現(xiàn)代磨削技術課程教案

《現(xiàn)代磨削技術》

教案

主講：某某

某某建筑大學機械工程學院

交通運輸教研室

某某年某某月

講在前面的話

?不準遲到、早退、無故曠課

?有事提前請假

?上課認真聽講，記好筆記

?課后認真總結，按時完成相關作業(yè)

?嚴格遵守課堂紀律，以免影響他人

課程相關信息

課程性質(zhì)：必修課

總學時：36學分：2

課程性質(zhì)及基本要求：

本課程全面系統(tǒng)的論述和總結了磨削領域的最新理論研究成果及先進的磨削加工工

藝等，主要包括了磨削原理、材料去除機理、工藝原理與工藝方法、磨料磨具、磨削液、

皴控磨床、磨削質(zhì)量控制、高效與超精密磨削新工藝、難加工材料磨削工藝、磨削加工檢

測技術、磨削仿真技術與軟件技術等。

為提高磨削加工質(zhì)量和磨削效率，滿足機械制造業(yè)的需求，要求本領域的博士研究生

通過本課程的學習，能夠運用多學科的基礎理論和科學技術，探索和揭示磨削過程的機理

和規(guī)律，掌握和應用各種磨削方法和工藝裝備，開展應用多學科基礎理論與科學技術相融

合的綜合性的磨削加工新技術的研究。

考核方式：

考試=期中考試30%+期末考試40%+綜合表現(xiàn)10%+實驗20%

（其中，綜合表現(xiàn)包括：出勤+作業(yè)+筆記+課堂表現(xiàn)+報告+回答問題等）

使用教材:

?李伯民，趙波主編.現(xiàn)代磨削技術.機械工業(yè)出版社.2004

推薦參考教材：

?任敬心等編.磨削原理.西北工業(yè)大學出版社，2011

?李伯民，李清，趙波主編.磨料、磨具與磨削技術.化學工業(yè)出版社，2010

第1講

第1章:磨削加工技術發(fā)展概況

授課時數(shù)2

第1?2節(jié):

教學了解：磨削加工技術發(fā)展的總體概況.

目的

與熟悉：磨削加工方法與分類。

要求掌握：磨削加工技術的使用范圍和發(fā)展趨勢。

重點：磨削加工方法和發(fā)展趨勢。

教學難點：磨削加工方法和磨削新工藝方法研究。

難點

拓展：國內(nèi)外最新的磨削加工機床。

與

與1.

重

點2.對比不同磨削加工方法的特點。

3.若課時富?？烧n堂討論對磨削加工技術的個人看法。

1.大部分學生對磨削加工技術有初步的了解，作為專業(yè)基

授課

礎課應該首先引起學生對汽車的興趣，再由淺入深、從（現(xiàn)代化）

法

方多媒體與板書結合

整體到局部慢慢講解；教學手段

2.本次課的重點是導入，并培養(yǎng)興趣。

1.為什么磨削技術會不斷地發(fā)展？

2.怎樣普通磨削、高速磨削、超高速磨削？

3.舉例磨削新工藝方法并說明各個方法的特點？

作業(yè)

思考題

一、磨削加工技術發(fā)展概況

1.18世紀中期出現(xiàn)第一臺外圓磨床。用石英石、石榴石等天然磨料敲鑿成磨具，后不斷進步，應

用磨削技術逐漸形成。1901年氧化鋁（剛玉）、碳化硅磨料的發(fā)明加速了磨具的發(fā)展。20世紀

40年代末期人造金剛石的問tt,1957年立方氮化硼研制成功，超硬磨料金剛石和立方氮化硼

的應用以及磨削技術的發(fā)展使得磨削精度和效率不斷上升，磨削加工應用范圍日益擴大。

2.解放前我國磨床工業(yè)及磨料工業(yè)幾乎是一片空白。1944年我國第一臺外圓磨床誕生，后隨著各

種磨具得到開發(fā)，我國磨床行業(yè)迅速發(fā)展，改革開放推動了機床行業(yè)的進步，形成比較齊全的

磨床產(chǎn)品，裝備國民經(jīng)濟各部門制造業(yè)。

3.當今高速和超高速磨削在歐美日等工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展較快。有的實驗室完成了磨削線速度達到

250m/s、350m/s、400m/s的實驗，日本應經(jīng)有200m/s的磨床在工業(yè)中應應用。

4.我國對高速磨削及磨具研究已有多年歷史。但我國高速磨削技術只是處于實驗階段，未走出實

驗室，技術還遠沒有成熟。

5.磨削技術不斷發(fā)展的原因有：加工精度高、加工效率高、工程材料不斷發(fā)展、新的磨料磨具的

應用、相關技術的發(fā)展。

二、磨削加工方法與分類

1.一般砂輪磨削方式根據(jù)加工對象、表面生成方法不同分為外圓、為圓、平面及成型磨削方法；

對旋轉(zhuǎn)表面按工件夾緊和驅(qū)動方法可分為定心磨削和無心磨削；按砂輪進給方法相對于加工表

面的關系分為縱向進給與切入進給磨削；按磨削形成分為通磨和定程磨；按砂輪工作表面類型

分為周邊磨削、端面磨削及周邊-端面磨削；數(shù)控磨床及磨削加工中心上常用復合磨削工藝方

法。

2.砂輪磨削速度高低將磨削分為普通磨削（VsV45m/s）,高速磨削（45<Vs<150m/s）,超高速磨

削（Vs>150m/s）o按磨削精度分為普通磨削、精密磨削（加工精度1.0.1pm、表面粗糙度

Ra0.2-0.lpm）、超精密磨削（加工精度VO.lpm,表面粗糙度RaW0.025nm）。按磨削效率將磨削

分為普通磨削、高效磨削。

3.從磨削區(qū)的基本情況磨削加工方法分為：恒壓力磨削、定進給磨削。

三、磨削新工藝方法研究與開發(fā)

1.高速磨削(HSG-HighSpeedGrinding)o砂輪線速度高于45m/s,提高磨削速度可明顯改善工件

磨削質(zhì)量，降低磨削力，獲得較小的尺寸誤差及形狀誤差，提高了加工精度。

2.緩進給磨削(蠕動磨削)工藝(CFG-CreepFeedGrinding)o適應高硬度、高韌性材料的表面及

溝槽的磨削加工，特點是增大磨削深度，降低進給速度進行磨削加工。

3.高效深切磨削工藝技術(HEDG-HighEffiencyDeepGrinding)。是以加大磨削深度，提高砂輪

速度及工件進給速度，從而獲得高的磨除率及高的磨削精度的新的磨削工藝方法。HEDG技術

被認為是“現(xiàn)代磨削技術的高峰

4.砂帶磨削工藝技術(BeltGrinding)。用粘結劑將磨料粘接在柔軟的基體上的一種磨具，用以進

行高精度、高效率的磨削加工及拋光加工的磨削工藝技術，可以進行微量切除亦或高效磨削。

5.寬砂輪磨削工藝技術。是一和高效磨削工藝方法，它靠增大磨削寬度來提高磨削效率。

6.快速短行程磨削工藝技術。是在往復磨削中采用比常規(guī)高得多的速度，行程比常規(guī)短得多的一

種磨削方法。該磨削工藝方法與緩進給磨削相比是事物的另一極端，是一種具有更高磨削效率

和高精度的新磨削工藝。

7.高速重負荷磨削工藝技術。它以快速去除加工余量為目的磨削方法，對磨削加工精度與表面質(zhì)

