机械加工工艺与工装夹具 机械加工工艺与工装夹具 4.3磨床与磨削加工

《机械制造工艺与工装夹具》——4.3

磨床与磨削加工课程引入磨削机理实践训练

交流讨论磨床结构及其类型实践训练 评价反馈砂轮及磨削夹具课程总结，布置作业激学导思讲授新知教学巩固教学提升教学延伸课程总结及5S整理5分钟20分钟25分钟35分钟25分钟10分钟课目01.

课程引入02.

磨削机理与磨削用量03.

磨床结构及其类型04.

砂轮及磨床夹具05.

课程总结、课后作业及5s管理课程目标√能力目标能够正确根据加工对象选择磨床和砂轮；能够正确选择磨削方式与磨削用量；√知识目标了解磨床结构、类型及其应用；了解磨削机理及磨削特点了解砂轮类型及其应用√素质目标具有严谨求实的精神；具有个人实践创新能力；具备5S职业素养。—

课程引入磨削加工是广泛应用于平面、外圆面、内孔以及螺纹、齿轮等成形面的精加工方法，另外，还用于各种刀具的刃磨。磨削加工时，主运动是砂轮的旋转，进给运动是砂轮或工件沿坐标方向的直线运动或绕坐标轴回转运动。磨床是实现磨削加工的机械加工设备。图4.3-1：磨削加工类型二

磨削机理与磨削用量1、磨削机理磨削机理如图4.3-2所示，砂轮由很多小的硬度很高的磨粒粘结而成，这些磨粒就象一把把车刀一样，当砂轮相对工件运动的时候，砂轮表面上凸起的磨粒首先与工件表面接触并切入材料，迫使工件表面材料产生滑移，最后分离出一小块磨屑。砂轮连续旋转，砂轮圆周上众多的磨粒不断的与工件表面接触、切削，同时工件也做旋转运动和轴向运动将未加工表面送进切削区，从而产生连续的切削。磨削的深度和工件尺寸可以通过砂轮相对工件的径向运动fr来控制。图4.3-2：铣削机理工件砂轮A磨

粒磨屑A放大二

磨削机理与磨削用量1、磨削机理图4.3-2：铣削机理砂轮工件A磨屑磨粒A放大由于砂轮表面各个磨粒形状、分布、高低各异，所以其切削过程也有所差异。切削作用：其中一些突出和比较锋利的磨粒切入工件较深，形成完整的切削过程，切出微细的磨屑。刻划作用：比较钝且突出高度较小的磨粒切不下磨屑，只起刻划作用，在工件表面上挤压出微细的沟槽。抛光作用：更钝的、隐藏在其他磨粒下面的磨粒只稍微滑擦工件表面，起抛光作用。磨削过程是一个包含切削、刻划、抛光作用的综合复杂的过程。二

磨削机理与磨削用量2、磨削运动与磨削用量（1）磨削运动磨削运动由砂轮的旋转运动，工件的旋转运动，砂轮或工件的直线移动组成。磨削主运动：砂轮的旋转运动。进给运动：砂轮或工件的直线移动，分为纵向进给运动和横向进给运动。工件的旋转运动。（2）磨削用量1）砂轮速度工件速度轴向进给速度磨削深度 或径向进给速度图4.3-3：磨削运动二

磨削机理与磨削用量2、磨削运动与磨削用量（3）磨削用量的选择磨削用量包括砂轮速度vs、工件速度vw、纵向进给量fa、背吃刀量ap和光磨次数等。磨削用量对磨削加工质量和生产率等有很大影响，其影响可见表4.3-1表4.3-1磨削用量对表面质量及效率的影响二

磨削机理与磨削用量2、磨削运动与磨削用量（3）磨削用量的选择Vc：砂轮的旋转运动称为主运动，普通磨削速度Vc为３０～３５m/s，当Vc>４５m/s时称为高速切削。fr：径向进给运动（即磨削时的切深运动），工作以每双（单）行程内工件相对于砂轮的径向移动，称为径向进给运动。一般情况下，径向进给fr＝0.005～0.02mm／双行程。fa：轴向进给运动，工件相对于砂轮轴向

的进给运动，称为轴向进给运动。轴向进给

运动一般取fa＝(0.3～0.6)Bmm／r，Ｂ为砂轮的宽度。粗加工时fa取大值，精加工时fa取小值。Vw：工件运动，内外圆磨削时为工件的旋转运动，平面磨削时为工件台的直线往复运动。图4.3-4磨削用量二

