磨削加工课件

磨削加工§7-1磨具的特性和選用 磨削是用帶有磨粒的工具（砂輪，沙帶，油石等）對工件進行切削加工的方法。磨削是目前半精加工和精加工的主要方法之一，並已逐步應用到了粗加工之中。一、普通磨具1、普通磨具的類型 所謂普通磨具是指用普通磨料製成的磨具，如剛玉類磨料、碳化矽類磨料和碳化硼磨料製成的磨具。按磨料的結合形式分為固結磨具、塗附磨具和研磨膏。根據不同的使用方式，固結磨具可製造成砂輪、油石、砂瓦、磨頭、拋磨塊等，塗附磨具可製成紗布、砂紙帶、砂帶等。研磨膏可分成硬膏和軟膏。2、砂輪的特性及其選擇 砂輪是最重要的磨削工具。它是用結合劑把磨粒粘結起來，經壓坯、乾燥、焙燒及車整而成的多孔疏鬆物體。砂輪的特性主要由:（1）磨料

磨料是製造砂輪的主要材料，直接擔負切削工作。磨料應具有高硬度，高耐熱性和一定的韌性，在磨削過程中受力破壞後還要能形成鋒利的幾何形狀。常用的磨料有氧化物系（剛玉類）、碳化物系和超硬磨料系三類，其性能、適用範圍見書P156。（2）粒度

粒度是指磨粒顆粒的大小，通常分為磨粒（顆粒尺寸>40μm)和微粉（顆粒尺寸<=40μm）兩類。磨粒用篩選法確定粒度號，粒度號越大，表示磨粒顆粒越小。微粉按其顆粒的實際尺寸分級。一般來說，粗磨用粗粒度（30＃－46＃），精磨用細粒度（60＃－120＃）。（3）硬度

砂輪的硬度是指砂輪工作表面的磨粒在磨削力的作用下脫落的難易程度。它反映磨粒與結合劑的粘固強度。磨粒不易脫落，稱砂輪硬度高；反之，稱砂輪硬度低。 砂輪的硬度從低到高分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬、超硬7個等級（見書P157）。工件材料較硬時，為使砂輪有較好的自礪性，應選用較軟的砂輪；工件與砂輪的接觸面積大，工件的導熱性差時，為減少磨削熱，避免工件表面燒傷，應選用較軟的砂輪；對於精磨和成形磨削，為了保持砂輪的廓形精度，應選用較硬的砂輪；粗磨時應選用較軟的砂輪，以提高磨削效率。（4）結合劑

結合劑是將磨料粘結在一起，使砂輪具有必要的形狀和強度的材料。結合劑的性能對砂輪的強度、抗衝擊性、耐熱性、耐腐蝕性，以及對磨削溫度和磨削表面品質都有較大的影響。

常用結合劑的種類有陶瓷、樹脂、橡膠及金屬等。陶瓷結合劑的性能穩定，耐熱，耐酸堿，價格低廉，應用最為廣泛。樹脂結合劑強度高，韌性好，多用於高速磨削和薄片砂輪。橡膠結合劑適用於無心磨的導輪、拋光輪、薄片砂輪等。金屬結合劑主要用於金剛石砂輪。（5）組織

砂輪的組織是指砂輪中磨粒、結合劑和氣孔三者間的體積比例關係。按磨粒在砂輪中所占體積的不同，砂輪的組織分為緊密、中等和疏鬆三大類。生產中常用的是中等組織（書P157）的砂輪。3、砂輪的形狀、尺寸與標誌 根據不同的用途、磨削方式和磨床類型，砂輪被製成各種形狀和尺寸，並已標準化。書P157表7-6列出了常用砂輪的形狀、代號和主要用途。

【例】PSA400×100×127A60L5B35

形狀為雙面凹砂輪，尺寸外徑為400mm，厚度為100mm，內徑為127mm，磨料為棕剛玉（A），粒度為60#，硬度為中軟（L），組織號為5號（中等），結合劑為樹脂（B），最高線速度為35m/s。砂輪的特性用代號標注在砂輪端面上，用以表示砂輪的磨料、粒度、硬度、結合劑、組織、形狀、尺寸及最高工作線速度。二、超硬磨具 超硬磨具是指用金剛石、立方氮化硼等以顯著高硬度為特徵的磨料製成的磨具，可分為金剛石磨具、立方氮化硼磨具和電鍍超硬磨具。超硬磨具一般由基體、過渡層和超硬磨料層三部分組成，磨料層厚度為1.5~5mm，主要由結合劑和超硬磨粒所組成，起磨削作用。超硬磨具的粒度、結合劑等特性與普通磨具相似，濃度是超硬磨具所具有的特殊性。濃度是指超硬磨具磨料層內每立方釐米體積內所含的超硬磨料的重量，它對磨具的磨削效率和加工成本有著重大的影響。濃度過高，很多磨粒易過早脫落，導致磨料的浪費；濃度過低，磨削效率不高，不能滿足加工要求。