量要求不高。

8.單點磨削工藝技術。將車、銃切削加工的概念用于磨削加工，砂輪與工件實現(xiàn)點接觸磨削，避

免了寬砂輪的先接觸磨削，減少了砂輪的磨損，降低了生產(chǎn)成本及磨削溫度。

9.冷風及EcoloG磨削工藝技術。用冷風替代磨削液進行磨削加工，將-30C的冷風向磨削區(qū)供給,

并供給微量的植物油，用真空泵吸附作用回收切屑，該加工方法可降低砂輪磨損量，工件表面

硬度有所增加，磨削液污染大大改善，缺點是能量消耗增加，需防止切削飛濺，降低噪聲。

四、超精密磨削及磨粒加工工藝技術

1.當前精密磨削是指被加工零件的加工精度達1-0.l“m,表面粗糙度Ra為0.2-0.01nm的加工技

術?，F(xiàn)在超精密磨削正在從微米、亞微米(1-0.Ipm)的加工向納米級(10-2-10-3|im)加工發(fā)展。

用磨具進行磨削和用磨粒進行研磨和拋光是實現(xiàn)精密及超精密加工的主要途徑。

2.研磨與拋光是超精密加工的又一主要方式。磁流體研磨、動力懸浮研磨、磁力研磨。軟粒子研

磨、機械化學拋光、擺動磨料流拋光等均是具體的形式。磁性磨料拋光(MAP)用在加工中心

上拋光零件復雜形面，也用于修正超硬磨料砂輪。精密電解磨削、研磨、拋光，精密超聲波研

磨和砂帶拋光都是實現(xiàn)精密及超精密加工、鏡面加工的有效工藝技術。

五、磨床高速、高精度零部件單元制造技術

1.高速、高精度主軸單元制造技術。主軸單元包括主軸動力源、主地、軸承和機架幾個部分，它

影響著加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應用范圍，其動力學性能及穩(wěn)定性對高速高效磨削、精密超

精密磨削起到關鍵的作用。對于高速高精度主軸單元系統(tǒng)，應該是剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、運轉(zhuǎn)

時溫升小、穩(wěn)定性好、可靠，功耗低，壽命長，同時成本也始終。要滿足這些要求，主軸的制

造及動平衡、主軸的支撐(軸承)，主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻，系統(tǒng)的剛性等是很重要的。

2.精密、高速進給單元制造技術。進給單元包括伺服驅(qū)動部件、滾動單元、位置檢測單元等。進

給單元是砂輪保持正常工作的必要條件，也是評價高速、高效及超高速磨床性能的重要指標之

一，因此，要求進給單元運轉(zhuǎn)靈活?、分辨率高、定位精度高、沒有爬行和有較大的移動范圍（既

要適合空行程時的快進給，又要適合加工時的小進給或者圍巾給），既要有較大的加速度，又

要有足夠大的推力、剛性高、動態(tài)響應快、定位精度好。為適應精密、高速及超高速磨床的發(fā)

展，以下幾點是研究重點：①高速精密交流伺服系統(tǒng)及電機的研究。②直線伺服電機的設計與

應用的研究。③高速精密滾珠絲杠副及大導程滾珠絲杠副的研究。④高精度導軌、新型導軌摩

擦副的研究。⑤能適應超精密磨削的高靈敏度、超微進給機構和超低摩擦系數(shù)的導軌副的研究。

3.機床支撐技術及輔助單元技術。機床支撐技術主要是指機床的支撐構件的設計及制造技術，贏

在以下幾個方面加強研究：①新型材料及結構的支撐構件的優(yōu)化設計及制造技術的研究。②砂

輪動平衡技術的研究。③磨削液過濾系統(tǒng)的研究。④安全防護裝置的設計制造技術的研究。⑤

精密自動跟刀架及支撐件的研究。

六、磨床智能化、檢測技術和加工軟件技術

1.對于價格昂貴的超硬磨料砂輪的應用，要求有盡可能小的消耗和非常仔細的修整，還要盡可能

發(fā)揮超硬磨料砂輪的優(yōu)越性，這推進這磨削加工智能化技術的發(fā)展，可以利用檢測信息和磨削

數(shù)據(jù)庫，自適應優(yōu)化磨削條件和判斷工作狀態(tài)。

2.實現(xiàn)磨削加工計算機控制與智能化，對磨削過程進行監(jiān)控是一個重要問題。對磨削加工后零件

尺寸、形狀及位置精度，表面質(zhì)量進行檢測分為離線與在線檢測。對超精密磨削及游離磨粒加

工后所獲得的高精度與低表面粗糙度的檢測，目前采用的檢測方法為：電子顯微鏡（SEM）,

隧道掃描電子顯微鏡（STM）和光學式非接觸測量。

3.高性能的CNC磨床需配有齊備的軟件系統(tǒng)。專家系統(tǒng)（ExpertSystem）是人工智能研究的一

個分支，實質(zhì)是一類程序系統(tǒng)，在磨削領域具有專家水平解題能力的程序系統(tǒng)，能高效的解決

磨削領域中復雜的問題。

第2講

第二章:磨削過程的特點及切屑形成

授課時數(shù)4

第1?3節(jié):

教學了解：磨粒的切削刃的形狀和分布，以及砂輪的有效磨刃數(shù)。

目的

與熟悉：磨削的切削作用與磨削過程，磨削過程的磨削要素。

要求掌握：磨削比，磨削力，磨削溫度的測量。

重點：磨粒的切削作用，磨削比，磨削力的測量，磨削溫度的測量。

教學難點：磨削力，磨削比。

難點

與拓展：舉例實際操作過程中磨削要素的作用。

重點

1.磨削原理是整個磨削過程中的理論基礎，掌握好磨削機

理可提高磨削效率并避免磨削過程中不必要的錯誤，同

授課

樣也是是各種新技術的理論依據(jù)。為了后續(xù)內(nèi)容開展必（現(xiàn)代化）多媒體PPT并結合

法

方

須講透徹。教學手段視頻教學

2.本章節(jié)有大量的定義和公式分析，注意根據(jù)學生實際情

況詳細分析。

1.磨削比在磨削過程中起到什么作用？

2.磨削過程分為哪幾個階段，各個階段的特點是什么？

3.磨削力是怎樣形成的？

4.磨削溫度是怎樣形成的？

作業(yè)5.磨削溫度的測量方法有哪幾種，各個方法的特點是什么？

思考題

一、概述

磨削時，磨床上相應的機構控制著砂輪，使它與工件接觸，逐漸切除工件與砂輪相互干涉的部分,

形成被磨表面。影響磨削加工過程的因素很多，使得對磨削機理的研究比對切削機理的研究變得更加困

難和復雜。為了實現(xiàn)磨削過程中的最優(yōu)控制，就必須研究磨削加工中輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的相互關