磨削机理与磨削用量3、磨削加工特点磨削是零件精加工的主要方法之一。其特点是：能加工高硬度材料。由于砂轮磨粒本身具有很高的硬度和耐热性，因此磨削能加工硬度很高的材料，如淬硬的钢、硬质合金等。能经济地获得高加工精度。砂轮和磨床的特性决定了磨削工艺系统能作均匀的微量切削，一般ap=0.001～0.005mm；磨削速度很高，一般可达=30～50m/s；磨床刚度好；采用液压传动，因此，磨削能经济地获得高的加工精度（IT6～IT5）和小的表面粗糙度（Ra≈0.8～0.2μm）。磨削区温度很高。这会造成工件产生应力和变形，甚至造成工件表面烧伤；因此，磨削时必须注入大量冷却液，以降低磨削温度；冷却液还可起排屑和润滑作用。加工径向力很大。这会造成机床、砂轮、工件系统的弹性退让，使实际切深小于名义切深。因此，磨削将要完成时，应进行无进给的光磨，以消除误差。磨粒具有自锐性。磨粒磨钝后，磨削力也随之增大、致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口，此特性称为“自锐性”。自锐性使磨削在一定时间内能正常进行，但超过一定工作时间后，应进行人工修整，以免磨削力增大引起振动、噪声及损伤工件表面质量。不宜加工有色金属。对一般有色金属零件，由于材料塑性较好，材质较软，砂轮会很快被有色金属碎屑堵塞，使磨削无法进行，并划伤有色金属已加工表面。磨削机理与磨削用量实践与训练知识归纳知识点：（1）阐述磨削机理（2）磨削用量及其选择；实操：观看磨削加工视频。二三

磨床结构及其类型图4.3-4：万能外圆磨床结构，1、磨床结构常见磨床可以分为平面加工磨床和外圆内孔加工磨床两大类。平面加工磨床的结构及加工过程类似于铣床，而外圆内孔加工磨床的结构及加工过程类似于车床。（1）外圆磨床结构床身：一般为铸铁材料，磨床的基础件，用于承载和安装其它部件。头架：类似于车床的主轴箱，为工件旋转提供动力头架上安装有顶尖，并与尾架的顶尖共同夹持工件。

3）工作台：上面有槽，可以使头架和尾架移动定位，用于适应装夹不同长度的轴。内圆磨具：用于内孔的磨削。砂轮与砂轮架：砂轮架作用类似车床的刀架，砂轮与主轴电机相连。尾架：类似于车床尾座。操纵机构：用于改变速度、转向等。1-床身；2-头架；3-工作台；4-内圆磨具；5-砂轮架；6-尾架；7-脚踏操纵板三

磨床结构及其类型1、磨床结构（2）平面磨床结构床身和立柱：一般为铸铁材料，磨床的基础件，用于承载和安装其它部件，有导轨。工作台：有矩形工作台或圆形工作台，作用同铣床工作台，上面有槽，用于装夹工件，矩形工作台可沿着床身导轨直线移动，圆形工作台可以旋转。砂轮与砂轮架：砂轮架作用类似车床的刀架，砂轮与主轴电机相连。滑座：作用类似于铣床的滑台。进给箱：用于改变速度、转向等。1-床身；2-工作台；3-砂轮；4-进给箱；5-立柱图4.3-5：平面磨床结构三

磨床结构及其类型2、磨床类型根据用途和采用的工艺方法不同，大致可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨床及各种专门化磨床等；还有以柔性砂带为磨削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂等为磨削工具的精磨机床。(1)万能外圆磨床图4.3-4所示为M1432A型万能外圆磨床，该机床是普通精度级磨床，主要用于磨削圆柱形或圆锥形零件的外圆和内孔，还可以磨削阶梯轴的轴肩、端面、圆角等。。图4.3-6：磨床类型三

磨床结构及其类型2、磨床类型（2）无心外圆磨床无心外圆磨床适用于磨削细长轴、无中心孔短轴、销子类和套类工件；如果装上自动上下料机构，容易实现单机自动化。但机床调整费时，只适用于大批量生产中。无心外圆磨床不能磨削不连续

