模塊二金屬切削加工課題六磨削加工

機(jī)械制造工藝與裝備

模塊二金屬切削加工課題六磨削加工知識(shí)點(diǎn)磨削加工概述磨具的特性和選用外圓磨床與磨削方法平面磨床與磨削方法技能點(diǎn)掌握磨具的特性和選用正確認(rèn)識(shí)外圓磨床與掌握其磨削方法正確認(rèn)識(shí)平面磨床與掌握其磨削方法課題六磨削加工一、任務(wù)引入

圖2-71所示為傳動(dòng)軸零件圖，毛坯為45鋼圓棒料，小批量生產(chǎn)。試選擇主要表面的最終加工方法，并確定加工步驟。圖2-71傳動(dòng)軸

該傳動(dòng)軸為一階臺(tái)軸，表面多為回轉(zhuǎn)表面，外圓尺寸精度為IT6～I(xiàn)T7，對基準(zhǔn)軸線的圓跳動(dòng)公差為，主要表面的表面粗糙度為，材料為45鋼，經(jīng)淬火處理。為此，車削加工已不能達(dá)到零件的加工要求，在精加工時(shí)應(yīng)采用磨削加工，使主要表面的質(zhì)量達(dá)到圖樣規(guī)定的技術(shù)要求。二、任務(wù)分析

磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，應(yīng)用于零件精加工和超精加工。它除能磨削普通材料外，尤其選用于一般刀具難以切削的高硬度材料的加工，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金和各種寶石等。

隨著機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展，一個(gè)國家的磨削工藝水平，可以反映一個(gè)國家機(jī)械制造業(yè)的水平。所以認(rèn)真學(xué)習(xí)磨削加工的基本知識(shí)和操作技能是十分必要的。三、5-1相關(guān)知識(shí)（一）磨削加工概述

磨削加工可以達(dá)到很高的加工質(zhì)量，加工精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T4，表面粗糙度值Ra可達(dá)成1.25～0.02μm。磨床除能磨削外圓，內(nèi)圓，平面、成型面外，還能磨削螺紋、齒輪、刀具、模具等復(fù)雜零件表面加工。圖2-72磨削加工的主要內(nèi)容a）磨外圓b）磨孔c）磨平面d）磨花鍵e）磨螺紋f）磨齒輪g）磨導(dǎo)軌（三）磨床與磨削方法

磨床種類很多，主要有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、無心磨床、平面磨床、工具磨床，此外還有專用磨床，如花鍵軸磨床、導(dǎo)軌磨床、曲軸磨床等。應(yīng)用最普遍的是萬能外圓磨床和平面磨床。外圓磨床主要磨削工件的外回轉(zhuǎn)體表面。其中萬能外圓磨床還能磨削內(nèi)孔。1、M1432B型萬能外圓磨床（p81）圖2-73M1432B型萬能外圓磨床1-床身2-頭架3-橫向進(jìn)給手輪4-砂輪5-內(nèi)圓磨具6-內(nèi)圓磨頭7-砂輪架8-尾座9-工作臺(tái)10-檔塊11-縱向進(jìn)給手輪2、無心外圓磨床無心磨原理3、平面磨床圖2-85M7120A型平面磨床a）外形圖b）運(yùn)動(dòng)示意圖1-磨頭2-床鞍3-橫向手輪4-修整器5-立柱6-撞塊7-工作臺(tái)8-升降手輪9-床身10-縱向手輪4、內(nèi)圓磨床（二）磨具的特性和選用

凡在加工中起磨削、研磨、拋光作用的工具，統(tǒng)稱磨具。磨具一般分為六大類即砂輪、油石、磨頭、砂帶、研磨膏。根據(jù)所用的磨料不同，磨具又可分為普通磨具和超硬磨具兩大類，其中超硬磨具是指用金剛石、立方氮化硼等以顯著高硬為特征的磨料制成的磨具，用來加工難磨的金屬材料。1.砂輪的特征(1)磨料