系，也就是必須研究磨削加工過程的物理規(guī)律——磨削機理。

為了描述磨削機理，必須找出一些能明確表征輸入或輸出條件的主要參數(shù)。表征輸入條件的參數(shù)有:

磨刃幾何參數(shù)、有效磨粒數(shù)、切削厚度、切削寬度、接觸弧長和砂輪當量直徑等。表征輸出的主要參數(shù)

有：材料的切除率、砂輪耗損率、磨削比、磨削力比、功率消耗和磨削比能、加工精度以及表面完整性

指標等。其中，磨刃幾何參數(shù)、有效幾何參數(shù)、有效磨刃數(shù)、切削厚度、切削寬度和磨削比等比較重要,

稱之為磨削基本參數(shù)。

二、表征磨削過程的磨削要素

(一)接觸弧長和磨削長度

1.砂輪與工件的幾何接觸弧長度L即幾何接觸弧長度L是指幾何磨削弧的長度。該模型是將砂輪

和工件視為兩個絕對剛性體，由其接觸模型通過采用幾何計算法可推出砂輪與工件的接觸弧長度，

故稱為幾何接觸弧長度，并用4表示：

lg=《pde

式中4—幾何接觸弧長度(mm)；

cip—磨削深度(mm)；

4—砂輪當量直徑(mm)。

2.砂輪與工件的運動接觸弧長度人運動接觸弧長度人是指運動磨削弧的長度。實際中，運動接觸弧

長度比幾何接觸弧長度％大1.15-2倍左右。

3.真實接觸弧長度/<o真實接觸弧長度是指考慮真實磨削條件下真實磨削弧的長度。

4.最大接觸弧長度Uto最大接觸弧是指在整個磨削區(qū)砂輪外圓周表面上的磨料與工件的最大干涉長

度。

5.任意接觸弧長度la.任意接觸弧長度L。是指在整個磨削區(qū)砂輪外圓周表面上的磨粒和工件在任一

點的干涉長度。

(二)磨粒磨削的磨屑厚度

磨削時的未變形磨屑形狀可看作曲邊三角形魚狀體。磨粒擦過工件表面時，在工件表面上劃出了形

狀尺寸各不相同或相互錯開或相互重疊的許多細小刻痕，由于刻痕深度不一，所以未變形磨屑的厚度和

大小不同。通常采用最大磨屑厚度、平均磨屑厚度和當量磨屑厚度這三個參數(shù)來評價磨削厚度。

I.最大磨屑厚度小印的計算

M.C.Shaw推薦的磨削厚度計算公式。對于平面磨削，未變形磨屑的最大厚度計算公式為：

對于外圓切人磨削，則磨屑厚度為

=4%1十.

式中N,一砂輪單位面積有效磨刃數(shù)；

D_Dd

H.Opilz等人推薦的磨屑厚度計算公式。根據(jù)切屑體積不變的原則，采取計算未變形切屑厚度

的平均斷面積的辦法，來導出磨屑厚度的計算公式。即以砂輪表面單位切削寬度上圓周長度范圍內(nèi)參加

工作的動態(tài)磨刃數(shù)所切除的斷面積的總和來導出磨屑厚度的計算公式。

2.平均磨屑厚度a-磨削時，工件上被磨除的體積應該等于砂輪所磨除的體積，則

%(，》)=Q匹外(%%b)

式中b—磨削寬度(mm)；

k—未變形磨屑長度(mm)。

3.當量削層厚度Mp

當量磨削層厚度a”不是某一個磨刃切下的磨削層厚度，它是一個假想尺寸，是將單位寬度砂

輪磨除的金屬量，沿砂輪速度方向攤成同一單位寬度、長度為L的假想長帶形磨屑層的厚度。L為切除

金屬量的同時，砂輪工作表面上磨刃所走過的路程長度，可用下式表示：

a=a也=紅

叩P%vs

式中Z：—單位時間單位砂輪寬度的金屬磨除

(三)砂輪的當量直徑d-

砂輪的當量直徑是一個抽象的參數(shù)。引入該參數(shù)的目的是使外圓、內(nèi)圓和平面通過這一參數(shù)聯(lián)系起

來，以便對這幾種常用的磨削方式的一些試驗研究結果作用相互對比。應用這個參數(shù)，能夠使有些磨削

參數(shù)（例如接觸弧長度）的關系簡化。

當量砂輪直徑的定義為：

換句話說，當量直徑就是把外圓和內(nèi)圓磨削化為平面磨削時相當?shù)纳拜喼睆健?/p>

（四）磨削比G

磨削比G是表征可磨削性的重要參數(shù)，是選擇砂輪及磨削用量的主要依據(jù)，與切削加工中的

可切削性一樣，評價磨削加工也采用可磨性（Grindability）這個術語?？赡バ缘膬?nèi)容包括：

（1）磨削加工表面完整性好（表面粗糙度值小，加工變質(zhì)層不嚴重，殘留應力小等）。

（2）在規(guī)定的砂輪磨損范圍內(nèi)磨除工件材料的體積大。

（3）砂輪磨損小，砂輪耐用度高。

（4）消耗磨削功率小。

磨削比G是指同一磨削條件下砂輪耗損與去除的工件材料的體積的比值關系。即

Vw

F

式中vw—單位寬度單位時間金屬磨除體積[mn?/（mm?s]

V's—單位寬度單位時間砂輪所耗損的體積[mnf/（rnm-s]