§7-2磨削加工類型和運動 磨削除可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結構材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料，如淬火鋼、硬質合金、陶瓷和玻璃等。但不宜精加工塑性較大的有色金屬工件。 不僅可以加工外圓面、內圓面、平面、成形面、螺紋、齒形等各種表面，還常用於各種刀具的刃磨。根據工件被加工表面的形狀和砂輪與工件的相對運動，磨削加工有：外圓磨削、內圓磨削、平面磨削、無心磨削等到幾種主要加工類型。此外，還可以對凸輪、螺紋、齒輪等零件進行磨削。1、外圓磨削 磨削加工中，砂輪的高速旋轉運動為主運動，磨削速度是指砂輪外圓的線速度。 進行運動有工件的圓周運動，軸向進給運動和砂輪相對工件的徑向進給運動。 工件的圓周進給運動是指工件外圓的線速度。 軸向進給量是指工件轉一周沿軸線方向相對於砂輪移動的距離。Fa=(0.02~0.08)B,B為砂輪寬度。單位為mm 徑向進給量是指砂輪相對於工件在工作臺每雙行程內徑向移動距離。單位為mm/dstr或mm/str 外圓磨削按照不同的進給方向可分為縱磨法和橫磨法兩種形式。 （1）縱磨法磨削外圓時，砂輪的高速旋轉為主運動，工件作圓周進給運動，同時隨工作臺沿工件軸向作縱向進給運動。（2）橫磨法採用這種磨削形式，在磨削外圓時工件不需作縱向進給運動，砂輪以緩慢的速度連續或斷續地沿工件徑向作橫向進給運動，直至達到精度要求。 2、內圓磨削 普通內圓磨削以砂輪高速旋轉作主運動，工件旋轉作圓周進給運動，同時砂輪或工件沿其軸線往復作縱向進給運動，工件沿其徑向作橫向進給運動。 與外圓磨削相比，內圓磨削有以下一些特點：（1）磨孔時砂輪直徑受到工件孔徑的限制，直徑較小。（2）為了保證正常的磨削速度，小直徑砂輪轉速要求較高。（3）砂輪軸的直徑由於受孔徑的限制比較細小，而懸伸長度較大，剛性較差，磨削時容易發生彎曲和振動，使用權工件的加工精度和表面粗糙度難於控制，限制了磨削用量的提高。3、平面磨削 平面磨床用於磨削工件上的各種平面。磨削時，砂輪的工作表面可以是圓周表面，也可以是端面。 （1）周邊磨削以砂輪的圓周表面進行磨削時，砂輪與工件的接觸面積小，發熱少，磨削力引起的工藝系統變形也小，加工表面的精度和品質較高，但生產率較低。以這種方式工作的平面磨床，砂輪主軸為水準（臥式）佈置。 （2）端面磨削用砂輪（或多塊扇形的砂瓦）的端面進行磨削時，砂輪與工件的接觸面積較大，切削力增加，發熱量也大，而冷卻，排屑條件較差，加工表面的精度及品質比前一種方式的稍低，但生產率較高。以此方式加工的平面磨床，砂輪主軸為垂直（立式）佈置。 4、無心磨削無心外圓磨削有兩種方式：貫穿磨削法（縱磨法）和切入磨削法（橫磨法）

（1）貫穿磨削法（縱磨法） 用貫穿法磨削時，將工件從機床前面放到托板上並推至磨削區。導輪軸線在垂直平面內傾斜一個a角，導輪表面經修整後為一回轉雙曲面，其直母線與托板表面平行。工件被導輪帶動回轉時產生一個水準方向的分速度,從導輪與磨削砂輪之間穿過。貫穿法磨削時，工件可以一個接一個地連續進入磨削區，生產率高且易於實現自動化。貫穿法可以磨削圓柱形、圓錐形、球形工件，但不能磨削帶臺階的圓柱形工件 （2）切入磨削法（橫磨法）用切入法磨削時，導輪軸線的傾斜角度很小，僅用於使工件產生小的軸向推力，頂住擋塊5而得到可靠的軸向定位，工件與導輪向磨削輪作橫向切入進給，或由磨削輪向工件進給。