的外圆表面，如带有键槽、小平面等的表面，也不保证加工面与其他表面间的相互位置精度（如

同轴度等）。图4.3-7：无心外圆磨床如图4.3-7所示为无心外圆磨床的外形。磨削加工时，工件不是支承在顶尖上或夹持在卡盘上，而是放在砂轮和导轮之间，以被磨削外圆表面作为定位基准，支承在托板和导轮上。砂轮高速旋转为主运动，导轮以较慢速度同向旋转，在磨削力以及导轮和工件间的摩擦力作用下，实现圆周进给运动。工件中心高于导轮与砂轮中心连线，且支承托板有一定的斜度，以使工件经过多次转动后被磨圆。1-砂轮；2-导轮架；3-托板架；4-导轮三

磨床结构及其类型2、磨床类型（3）内圆磨床内圆磨床有普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星内圆磨床等多种类型，用于磨削圆柱孔和圆锥孔，其中普通内圆磨床较为常用。4l-床身；2-工作台；3-头架；4-砂轮架；5-床鞍图4.3-8：普通内圆磨床图4.3-8所示为普通内圆磨床的外形。其头架3安装在工作台2上，可随工作台2沿床身导轨做往复运动，完成纵向进给运动；还可在水平面内调整角度以磨削圆锥孔。工件安装在头架3上，由主轴带动做圆周进给运动。砂轮由砂轮架主轴带动做旋转主运动。砂轮架4可由手动或液压传动沿床鞍5做横向进给运动，工作台2每往复运动一次，砂轮架4做横向进给运动一次。5三

磨床结构及其类型2、磨床类型（4）平面磨床根据磨削方法和机床布局不同，平面磨床主要有卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床四种类型。其中前两种磨床用砂轮的周边磨削，后两种磨床用砂轮的端面磨削。目前生产中应用最广泛的是卧轴矩台和立轴圆台两种平面磨床。1）卧轴矩台平面磨床如图4.3-5所示。磨削时，工件装在工作台2上，工作台2沿床身的导轨做纵向往复进给运动，砂轮3做旋转主运动，砂轮架沿滑座上的燕尾导轨移动，做周期性的横向进给运动。滑座和砂轮架一起可沿立柱5的导轨

移动，做周期性的垂直进给。卧轴矩台平面磨床采用砂轮周边磨削，磨削时砂轮与工件接触面积小，发热量小，冷却的排屑条件好，可获得较高的加工精度和较小表面粗糙度值。且工艺范围宽，除了用砂轮的周边磨削水平面之外，还可用砂轮的端面磨削沟槽、台阶等的垂直侧平面。三

磨床结构及其类型2、磨床类型1）立轴圆台平面磨床如图4.3-9所示。圆形工作台2装在床鞍上，它除了做旋转运动实圆周进给外，还可以随同床鞍一起，沿床身导轨纵向快速退离或趋近砂轮，以便装些卸工件。砂轮做旋转主运动，其周期性的垂直进给运动通常由砂轮架3沿立柱4的导轨移动来实现。砂轮架3还可以做垂直快速调位运动，以适应磨削不同高度工件的需要。立轴圆台平面磨床采用端面磨削，砂轮与工件接触面积大，且为连续磨削，所以生产效率高。但磨削时发热量大，冷却和排屑条件差，所以加工精度较低，表面粗糙度值较大，且工艺范围较窄，主要用于大批量生产中磨削一般精度的工件或粗磨铸、锻毛坯件。1-床身；2-工作台；3-砂轮架；4-立柱图4.3-9：立轴圆台平面磨床三

磨床结构及其类型3、磨削方法（1）外圆磨削法1）万能外圆磨床磨削内外圆柱面、圆锥面的基本磨削方法有纵磨法和横磨法两种，如图4.3-10所示。图4.3-10：外圆磨削方法①纵磨法主要用于磨削轴向尺寸大于砂轮宽度的工件，如图4.3-10(a)、(b)和(d)所示。纵磨时除了砂轮的主运动和工件的旋转进给运动外，工件还要随工作台一起做纵向进给运动，每一纵向行程或往复行程终了时，砂轮周期性地做一次横向进给运动，如此反复直至加工余量被全部磨光为止。最后在无横向进给运动的情况下，再光磨几次，以提高工件的磨削精度和表面质量。②横磨法主要用于磨削轴向尺寸小于砂

轮宽度的工件，如图4.3-10(c)所示。横磨与纵磨相比，工件只做旋转进给运动而无纵向进给运动，砂轮则连续地做横向进给运动，直至达到所要求的磨削尺寸为止。横磨生产率高，但磨削热集中、磨削温度高，势必影响工件的加工精度和表面质量，必须给予充分的切削液来降低磨削温度。三