三、磨削力

磨削力起源于工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結合劑與工件表

面之間的摩擦作用。研究磨削力的目的，在于搞清楚磨削過程的一些基本筲況，它不僅是磨床設計的基

礎，也是磨削研究中的主要問題，磨削力幾乎與所有的磨削有關系。

（一）磨削力的理論公式

磨削力的計算在實際工作中很重要，不論是機床設計和工藝改進都需要知道磨削力。一般是用磨削

力的計算公式來估算，或者用實驗的方法來測定。用實驗的方法來測定。

單位面積磨削力是磨削工件時作用在單位切削面積上的主切削力，（即切向切削力）以Fp表示，單

位為N/mm2o在磨粒截面x-x內(nèi)作用在磨粒上的切削力dF、可按下式求得：

dFx=，dflosQDS

式中Fp—單位磨削力（N/mn?）；

4一砂輪直（mm）；

0D_Dd_

W_（_）A（_/_

砂輪接觸面上動態(tài)磨刃數(shù)的磨削力計算公式目前國內(nèi)外有不少論述，由GWcncr等人的計算，單

位接觸面上的動態(tài)磨刃數(shù)公式為：

式中A?一與靜態(tài)磨刃數(shù)有關的比例系數(shù)，AI1.2；

Q—磨刃密度，為砂輪與工件接觸面積上磨粒分布密度和形狀有關的系數(shù)。

（二）磨削力的測量與經(jīng)驗公式

磨削力的理論公式對磨削過程做定性分析和大致估算時具有很大作用；但是由于磨削加工情況的

好雜性，建立于一定加工條件和假設條件之上的理論公式，在條件改變后就導致使用受到極大限制。迄

今為止，還沒有一種叮適用于各種磨削條件下的嚴密磨削力理淪公式。對于磨削過程的詳細研究，目前

仍然需依靠實驗測試及在該實驗條件下的經(jīng)驗公式來進行。

磨削力的實驗確定需借助測力儀進行，目前，用得較多的是在彈性元件上粘貼應變片的電阻式測

力儀，也可利用壓電晶體的壓電效應原理以及各種傳感器配置計算機進行測量。

磨削力測量?般分為平面磨削的磨削力測量、外圓磨削的磨削力測量和內(nèi)圓磨削力的測量。

磨削力的經(jīng)驗公式。在實際的工程算中，當前仍以采用經(jīng)驗公式為主，多年來，各國學者都做出

了許多研究，發(fā)表了大量的數(shù)據(jù)，并且詳細討論各種磨削條件對磨削力的影響，提出了各種各樣的磨削

力實驗公式，這典公式幾乎都是以磨削條件的密指數(shù)函數(shù)形式表示的，形式如下：

式中與一表示單位磨削力；

b—磨削加工寬度（mm）；

a\p\y\6—指數(shù)。

外圓磨削力實驗公式的求法，已知磨削外圓時磨削力公式的數(shù)學模型為:

平面磨削力的實驗公式求法，平面磨削力公式的數(shù)學模型為：

xyz

玲=Fpapvsvw

內(nèi)圓磨削力的實驗公式求法內(nèi)圓磨削力公式的數(shù)學模型為

5=Wf/

四、磨削溫度

金屬切削時所作的功幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能，磨削的熱效應對工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。特

別是當溫度在界面上超過某一臨界值時，就會引起表面的熱損傷（表面的氧化、燒傷、殘余應力和裂紋）,

其結果將會導致零件的抗磨損性能降低，應力銹蝕的靈敏性增加、抗疲勞性變差，從而降低了零件的使

用壽命和工作可靠性。

磨削熱的產(chǎn)生與傳散。磨削熱來源于磨削功率的消耗。磨削加工時，磨除單位體枳（或質(zhì)量）金屬所

消耗的能量稱為比磨削能E。單位為N-m/mm3或J/mn?。

一般來說，普通磨削比磨削能為20?60J/mm3,而切割磨削比磨削能則為10?30J/mm3。顯然普通磨

削的熱量較大，切割磨削時，由于磨屑厚度較大，耗于磨屑形成的比能較小，傳到工件上的熱量也就相

應減少了。但是從熱傳散的模型來看，切割磨削的熱集中在砂輪的前方，在接觸處溫度最高，如果切割

磨削的切人進給速度選擇不當，將會有大量的熱傳人工件。當進給速度太詆時，磨削熱向工件深處的傳

熱速度將超過砂輪的切入速度，工件溫度將會迅速提高。當進給速度選擇適當時，大部分預熱的材料將

會迅速地切去，可以避免熱向工件內(nèi)部傳遞，這也就是切割磨削可以取很高的切除率而工件并不燒傷的

原因。

磨削溫度的測量。

研究磨削區(qū)的溫度分布，除了采用分析法外，采用實驗方法能得到更加準確的結論，迄今為止，

磨削溫度的測量已出現(xiàn)了許多方法，新方法的不斷產(chǎn)生，為磨削溫度研究提供了有效的手段，但是在所

有實驗測量方法中，最基本的方法是用熱電偶直接測量法。

熱電偶測量法，利用熱電偶原理測量磨削溫度的試件有夾式及頂式兩種。它們的共同點是在兩試

件本體間夾入熱電偶絲材或箔材，熱電絲（箔片）與本體間有絕緣材料相隔，開合聯(lián)結方式均采用環(huán)氧

樹脂粘結。

夾式測溫試件用以測量磨削表面溫度。它可以連續(xù)磨削測量，故又稱之為:可磨式測溫試件。如果

把它裝得與磨削件同樣高度而一起磨削，就可以方便地測量出磨削溫度隨磨削過程（時間）的變化情況。

由漆包層絕緣的夾式試件宜用于濕磨測溫，玻璃管、云母片絕緣的宜作濕磨或干磨測溫。

熱電偶測溫法，利用熱電偶法測量外圓磨削接觸區(qū)溫度的一種裝置。

紅外輻射測溫法，紅外輻射是由構成物質(zhì)的各種原子及亞原子的旋轉(zhuǎn)和振動產(chǎn)生的。這些粒子是

經(jīng)常運動著的，因此物質(zhì)也就經(jīng)常發(fā)射出頻率與振子共振常數(shù)相對應的紅外輻射。由于存在著形形色色

的粒子，它們發(fā)射出的輻射頻率也各不相同，這些頻率所覆蓋的范圍就是大家熟知的紅外光譜。

第3講

第三章:磨料磨具特性、選擇與使用

授課時數(shù)4

第1?2節(jié):