直接擔(dān)負(fù)切削工作。普通砂輪所用的磨料主要有剛玉類和碳化硅類棕剛玉：加工硬度較低的塑性材料，如中、低碳鋼和低合金鋼等；白剛玉：加工硬度較高的塑性材料，如高碳鋼、高速鋼和淬硬鋼等；黑碳化硅：加工硬度較低的脆性材料，如鑄鐵、鑄銅等；綠碳化硅：加工高硬度的脆性材料，如硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷和玻璃等。(2)粒度

磨料顆粒的大小，用粒度號(hào)表示。

粒度對加工表面粗糙度和磨削生產(chǎn)率影響較大。粗磨用粗磨料（30?！?6＃），粒度號(hào)較小。精磨用細(xì)磨粒（60?！?20＃），粒度號(hào)較大。磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面積較大時(shí)，為避免砂輪堵塞，可采用粗粒度的砂輪。(3)結(jié)合劑

將磨料粘結(jié)一起，使砂輪具有必要的形狀和強(qiáng)度的材料。結(jié)合劑代號(hào)性能適用范圍

陶瓷V耐熱，耐蝕，氣孔率大，易保持廓形，彈性差最常用，適用于各類磨削加工

樹脂B強(qiáng)度較V高，彈性好，耐熱性差適用于高速磨削，切斷，開槽等

橡膠R強(qiáng)度較B高，更富有彈性，氣孔率小，耐熱性差適用于切斷，開槽，及作無心磨的導(dǎo)輪

青銅J強(qiáng)度最高，導(dǎo)電性好，磨耗少，自銳性差適用于金剛石砂輪

砂輪的強(qiáng)度、耐熱性和耐用度等重要指標(biāo)，在很大程度上取決于結(jié)合劑的特性。

常用結(jié)合劑的名稱、代號(hào)、性能和適用范圍

圖2-72磨削加工的主要內(nèi)容a）磨外圓b）磨孔c）磨平面d）磨花鍵e）磨螺紋f）磨齒輪g）磨導(dǎo)軌(3)硬度

指磨具在外力的作用下磨料脫落的難易程度。

磨具的硬度反映結(jié)合劑固結(jié)磨粒的牢固程度，磨粒難脫落叫硬度高，反之叫硬度低。國標(biāo)中對磨具硬度規(guī)定了16個(gè)級別：D，E，F(xiàn)(超軟)；G，H，J(軟)；K，L(中軟)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。普通磨削常用G～N級硬度的砂輪。

砂輪硬度的選擇:1)工件材料較硬時(shí)，選用較軟的砂輪；

2)工件與砂輪接觸面積大，工件的導(dǎo)熱性差時(shí)，選用較軟的砂輪；

3)精磨或成形磨削，選用較硬的砂輪；

4)粗磨時(shí)應(yīng)選用較軟的砂輪。(5)組織

指砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者間的體積比例關(guān)系，以磨粒率(磨粒占磨具體積的百分率)表示磨具的組織號(hào)。

國標(biāo)中規(guī)定了15個(gè)組織號(hào)：0，1，2，…，13，14。

0號(hào)組織最緊密，磨粒率最高；14號(hào)組織最疏松，磨粒率最低。普通磨削常用4～7號(hào)組織的砂輪。組織號(hào)越大，磨粒所占體積越小，表明砂輪越疏松。這樣，氣孔就越多，砂輪不易被切屑堵塞，同時(shí)可把冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)，使散熱條件改善。6.砂輪的形狀、尺寸及代號(hào)1300×40×127WA80KV30↓↓↓↓↓↓↓↓↓平形砂輪外徑×厚度×孔徑白剛玉粒度號(hào)砂輪硬度陶瓷結(jié)

允許的磨削速度

中軟合劑(m/s)砂輪的特性、尺寸用代號(hào)標(biāo)注在砂輪的端面。如下所示：1）端面夾緊心軸

四、磨床夾具

2）磨圓弧墊塊夾具3）磨主軸內(nèi)孔V形成組夾具。（1）外圓磨削①縱磨法

砂輪的高速旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng),工件作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)隨工作臺(tái)沿工件軸向作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。采用縱磨法每次的橫向進(jìn)給量少，磨削力小，散熱條件好，并且能以光磨的次數(shù)來提高工件的磨削精度和表面質(zhì)量，因而加工質(zhì)量高，是目前生產(chǎn)中使用最廣泛的一種磨削方法。5-2、磨削方法1.主運(yùn)動(dòng)2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3.切入運(yùn)動(dòng)圖2-75