§7-3磨削原理一、磨削過程分析 磨削過程是由磨具上的無數個磨粒的微切削刃對工件表面的微切削過程所構成的。 單個磨粒的典型磨削過程可分為三個階段： （１）滑擦階段：磨粒切刃開始與工件接觸，由於磨粒有很大的負前角和較大的刃口圓弧半徑，切削厚度非常小，只是在工件表面上滑擦而過，工件僅產生彈性變形。磨粒繼續前進時，隨著擠入深度增大而與工件間的壓力逐步增大，表面金屬由彈性變形逐步過渡到塑性變形。（２）刻劃階段：工件材料開始產生塑性變形，就表示磨削過程進入刻劃階段。此時磨粒切入金屬表面，由於金屬的塑性變形，磨粒的前方及兩側出現表面隆起現象，在工件表面刻劃成溝紋。這一階段磨粒與工件間積壓摩擦加劇，磨削熱顯著增加。（３）切削階段：隨著為削厚度的增加，在達到臨界值時，被磨粒推擠的金屬明顯的滑移而形成切屑。二、磨削階段 磨削時，由於徑向分的作用，致使磨削時工藝系統在工件徑向產生彈性變形，使實際磨削深度與每次的徑向進給量有所差別。所以，實際磨削過程可分為三個階段：1、初磨階段 在砂輪的最初的幾次徑向進給中，由於工藝系統的彈性變形，實際磨削深度比磨床刻度所顯示的徑向進給量要小。 工藝系統剛性愈差，此階段愈長。

2、穩定階段 隨著徑向進給次數的增加，機床、工件、夾具工藝系統的彈性變形抗力也逐漸增大。直至上述工藝系統的彈性變形抗力等於徑向磨削力時，實際磨削深度等於徑向進給量，此時進入穩定階段。3、光磨階段由於工藝系統的彈性變形逐漸恢復，實際徑向進給量並不為零，而是逐漸減小。

三、磨削力與磨削溫度 （1）磨削力單個磨粒切除的材料雖然很少，但一個砂輪表層有大量磨粒同時工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此總的磨削力相當大。總磨削力可分解為三個分力：Fz主磨削力（切向磨削力）；Fy切深力（徑向磨削力）；Fx進給力（軸向磨削力）。 １、磨削力的主要特徵 （１）單位磨削力很大 由於磨粒幾何形狀的隨機性和參數不合理，磨削時的單位磨削力P值很大，可達70000N/mm2以上。

（２）三向分力中切深力Fy值最大三向分力中切深力Fy值最大，在正常磨削條件下，Fy/Fz約為2.0～2.5。由於Fy對砂輪軸，工件的變形與振動有關，直接影響加工精度與表面品質，故該力是十分重要的。（2）磨削溫度 磨削時由於速度很高，而且切除單位體積金屬所耗的能也高（約為車削時的10－20倍）。因此磨削溫度很高。

§7-4磨床 磨床是用磨料磨具(砂輪,砂帶,油石和研磨料)為工具進行切削加工的機床.廣泛用於零件的精加工,尤其是淬硬鋼件,高硬度特殊材料及非金屬材料(如陶瓷)的精加工。 磨床種類很多,其主要類型有:外圓磨床,內圓磨床,平面磨床,工具磨床，刀具和刃具磨床及各種專門化磨床.此外還有珩磨機,研磨機和超精加工機床等。 ⑴外圓磨床:主要用於磨削內,外圓柱和圓錐表面,也能磨階梯軸的軸肩和端面,可獲得IT6-IT7及精度Ra在1.25--0.08μm之間.

主參數:最大磨削直徑 ⑵無心外圓磨床:工件放在砂輪和導軌之間,由托板支撐進行磨削。 無心外圓磨床與外圓磨床相比,具有以下優點: ①生產率高(無須打中心空,且裝夾省時),所以多用於成批生產和大量生產 ②磨削表面尺寸精度,幾何形狀精度較高,Ra小 ③能配上自動上料機構,實現自動化生產 ⑶內圓磨床:用於磨