教學了解：普通磨具的結構，磨料的種類。

目的

與熟悉：磨粒的硬度。

要求掌握：普通磨具和超硬磨料磨具的性能應用。

教學重點：普通磨具和超硬磨料磨具的對比以及各個使用范圍。和加工參數(shù)的設定。

難點難點：磨具使用過程中加工參數(shù)的設定。

與拓展：1.國內(nèi)外先進磨具的介紹；

重點

2.實際運用過程中加工參數(shù)的設定舉例；

1.從本章節(jié)詳細介紹普通磨具和超硬磨具的使用特點和

使用范圍，本章節(jié)進度不宜過快，避免難度突然加大使

授

課學生不適應；采用多媒體播放

（現(xiàn)代化）

法

方PPT、動畫和視頻

2.超硬磨具的知識學生有所了解，但不夠深入，因此要對教學手段

教學

知識點進行分類總結，多次強調(diào)，加深印象；

3.本章節(jié)知識瑣碎但都為基礎知識，需要深入淺出的介

紹，為后面的章節(jié)做好鋪墊。

1.普通磨具是什么？其特征是什么？

2.超硬磨具是什么？其特征是什么？應用范圍是什么？

3.普通磨具和超硬磨具有哪些較大的不同？

4.高速加工是否能改善工件的加工表面精度？

作業(yè)5.超硬磨料磨削量怎樣選擇？

思考題

一、普通磨料與磨具

(1)普通磨具的結構與分類

磨具是由許多細小的廓粒用結合劑或粘結劑將其粘結成固結或非固結狀態(tài)對工件進行切削加工的

一種工具。對絕大多數(shù)磨具來說，它是由磨粒、結合劑和氣孔三部分組成。磨料是構成磨其的主要原料,

它具有高的硬度和適當?shù)拇嘈浴Ｔ谀ハ鬟^程中對工件起切削作用。結合劑的作用是將磨粒固結起來，使

之成為一定形狀和強度的磨具。氣孔是磨具中存在的空隙，以改善磨具的性能，滿足某些特殊加工需要。

磨具的分類，由于磨具用途十分廣泛、加工對象、加之磨具本身的特性也有很大差別。加工條件等有很

大不所以磨具的種類也是多種多樣的。分類主要依據(jù)是根據(jù)磨具的基本形狀和使用方法、根據(jù)結合劑種

類、根據(jù)磨料性能、根據(jù)磨具突出特點和專用砂輪。

(2)磨具用磨料

磨料應具有一的基本性能有磨料應具很高的硬度、有一定的韌性、有一定的機械強度、具有熱穩(wěn)定

性、具有化學穩(wěn)定性。

磨料分為普通磨料、超硬磨料兩大類。

二、普通磨料磨具特性、選擇與使用

磨削過程就是磨具中的磨粒對工件的切削過程。選擇磨其就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工

件材料的物理力學性能產(chǎn)生的抗力。磨具特性主要包括磨料、粒度、硬度、結合劑、組織、形狀和尺寸。

這里從磨具特性方面來敘述選擇磨其的一般原則。

(-)磨料的選擇

磨料種類很多，一般說來，磨削抗拉強度較高的工件材料時，選擇韌性較大的剛玉類磨料為宜，磨

削抗拉強度低的工件材料，則以選擇脆性較大而硬度較高的碳化硅類磨料為宜。

在選擇磨料時，要考慮工件材料與磨料之問的化學反應性能。磨料與工件材料之間的化學反應是磨

料產(chǎn)生化學磨損的主要原因。若川碳億硅磨料磨鋼時，會產(chǎn)生強烈的化學磨損。剛玉類磨料磨削鋼時則

無此反應，不會發(fā)生化學磨損。

各種磨料的性能及適用范圍：

棕剛玉(A),磨料的韌性大，硬度高、顆粒鋒銳。因此它適合于磨削抗拉強度較高的材料，如碳素

鋼、普通合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等。棕剛玉價格便宜，應用十分廣泛，被視為通用磨料。

白剛玉磨料(WA)的硬度略高于棕剛玉，但其韌性差一些，最適于精磨，刀具的刀磨，螺紋的磨

削及磨削容易變形及燒傷的工件。

單晶剛玉磨料（SA）具有良好的多棱切削刃，并有較高的硬度及韌性。這種廓料在磨削時不易破

碎，切削能力強、壽命長，適于加工較硬的金屬材料。如高鋼高速鋼、耐熱合金鋼、鉆基、銀基合金鋼、

不銹鋼等材料。

微晶剛玉（MA）具有強度高、韌性大，自銳性良好的特點，適于不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼、特種

球墨鑄鐵等材料的磨削。

格剛玉磨料（PA）廣泛用于淬火鋼、合金鋼刀具、螺紋的磨削加工、量具及儀表零件的精密磨削。

錯剛玉（ZA）是和的復合氧化物，韌性較好，適合于重負荷磨削、耐熱合金鋼、鈦合金、奧氏體

不銹鋼的磨削。

黑剛玉磨料（BA）外觀皇黑色，多用于自由研磨、如電鍍前、拋光的打磨或粗磨，用于噴砂、制

作樹砂輪、砂布、砂紙等。

黑碳化硅（C）的硬度比剛玉類磨料高、切刃銳鋒，但性脆。適宜加工抗拉強度較低的材料如灰口

鑄鐵、白口鑄鐵、青銅玻璃、陶瓷等。

綠碳化硅磨料（GC）性質(zhì)比黑碳化硅硬而脆，較鋒利，具有尖銳的切削微刃，很容易切人被加工

工件。但價格高于黑色碳化硅，除磨削硬質(zhì)合金材料和技術要求較高的一些工件加工外，應盡量選用黑

碳化砰磨料。

立方碳化硅（SC）性脆鋒銳。用它做成的油石和小砂輪對微型軸承進行超精研磨和溝道磨削時有

較強的磨削能力，并能降低微型軸承的表面粗糙度值。

碳化硼磨料（BC）呈黑色，顆粒比金剛石更易于破碎而形成新的鋒銳的切削刃，切削性能保持性

較好。適宜于硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、模具、精密元件加工和拋光。

（二）磨料粒度選擇

磨料粒度的選擇要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般可根據(jù)以下各點選?。?/p>

工件加工精度要求較高，表面粗糙度位較低時，應選取磨料粒度細的磨具。磨具和工件表面接觸面

積比較大，或者磨削深度也較大時，應選用磨具粒度粗的磨粒。粗磨時，加工余量和采用的磨削深度都

比較大，磨具的粒度應該比精磨時粗。切斷和開溝工序，應采用粗粒度，松組織且硬度較高的砂輪。磨

削硬度高的材料?，如淬火鋼、合金鋼等，應選用粒度粗一些的磨具。對于切除余量小，或者磨具與工件

接觸面不大的工件，可以選用粒度細一些的磨具。在剛性好的磨床上加工時，可選用粒度粗一些的砂輪。

成型磨削時，希望砂輪工作面的形狀保持性要好，因而選用較細的粒度為宜。高速磨削時，為了提高磨

削效率，磨料的粒度反而要比普通磨削時偏細1-2個粒度號。

（三）磨其的硬度選擇

合理地選擇磨具的硬度，是獲得良好磨削效果的關鍵。選擇磨具硬度時，最基本的原則是保證磨具

在磨削過程中有適當?shù)淖凿J性，避免磨具過大的磨損；保證磨削時不產(chǎn)生過高的磨削溫度。選擇磨具硬

度時最基本的方法是：工件硬度高，磨具的硬度就要低；工件硬度低，磨具的硬度就要高。

此外選擇磨具硬度時，一般還要考慮以下一些情況：

磨具與工件接觸面積大時，磨具的硬度應選得軟一些，以免工件發(fā)熱過高而影響磨削質(zhì)量。磨斷續(xù)

