磨削工件的外回转体表面。其中万能外圆磨床还能磨削内孔。1、M1432B型万能外圆磨床图2-73M1432B型万能外圆磨床1-床身2-头架3-横向进给手轮4-砂轮5-内圆磨具6-内圆磨头7-砂轮架8-尾座9-工作台10-档块11-纵向进给手轮1）床身用以支承磨床其他部件。床身上面有纵向导轨和横向导轨，分别为磨床工作台9和砂轮架7的移动导向。2）头架头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖，用以装夹工件。头架主轴由头架上的电动机经带传动、头架内的变速机构带动回转，实现工件的圆周进给，共有25～224r/min6级转速。头架可绕垂直轴线逆时针回转0～90°。3）砂轮架砂轮架用以支承砂轮主轴，可沿床身横向导轨移动，实现砂轮的径向（横向）进给。砂轮的径向进给量可以通过手轮3手动调节。安装于主轴的砂轮由一独立电动机通过带传动使其回转，转速为1670r／min。砂轮架可绕垂直轴线回转-30º～+30º。(1)主要部件名称和功用4）工作台工作台由上、下两层组成，上层可绕下层中心轴线在水平面内顺（逆）时针回转3º（6º），以便磨削小锥角的长锥体工件。工作台上层用以安装头架和尾座，工作台下层连同上层一起沿床身纵向导轨移动，实现工件的纵向进给。纵向进给可通过手轮11手动调节。工作台的纵向进给运动由床身内的液压传动装置驱动。5）尾座套筒内安装尾顶尖，用以支承工件另一端。后端装有弹簧，利用可调节的弹簧力顶紧工件，也可在长工件受磨削热影响而伸长或弯曲变形的倩况下便于工件装卸。装卸件时，可采用手动或液动方式使尾座套筒缩回。6）内圆磨头其上装有内圆磨具5，用来磨削内圆。它由专门的电动机经平带带动其主轴高速回转（10000r/min以上），实现内圆磨削的主运动。不用时，将内圆磨头翻转到砂轮架上方，磨内圆时翻下。1）主运动磨外圆时为秒轮的回转运动；磨内圆时为内圆磨具的砂轮的回转运动。2）进给运动①工件的圆周进给运动，即头架主轴的回转运动；②工作台的纵向进给运动，由液压传动实现；③砂轮架的横向进给运动，每当工作台一个纵向往复运动终了，由机械传动机构使砂轮架横向移动一个位移量（控制磨削深度），为步进运动。(2)万能外圆磨床的切削运动（1）外圆磨削①纵磨法砂轮的高速旋转为主运动,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。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，因而加工质量高，是目前生产中使用最广泛的一种磨削方法。2、磨削方法图2-75外圆的纵向磨削法②横磨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，磨削温度高，势必影响工件的表面质量。图2-76外圆的横向磨削法2.内圆磨削与外圆磨削相比，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，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。图2-78内圆的磨削4.圆锥磨削将工件装夹在前、后两顶尖之间，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（等于圆锥半角/2）。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。图2-79转动工作台磨外圆锥面（1）转动工作台法适用于磨削锥度较大而长度较短的工件‘将工件装夹在头架的卡盘中，头架逆时针转动/2角度，磨削方法同转动工作台法。

图2-80转动头架磨外圆锥面（2）转动头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/2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），如果锥面素线长度大于砂轮厚度，则需用分段接刀的方法进行磨削。图2-81转动砂轮架磨外圆锥面（3）转动砂轮架法1.平面磨削方法（1）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。（2）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。（四）平面磨床与磨削方法图2-84平面磨床的几种类型及其磨削运动a）卧轴矩台平面磨床b）立轴矩台平面磨床c）卧轴圆台平面磨床d）立轴圆台平面磨床2.M7120A型平面磨床图2-85M7120A型平面磨床a）外形图b）运动示意图1-磨头2-床鞍3-横向手轮4-修整器5-立柱6-撞块7-工作台8-升降手轮9-床身10-纵向手轮M7120A型平面磨床，是一种常用的卧轴矩台平面磨床。它由床身9、立柱5、工作台7、磨头1和砂轮修整器4等主要部件组成。（见图）矩形工作台安装在床身的水平纵向导轨上，由液压传动系统实现纵向直线往复移动，利用撞块6自动控制换向。此外，工作台也可用纵向手轮10通过机械传动系统手动操纵往复移动或进行调整工作。工作台上装有电磁吸盘，用于固定、装夹工件或夹具。（见图）装有砂轮主轴的磨头可沿床鞍2上的水平燕尾导轨移动，磨削时的横向步进进给和调整时的横向连续移动，由液压传动系统实现，也可用横向手轮3手动操纵。（见图）磨头的高低位置调整或垂直进给运动，由升降手轮8操纵，通过床鞍沿立柱的垂直导轨移动来实现。（见图）(1)M7120A型平面磨床结构(2)M7120A型平面磨床的切削运动1）主运动磨头主轴上砂轮的回转运动。2）进给运动①工作台的纵向进给运劫。由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18m/min。②砂轮的横向进给运动。在工作台每一个往复行程终了时，由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。③砂轮的垂直进给运动。手动使床鞍沿立柱垂直导轨上下移动，用以调整磨头的高低位置和控制磨削深度。1）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。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。（3）卧轴矩台平面磨床磨削平面的方法图2-86横向磨削法磨平面

2）深度磨削法

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（3/4～4/5）T（T为砂轮厚度），再用横向磨削法精磨。此法垂直进给次数少，生产效率高，但磨削抗力大，仅适于在刚性好、动力大的磨床上磨削较大的工件。3）阶梯磨削法

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。由于砂轮修整麻烦，其应用受到一定限制。图2-87深度磨削法磨平面图2-88阶梯磨削法磨平面（五）磨削加工特点1．切削刃(磨粒)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。2．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、切削厚度较大的磨粒）、刻划(突出高度较小和比较钝的磨粒，切削厚度很小)及抛光（更钝更低的磨粒，不能切入工件）的综合作用。3．磨削速度高、切削厚度小（1）磨削时砂轮的圆周速度可达35～50m／s，约为车削和铣削速度的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，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，所以磨削区形成瞬时高温，一般可达800～1000℃。（2）可以得到较高的加工精度(1T5～IT6)和较小的加工表面粗糙度值(Ra0.8～0.2μm)。（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。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。5．砂轮的自锐性砂轮的自锐性，使得磨粒总能以锐利的“刀刃”对工件连续进行切削，这是一般刀具所不具