磨床结构及其类型3、磨削方法（1）外圆磨削法2）无心外圆磨床的基本磨削方法有两种：贯

穿法磨削法（纵磨法）和切入磨削法（横磨法），如图4.3-11所示。图4.3-11：无心外圆磨削方法①贯穿磨削法如图图4.3-11

（a）所示。调整导轮架的转动体，使导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度，把工件从机床前面推人砂轮和导轮之间，砂轮除了做圆周进给运动以外，还由于导轮与工件间水平摩擦力的作用，同时沿轴向移动，完成纵向进给运动。工件穿过磨削区，从机床后部出去时，便完成一次走刀，切去一定余量。工件的全部余量需经多次走刀逐步切除。。(a)(b)贯穿磨削法适用于磨削不带凸台的圆柱形工件，磨削表面长度可大于或小于磨削轮宽度。磨削加工时一个接一个地连续进行，生产率较高。三

磨床结构及其类型3、磨削方法（1）外圆磨削法2）无心外圆磨床的基本磨削方法有两种：贯

穿法磨削法（纵磨法）和切入磨削法（横磨法），如图4.3-11所示。图4.3-11：无心外圆磨削方法②切入磨削法如图4.3-11

（b）所示。先将工件置人砂轮和导轮之间，然后使砂轮横向切入进给来磨削工件表面，直至磨到要求的尺寸为止。之后工件与导轮快速退回至原位，从装料方向取下工件。(a)(b)切入磨削法适用于磨削带凸台和阶梯形的工件，以及磨削圆锥面和回转成型面等，磨削表面长度不能大于磨削轮宽度。三

磨床结构及其类型3、磨削方法（2）内孔磨削法根据工件形状和尺寸的不同，可采用纵磨法或横磨法磨削内孔，如4.3-12（a）和（b）所示。有些普通内圆磨床上备有专门的端面磨装置，可在工件一次装夹中磨削内孔和端面，如4.3-12（c）所示，这样不仅易于保证孔和端面的垂直度，而且生产率较高。图4.3-12：内孔磨削方法三

磨床结构及其类型3、磨削方法（3）平面磨削法平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面，其磨削方法有周边磨削和端面磨削两种。采用周边磨削的平面磨床，砂轮主轴处于水平位置，如图4.3-13（a）和（c）所示；采用端面磨削的平面磨床，砂轮主轴处于垂直位置，如图4.3-13（b）和（d）所示。(a)

卧轴矩台平面磨削； (b)

立轴矩台平面磨削； (c)

卧轴圆台平面磨削；图4.3-13：平面磨削方法(d)立轴圆台平面磨削三

磨床结构及其类型3、磨削方法（4）磨削方法综述

一般来说，磨削是指用砂轮或者砂带进行去除材料的加工工艺方法，根据加工对象的工艺目的和加工要求不同，磨削加工方法可以分为很多类型。通常的分类方法如图4.3-14所示：图4.3-14：磨削方法分类磨床结构及其类型实践与训练根据所学知识，思考磨床的结构组成及磨床的类型。知识点：（1）万能外圆磨床结构组成及适用对象平面磨床的类型平面磨削的方法及其优缺点。实操：现场观察各类磨床，辨识平面磨床各组成部分。三四

砂轮及磨床夹具图4.3-15：砂轮结构1、砂轮用于磨削的工具有砂轮、砂带、油石等，其中，砂轮应用最为广泛。（1）砂轮结构砂轮由基体和切削部分组成，其切削部分是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的。砂轮具有很多气孔，是用磨粒进行切削的磨削工具。磨具的结构由磨粒、结合剂和气孔组成。磨粒的作用是磨削被加工材料，形成符合要求的表面。结合剂的作用是粘接、把持磨粒，使磨具具有一定的形状和强度，且有一定尺度的自锐能力。气孔的作用是容屑、排屑、以及容纳润滑液。四

砂轮及磨床夹具1、砂轮（2）磨料及其粒度

1）磨料普通砂轮所用的磨料主要有刚玉、碳化硅和超硬磨料三类，按照其纯度和添加的元素不同，每一类又可分为不同的品种。表4.3-2列出了常用磨料的性能及适用范围。表4.3-2常用磨料成分、性能及其应用砂轮及磨床夹具四1、砂轮（2）磨料及其粒度