的表面和鑄件打毛刺時，應該選硬級或超硬級的砂輪。修整用的代金剛石磨具（砂輪或油石），常采用超

硬級的磨具。重型磨床和剛性較好的磨床可用硬度較軟的砂輪。外圓切人磨削時，為避免工件燒傷，砂

輪硬度應比軸向進給時軟些。自動走刀的磨床可以比手動走刀的磨床用較軟的砂輪。加工表面要求愈光

潔，工件尺寸要求愈精確時，應該選攔硬度較軟的砂輪。工件表面出現(xiàn)的劃痕，常與磨具硬度選擇不當

有關。干磨時工件容易發(fā)熱，應比濕磨時選用軟1-2小級的砂輪。生產(chǎn)效率要求較高時，可以選用軟一

些的砂輪。高速磨削時，當進給速度不變，則磨粒切下的切屑變薄，磨粒承受的切削力相應減小，砂輪

的磨損也就慢些。磨鋼球（滾珠）時，應選超硬級的砂輪；一般切斷工作，砂輪的硬度應選中至中硬級。

刃磨硬質(zhì)含金和高速鋼刀具時，應選擇J-G硬度的砂輪。成型磨削時，砂輪硬度應該高一些。

（四）結合劑的選擇

磨具中結合劑的性能，影響它與磨粒的反應能力以及它的強度。磨具結合劑的選擇主要與磨削方法、

使用速度以及上件表面加工要求等有關。應該結合磨削時的條件來選擇磨具結合劑的種類。

陶瓷結合劑（V）：這種結合劑的應用范圍最廣，能做成各種粒度、硬度、組織、形狀和不同大小

的磨具。陶瓷結合劑在磨削山一性能穩(wěn)定，耐水、耐酸、耐堿、耐油，且不受天氣、溫度變化的影響，

能在多種磨削液條件下進行磨削，也可用于干磨。在磨料、粒度、硬度相同，并在同樣條件下加工同樣

上件時，陶瓷結合劑磨具的磨損也比其他結合劑要小，因而它的使用壽命較長。通常，陶瓷結合劑砂輪

的使用速度在35m以下。陶瓷結合劑砂輪在磨削過程中能較好地保持外形，所以適合于成型磨削，如

磨螺紋、磨齒輪、樣板磨削及其他成型磨削等。

樹脂結合劑（B）：使用范圍僅次于陶瓷結合劑。它具有一定的彈性和足夠的強度，并具有拋光性

能，粗、精、細磨均可采用。由于樹脂結合劑在高溫下容易燒毀，自銳性好，在一般或高速的荒磨工序

上應用很廣。樹脂結合劑砂輪還常用于切割金屬材料或切割非金屬材料，如薄片砂輪及切礦石砂輪等。

樹脂結合劑具有較好的拋光性能，用它制成的細粒度砂輪可用作鏡面磨削。

橡膠結合劑（R）：橡膠結合劑比樹脂結合劑更富有彈性，橡膠結合劑在高溫作用下易產(chǎn)生塑性變

形，磨削后的工件表面粗糙度值較低，故適用于超精磨削或鏡向磨削。橡膠結合劑砂輪也常用來磨削軸

承內(nèi)外溝道。橡膠結合劑砂輪對工件的摩擦力較大，無心磨床卜使用的導輪幾乎都采用此結合劑制成。

橡膠結合劑砂輪的組織比較緊密，不適合作粗磨。但它能較好地保持外形輪廓，因此一也可用來磨削成

形表面。

菱苦土結合劑（Mg）：這種結合劑作的砂輪，其結合強度雖較差。但因容易產(chǎn)生新的鋒利的磨粒，

因而在某些磨削工序上的效果反倒優(yōu)于其他結合剎這種結合劑容易起水解作用，一般不適于在濕磨條件

下工作。

其它結合劑如如金屬結合劑，多用于制造金剛石磨具。

三、超硬磨料磨具特性、選擇與使用

（一）超硬磨料磨具的加工特點

超硬磨料系指金剛石和立方氮化硼以及這兩種磨料為主的復合材料。金剛石和立方氮化硼均屬立方

晶系，與剛玉和碳化硅相比，具有硬度高、強度好、顆粒形狀好、良好的導熱性和低的熱膨脹系數(shù)等特

點，磨削能力強及優(yōu)良的磨削性能。

由超硬磨料制成的磨具，其磨削性能突出：極高的磨料硬度是超硬磨料磨具的主要特征，超硬磨料

磨具耐磨損性能好，超硬磨料磨具的形狀和尺寸保持性好，超硬磨料磨具能長時間保持磨粒微刃的鋒銳

性，超硬磨料磨具的磨削溫度低。顯然，超硬磨料磨具具有無可比擬的優(yōu)越性。

金剛石的晶體形態(tài)

（二）金剛石的晶體形態(tài)

金剛石分類天然金剛石和人造金剛石。按某些物理性質(zhì)泊勺不同將金剛石分為I型和II型，每一類

型又分成兩種亞型，即和。天然金剛石晶體形態(tài)常見的

結晶形狀為八面體，就晶體形態(tài)而言，人造金剛石與天然金剛石相比。其特點是有清晰的晶棱及頂角、

晶面較平整。

金剛石的力學性能、解理與硬度。在結晶學上，把原子聯(lián)結成的那些晶面叫做面網(wǎng)，在單位面網(wǎng)內(nèi)

的原子數(shù)叫做它的密度。在金剛石晶體結構中常見的幾個重要面網(wǎng)為（100）面網(wǎng)、（L10）面網(wǎng)及（111）

面網(wǎng)。面網(wǎng)密度比值為：密度（110）：密度（111）：密度（100）=1.414：1.154：lo由于晶體面間距不

同，在外力作用下，最容易沿著面網(wǎng)間距最大的結晶面間劈開，這就叫解理。最常見的金剛石晶體是八

面體，其次是斜十二面體，而立方體少見。

（三）超硬磨料立方氮化硼的性能

立方氮化硼是借助高壓高溫技術合成的一種新型超硬材料，在自然界尚未發(fā)現(xiàn)。立方氮化硼的物

理、化學特性為：

（1）硬度僅低于金剛石、而高于其他己知材料。

（2）良好的熱穩(wěn)定性。立方氮化硼承受高溫的能力約為1400-1800℃（有的資料為1200℃）o

（3）高的化學隋性。硼、氮元素較穩(wěn)定，不易與鐵反應。而金剛石對鋼、鐵中碳具有較大的親

和力。

綜合立方氮化硼的硬度、熱穩(wěn)定性、化學隋性等特點可以看出它是加工鋼材的好磨料。立方氮化硼

價格貴，不可能全部取代剛玉磨料，應在各自領域發(fā)揮作用。立方氮化硼用于制造樹脂，陶瓷、金屬、

電鍍結合劑的磨具、油石、砂布、研磨膏。可加工硬而韌或粘性大的金屬材料，特別是鐵基材料。

（四）超硬磨料的選擇

鑒于金剛石和立方氮化硼磨料性能上有差異，其使用范圍也不同。金剛石磨料的硬度、強度、研磨

能力、導熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)均優(yōu)于立方氮化硼，因此適于加工硬而脆的材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、瑪