外圓的縱向磨削法②橫磨法

砂輪寬度比工件的磨削寬度大，工件不需作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，砂輪以緩慢的速度連續(xù)或斷續(xù)地沿工件徑向作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。橫磨法加工效率高，同時(shí)它也適用于成形磨削。但磨削力大，磨削溫度高，勢必影響工件的表面質(zhì)量。圖2-76外圓的橫向磨削法2.內(nèi)圓磨削

與外圓磨削相比，所用的砂輪和砂輪軸的直徑都比較小。為了獲得所要求的砂輪線速度，就必須提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，故容易發(fā)生振動(dòng)，影響工件的表面質(zhì)量。此外，內(nèi)圓磨削時(shí)發(fā)熱量集中，冷卻條件差以及工件熱變形大，特別是砂輪主軸剛性差，易彎曲變形，所以內(nèi)圓磨削不如外圓磨削的加工精度高。圖2-78內(nèi)圓的磨削4.圓錐磨削

將工件裝夾在前、后兩頂尖之間，圓錐大端在前頂尖側(cè)、小端在后頂尖側(cè)，將上工作臺(tái)相對下工作臺(tái)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（等于圓錐半角/2）。磨削時(shí)，采用縱向磨削法或綜合磨削法，從圓錐小端開始試磨。轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法適用于錐度不大的長工件。圖2-79轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)磨外圓錐面（1）轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法

適用于磨削錐度較大而長度較短的工件‘將工件裝夾在頭架的卡盤中，頭架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)/2角度，磨削方法同轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)法。

圖2-80轉(zhuǎn)動(dòng)頭架磨外圓錐面（2）轉(zhuǎn)動(dòng)頭架法

當(dāng)工件較長且工件的錐度較大時(shí)，只能用轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架法來磨削外圓錐面。將砂輪架偏轉(zhuǎn)/2角度，用砂輪的橫向進(jìn)給進(jìn)行圓錐面磨削（工作臺(tái)不允許縱向進(jìn)給），如果錐面素線長度大于砂輪厚度，則需用分段接刀的方法進(jìn)行磨削。圖2-81轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架磨外圓錐面（3）轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架法1.平面磨削方法

（1）周磨周磨是用砂輪的圓周面磨削平面。排屑和冷卻條件均較好，所以工件不易產(chǎn)生熱變形，而且因砂輪圓周表面的磨粒磨損均勻，故加工質(zhì)量較高，適用于精磨。（2）端磨端磨是用砂輪的端面磨削工件平面。端磨平面時(shí)，冷卻液不易注入磨削區(qū)內(nèi)，所以工件熱變形大，而且因砂輪端面各點(diǎn)的圓周速度不同，端面磨損不均勻，所以加工精度較低。但其磨削效率高，適用于粗磨。（四）平面磨削方法圖2-84平面磨床的幾種類型及其磨削運(yùn)動(dòng)a）臥軸矩臺(tái)平面磨床b）立軸矩臺(tái)平面磨床

c）臥軸圓臺(tái)平面磨床d）立軸圓臺(tái)平面磨床1）橫向磨削法

每當(dāng)工作臺(tái)縱向行程終了時(shí)，砂輪主軸作一次橫向進(jìn)給，待工件表面上第一層金屬磨去后，砂輪再按預(yù)選磨削深度作一次垂直進(jìn)給，以后按上述過程逐層磨削，直至切除全部磨削余量。橫向磨削法是最常用的磨削方法，適于磨削長而寬的平面，也適于相同小件按序排列，作集合磨削。（3）平面磨床磨削平面的方法圖2-86橫向磨削法磨平面