2）粒度粒度是指砂轮中磨粒尺寸的大小。粒度有两种表示方法：①磨粒：用筛选法区分的较大磨粒，主要用来制造砂轮，粒度号以筛网上每英寸长度的筛孔来表示，称为目数。例如，60号粒度表示磨粒能通过每英寸(25．4mm)长度上有60个孔眼的筛网。粒度号的范围为4～240，粒度号越大，颗粒尺寸越小。②微粉：用显微镜测量尺寸区分的磨粒称为微粉，主要用于研磨，以其最大尺寸前加w表示。微粉的粒度以该颗粒最大尺寸的微米数表示。例如，尺寸为20μm的微粉，其粒度号为W20。粒度号越小，微粉的颗粒越细。粗磨使用颗粒较粗的磨粒，精磨使用颗粒较细的磨粒。当工件材料软、塑性大或磨削接触面积大时，为避免砂轮堵塞或发热过多而引起工件表面烧伤，也常采用较粗的磨粒。常用磨粒粒度、尺寸及应用范围见表4.3-3。砂轮及磨床夹具四1、砂轮（2）磨料及其粒度

2）粒度表4.3-3常用磨粒、尺寸及其应用尺寸单位：μm砂轮及磨床夹具四1、砂轮（3）结合剂与砂轮硬度1）结合剂：结合剂的作用是将磨粒黏合在一起，使砂轮具有一定的强度、气孔、硬度和抗腐蚀、抗潮湿等性能。常用结合剂的性能及适用范围见表4.3-4。表4.3-4常用砂轮结合剂性能及其应用砂轮及磨床夹具四1、砂轮（3）结合剂与砂轮硬度2）砂轮硬度：砂轮硬度反映磨粒与结合剂的黏结强度。砂轮硬，磨粒不易脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮的硬度等级和代号见见表4.3-5。表4.3-5砂轮的硬度等级代号砂轮的硬度选择原则：一般来说，磨削较硬的材料，应选用较软的砂轮；磨削较软的材料，应选用较硬的砂轮。磨削有色金属时，应选用较软的砂轮，以免切屑堵塞砂轮；在精磨和成型磨削时，应选用较硬的砂轮。砂轮及磨床夹具四1、砂轮（4）砂轮组织砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，则砂轮组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒所占比例越小，则组织越松，气孔越大。砂轮的组织用组织号来表示，表4.3-6所列为砂轮组织号。砂轮组织号大，则组织疏松，砂轮不易被磨屑堵塞，切削液和空气能带人磨削区域，可降低磨削区域的温度，减少工件因发热引起的变形或烧伤，故适用于磨削韧性大而硬度不高的工件和磨削热敏性材料及薄板薄壁工件；相反，砂轮组织号小，则组织紧密，砂轮易被磨屑堵塞，磨削效率低，但可承受较大的磨削力，且砂轮廓形可保持持久，故适用于成型磨削和精密磨削；中等组织的砂轮适用于一般磨削，如磨削淬火钢工件及刃磨刀具等。表4.3-6砂轮的组织号砂轮及磨床夹具四1、砂轮（5）砂轮的形状、代号及用途为了适应在不同类型的磨床上磨削各种形状工件的需要，砂轮有许多形状和尺寸。常用砂轮的代号、形状及用途见表4.3-7。砂轮的标记印在砂轮的端面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如：外径300

mm、厚度50

mm、孔径75

mm、棕刚玉、粒度号60、硬度L、5号组织、陶瓷结合剂、最高工作线速度35

m／s的平形砂轮，其标记为：砂轮1—300

X50

X

75一A60L5V一35

m／s

GB

2484—1994。表4.3-7常用砂轮的形状代号及用途四

砂轮及磨床夹具1、砂轮（5）砂轮的形状、代号及用途图4.3-16：砂轮形状四

砂轮机磨床夹具2、磨床夹具（1）通用夹具：如外圆磨床上用的顶尖，内圆磨床上用的卡盘，平面磨床上用的螺栓压板、平口钳或磁力吸盘（如图4.3-17所示）。利用电磁吸盘装夹工件时，有利于保证工件的平行度。此外电磁吸盘装卸工件方便迅速，可同时装夹多个工件，生产率高。但电磁吸盘只能适用于安装钢、铸铁等铁磁性材料制成的零件。后图4.3-17：磁力