瑙、光學玻璃、石材、混凝土、半導體材料等。

金剛石磨料有天然和人造兩大類。天然金剛石表面光滑、韌性好；人造金剛石是由石墨在高溫高壓

條件下轉(zhuǎn)化生長而成的，表面粗糙、脆性較大。在一般磨削場合，則采用人造金剛石更為妥當。

（五）超硬磨料的粒度選擇

超硬磨料的粒度選擇，一般是根據(jù)被加工件的表面粗糙度和加工效率的要求而決定的。金剛石磨具

與立方氮化硼磨具選擇原則基本相同。與普通磨具比較，如要達到相同的表面粗糙度要求，選用磨料粒

度應細1-2個粒度號；同時。在滿足表面粗糙度要求的前提下，還是應考慮能達到較高的加上效率，取

得滿意的加工效果，應盡量選取盡可能粗的粒度。

選擇超硬磨料磨具的粒度還應考慮結合劑的結合能力的強弱的影響。對于一定的結合劑，工件材

料的磨除量隨磨粒尺寸的加大而加大，磨削比隨之增加。但如磨粒粒度過粗，則將急劇增大磨具磨損，

磨削比反而下降，對結合劑能力較弱的樹脂結合劑尤為顯著。不同磨削工序的脅具粒度選擇應針對加工

條件和加工要求及最佳粒度范圍綜合考慮。磨削加工各工序中推薦選擇的粒度號如下：

粗磨選用80#-12#；半精磨，選用120#-180#；精磨細磨選用180#—W40；研磨拋光選用W40-W1。

（六）超硬磨料磨具結合劑的選擇

金剛石磨具與立方氮化硼磨常用的結合劑有樹脂結合劑。陶瓷結合劑、金屬結合劑和電鍍金屬結合

劑四類。金屬結合劑有青銅結合劑、鑄鐵結合劑及鑄鐵短纖維結合劑。其性能與應用范圍有否不同。

（1）樹脂結合劑（代號B）。它是以熱塑性酚醛樹脂為結合劑主要材料。在超硬磨料磨具中，采用

樹脂合劑所占比例約超過半數(shù)。樹脂結合劑對磨料的結合強度較弱，因此磨削時自銳性好，不易堵

塞，磨削效率高、磨削力小。磨削溫度低，結合劑自身有一定彈性，則有一定的拋光作用，被加工

表面質(zhì)量好所以樹脂結合劑超硬磨料磨具應用范圍較廣。樹脂結合劑金剛石砂輪，常選來加工硬質(zhì)

合金及非金屬材料的半精磨及精磨。樹脂立方氮化硼磨具主要用來磨削高鋼高速鋼、工具鋼、磨具

鋼、不銹鋼、耐熱合金等材料的半精磨、精磨。

（2）陶在結合劑（代號V）。陶瓷結合劑超硬磨料磨具耐磨性及結合能力優(yōu)于樹脂結合劑。一般用于

粗磨、半精磨及接觸面較大的成形磨削，其缺點是磨削表面粗糙度值較大，制造較困難。陶瓷結合

劑CAN砂輪在滾珠絲杠、導軌、齒輪、軸承、曲釉、凸輪軸、欽合金磨削的應用日益擴大。

金屬結合劑（代號M）。金屬結合劑包括青銅、鑄鐵基、電鍍金屬結合劑，強度較高、耐磨性好、磨

損少磨具壽命長、保持形狀好、磨削成本低，青銅結合劑立方氮化硼磨具多用于鉆磨合金鋼工件材料,

效果顯著。

（七）濃度的選擇

濃度是超硬磨料磨具的重要特性之一，它對磨削效率和加工成本有很大的影響。濃度過低，磨削效

率不高，滿足不了生產(chǎn)的要求;濃度過高，很多磨粒過早的脫落、造成浪費。從工件的加工要求和加上

工序狀況方面考慮。對粗磨工序，主要要求磨具的磨削能力強、磨削效率低，一般選擇磨料粒度要粗，

濃度要較高的磨具，濃度高，磨具工作面上單位面積內(nèi)磨粒數(shù)多，有利于滿足粗磨時提高磨削效率的要

求。對于半精磨、精磨工序，要滿足表面粗糙度及磨削能力方面的要求，一般采用中等程度的濃度較好。

對于拋光和低表面粗糙度值的磨削，常選用細粒度樹脂結合劑磨具，一般采用低濃度為佳，個別甚至可

選用低達25%的濃度，有利于降低表面粗糙度值

（A）超硬磨料磨具的磨削用量選擇

金剛石砂輪磨削用量選擇

磨削速度。人造金剛石砂輪一般采用較低磨削速度。砂輪速度Vs提高，可獲得較低的表面粗糙度

值，但磨削溫度也隨之提高，促使砂輪磨損加劇。砂輪速度Vs太低，單顆磨粒的切屑厚度過大，既影

響表面粗糙度增加，也加劇砂輪磨損。

磨削深度ap,磨削深度ap增大，磨削力和磨削熱均增大。磨削深度牛的選擇可按磨料粒度及結合

劑選擇或按磨削方式選擇。工件速度Vw工件速度Vw一般在10-20m/min范圍內(nèi)選取。內(nèi)圓磨削和細粒

度砂輪，可適當提高工件轉(zhuǎn)速。但不宜過高，否則砂輪的磨損增大、振動加劇、出現(xiàn)噪聲。

進給速度Vf的選擇進給速度增大，砂輪磨耗增加，表面粗糙度增加，特別是樹脂結合劑砂輪更為

嚴重。

CBN砂輪磨削用量選擇

CBN砂輪速度.提高CBN砂輪的速度，工件表面粗糙度得到改善，砂輪速度越高，工件表面粗糙

度越好，使切向和法向磨削力均下降，這樣就減少了單個磨粒上承受的力，因而砂輪磨損減少、磨削熱

降低。所以CBN砂輪較高的磨削比就是采用高的砂輪速度來獲得的。

工件速度與進給速度選擇。由于工件速度對磨削效果影響較小，一般可在10-20m/min范圍選擇，

采用細粒度CBN砂輪進行精磨時，可適當提高工件速度。

磨削深度選擇。由于CBN砂輪磨粒比較鋒利，砂輪自銳性好，所以磨削深度可略大于金剛石砂輪,

可參考金剛石砂輪所推薦的數(shù)據(jù)。

第4講

第四章:砂輪的磨損及檢測

授課時數(shù)2

第1?2節(jié):