2）深度磨削法

先粗磨將余量一次磨去，粗磨時(shí)的縱向移動(dòng)速度很慢，橫向進(jìn)給量很大，約為（3/4～4/5）T（T為砂輪厚度），再用橫向磨削法精磨。此法垂直進(jìn)給次數(shù)少，生產(chǎn)效率高，但磨削抗力大，僅適于在剛性好、動(dòng)力大的磨床上磨削較大的工件。3）階梯磨削法

將砂輪厚度的前一半修成幾個(gè)階臺(tái)，粗磨余量由這些階臺(tái)分別磨除，砂輪厚度的后一半用于精磨。這種磨削方法生產(chǎn)效率高，但磨削時(shí)橫向進(jìn)給量不能過大。磨削負(fù)荷及磨損由各段圓周表面分擔(dān)，故能充分發(fā)揮砂輪的磨削性能。由于砂輪修整麻煩，其應(yīng)用受到一定限制。

圖2-87深度磨削法磨平面

圖2-88階梯磨削法磨平面三、高精度磨削精密磨削超精密磨削鏡面磨削四、高效磨削.高速磨削.強(qiáng)力磨削.砂帶磨削5-3光整加工一、研磨：1手工研磨2機(jī)械研磨二、絎磨：1絎磨方法2絎磨頭結(jié)構(gòu)3絎磨應(yīng)用三超精加工磨料：油石三種運(yùn)動(dòng)加工特點(diǎn)：只提高表面質(zhì)量，利于存釉四、拋光機(jī)械、電、化學(xué)作用磨料：光飾加工，提升表面質(zhì)量。5-4磨削加工實(shí)例一磨削步驟：二工藝分析：1零件圖分析2定位基準(zhǔn)選擇3磨削順序安排：表5-3（教材P100）（五）磨削加工特點(diǎn)1．切削刃(磨粒)不規(guī)則

切削刃的形狀和分布均處于不規(guī)則的隨機(jī)狀態(tài)，其形狀、大小各異。2．磨削的切削過程復(fù)雜

各個(gè)磨粒的切削厚度各不相同，磨削過程就是利用分布在砂輪表面上的磨粒，在高速旋轉(zhuǎn)條件下，對工件表面進(jìn)行切削（一些比較突出和比較鋒利切入工件較深、切削厚度較大的磨粒）、刻劃(突出高度較小和比較鈍的磨粒，切削厚度很小)及拋光（更鈍更低的磨粒，不能切入工件）的綜合作用。3．磨削速度高、切削厚度小（1）磨削時(shí)砂輪的圓周速度可達(dá)35～50m／s，約為車削和銑削速度的10倍以上，又由于磨粒通常為負(fù)前角，又不能保證有足夠的后角，因而磨削時(shí)磨粒對工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓變形，使磨削區(qū)產(chǎn)生大量的磨削熱，再加上砂輪本身的導(dǎo)熱性差，熱量傳不出去，所以磨削區(qū)形成瞬時(shí)高溫，一般可達(dá)800～1000℃。（2）可以得到較高的加工精度(1T5～I(xiàn)T6)和較小的加工表面粗糙度值(Ra0.8～0.2μm)。（3）磨削時(shí)由于切削區(qū)溫度很高，所以，要使用大量的切削液，以有效降低切削溫度；切削液的還能沖走砂輪表面的切屑，防止堵塞砂輪。磨削鋼件時(shí)，常用的切削液是蘇打水或乳化液；磨削鋁件時(shí)，一般用煤油，但應(yīng)加少量防銹劑。4．可以加工高硬度材料磨削可以加工一些高硬度的材料，如淬火鋼、高強(qiáng)度合金、陶瓷材料等，這些材料用一般的金屬切削刀具是很難加工甚至是無法加工的。5．砂輪的自銳性砂輪的自銳性，使得磨?？偰芤凿J利的“刀刃”對工件連續(xù)進(jìn)行切削，這是一般刀具所不具備的特點(diǎn)。所以能磨削高硬度工件，既使在工件和磨粒硬度十分接近時(shí)也能進(jìn)行磨削(如碳化硅砂輪磨硬質(zhì)合金、陶瓷等)。6．徑向切削力FP大磨削時(shí)由于磨粒大多以