教學了解：超硬磨料磨具修整技術的新進展。

目的

與熟悉：砂輪堵塞的形貌和形成機理，砂輪磨損形態(tài)和原因，砂輪磨損的檢測。

要求掌握：砂輪堵塞的因素，砂輪磨損的特征，超硬磨料砂輪的修整。

教學重點：超硬磨料砂輪的修整。

難點難點：普通磨料砂輪的修整，超硬磨料砂輪的修整。

與拓展：1.砂輪磨粒的微觀圖片：

重點

2.介紹最新的砂輪磨具修整技術；

授

課1.用圖片講解砂輪堵塞后的相貌；采用多媒體播放

（現(xiàn)代化）

方

法PPT、動畫和視頻

2.普通磨料砂輪和超硬磨料砂輪進行對比，強化記憶。教學手段

教學

3.討論最新的砂輪修整技術。

1.砂輪堵塞的主要因素有哪些？

2.砂輪磨損的主要原因有哪些？

3.砂輪磨損的檢測方法有哪些？各有什么特點？

4.金剛石滾輪修整方法有哪些？各個特點是什么？

作業(yè)5.超硬磨料砂輪的修整與普通砂輪的修整方法有什么不同？舉例超硬磨料砂輪修整的方法。

思考題6.介紹超硬磨料磨具修整技術的新進展。

一、砂輪的堵塞類型和堵塞因素

磨削加工中，如出現(xiàn)砂輪的急劇堵塞，導致砂輪壽命過早結束。因此對產(chǎn)生堵塞的機理、過程及應

采取的工藝措施進行討論是十分必要的。

砂輪堵塞的種類很多，不同的工件材料和加工條件所產(chǎn)生的堵塞狀態(tài)各異，分類方法也不同。有嵌

人型堵塞、粘著型堵塞和混合型堵塞。由于不同材料的磨削性能和磨屑形狀的差異。砂輪堵塞量和堵塞

形態(tài)也不一樣。砂輪的堵塞形態(tài)，如果以砂輪種類分:白剛玉砂輪磨削軸承鋼和鑄鐵，主要是嵌入型堵

塞;磨削不銹鋼和黃銅時則為混合型堵塞。用綠色碳化硅砂輪磨削軸承鋼和鑄鐵，主要是嵌入型堵塞;磨

削鋁材是粘著性堵塞，磨黃銅則屬于混合型堵塞。如果以工件材料來分;碳素鋼、合金鋼易發(fā)生嵌入型

堵塞;高速鋼、不銹鋼、高溫合金易發(fā)生混合型堵塞;鋁和欽合金主要產(chǎn)生粘著型堵塞。

影響砂輪堵塞的因素主要有磨料種類、磨料粒度、砂輪的硬度、砂輪祖織、砂輪線速度、徑向切入

量、工作臺速度、砂輪修整速度、工件速度、磨削液和磨削方式。

二、砂輪的磨損

（一）砂輪磨損產(chǎn)生的原因

砂輪磨粒的磨損可分為磨耗磨損和破碎磨損兩種形式。主要原因為：

（1）磨耗磨損。在工件材料中，往往含有多種高硬度的質(zhì)點。在磨粒與工件相對擦滑過程中，

會使磨料發(fā)生機械磨損。某些難磨材料（如高碳鋼、高機鋼和高速鋼等）在磨削時，這種磨料磨

損的現(xiàn)象非常嚴重。因此有人稱之為反磨削，即工件中的硬質(zhì)點把砂輪上的磨粒磨去。

（2）氧化磨損。空氣中的氧億對磨削起促進作用?？諝庵械膶α魇鼓ハ鳒囟冉档?。且空氣中的

氧使工件新生成的表面迅速氧化，形成一種氧化膜，氧化膜的存在減少了磨屑粘著的可能性。

對于某些磨料，其表面會在高溫下發(fā)生氧化作，使其逐漸消耗，這種情況為氧化磨損。

（3）擴散磨損。擴散磨損是指磨粒與被磨材料在磨削高溫下接觸時，元素相互擴散，造成磨粒

表層弱化而產(chǎn)生的磨損。由金屬物理可知，兩緊密接觸的金屬材料，在高溫高壓下，經(jīng)過一定

時間，在其接觸表面處就會出現(xiàn)擴散現(xiàn)象，且擴散是相互的。兩材料間原子的相互擴散與材料

的化學元素密切相關。對于不同的磨料與上件材料的組合，其擴散速度不同。

（4）塑性磨損。在磨削高溫作用下，磨削也會因塑性變形而磨損.塑性磨損取決于工件材料的

熱硬度。磨削時，磨粒接觸區(qū)的溫度較高，接近被磨材料的熔點。若切削層在剪切而上的熱硬

度大于磨粒接觸區(qū)的熱硬度Ht,則磨粒接觸區(qū)將產(chǎn)生較大的塑性變形而磨損。

（5）熱應力破碎。磨損磨削過程中，磨粒的工作表面在有萬分之幾秒的時間中升到1000-2000

高溫，又在磨削液的作用下激冷。這種冷熱循環(huán)的頻率。與砂輪轉(zhuǎn)速相同。據(jù)磨削的形式不同，

其頻率可達每分鐘到數(shù)萬次。磨粒表面在交變的熱和力的作用下形成很大的熱應力，使磨粒表

而疲勞開裂以至破碎。

（二）砂輪磨損的過程

磨削過程中，隨著被磨材料磨除體積的增加，砂輪的磨損逐漸增大。在金屬材料的磨削中，砂輪的

磨損過程可分為三個階段。第一階段為初期磨損階段，該階段的砂輪磨損主要是磨粒的破損和整體脫落。

其原因是該階段由于砂輪剛剛修整過，砂輪工作表面上的磨粒受修整工具的沖擊而產(chǎn)生裂紋，甚至整個

磨粒都已松動。在磨削力作用下，產(chǎn)生裂紋的磨粒會出現(xiàn)大塊碎裂，而松動的磨粒則會整體脫落。因此

在初期磨損階段，砂輪半徑磨損較大，表現(xiàn)為曲線上升較陡。隨著磨削過程的繼續(xù)進行，進入第二階段,

即正常磨損階段。在該階段中，雖然上個階段受修整影響的磨粒已經(jīng)碎裂或脫落，然而力的作用仍會還

有一些磨粒破碎，但主要的卻是磨粒經(jīng)歷長時間后磨粒切削刃的鈍化，即第二階段主要為磨耗磨損。該

階段磨粒切削刃較穩(wěn)定的切削使砂輪的磨損曲線變得比較平穩(wěn)，斜率較小。到第三個階段，急劇磨損階

段，由于磨粒切削刃的進一步鈍化，作用在磨粒上的力急劇增大，這又一導致磨粒產(chǎn)生的大塊碎裂，結

合劑破碎以及整個磨粒脫落。此時，砂輪的半徑磨損量劇增，曲線上升很陡，砂輪不能正常王作，一般

磨削在達到該階段之前，砂輪就需要重新修整了。

三、砂輪磨損的檢測

砂輪形貌的檢測方法很多，按檢測狀態(tài)的不同，可分為砂輪磨損的靜態(tài)檢測與動態(tài)檢測。按檢測時

的接觸狀態(tài)不同，可分為接觸式和非接觸式檢測;按檢測的參數(shù)不同，可分為直接檢測和間接檢測;按機

床的狀態(tài)不同，可分為在線檢測（工作狀態(tài)）及停機檢測（非工作狀態(tài)）等。

主要的檢測方法有：滾動復印法，觸針法，光截法，光電自動測量法，激光功率譜法，電鏡觀察法,

光反射法和聲發(fā)射監(jiān)測法等等。

四、普通磨料砂輪的修整

磨削過程中，砂輪工作表面的磨粒會逐漸磨鈍，砂輪磨鈍后磨削力增大，磨削溫度上升，發(fā)生顫振

與燒傷、使被加工零件的表面完罄性受到極大影響。同時，砂輪的磨鈍也會使砂輪工作表面喪失正確的

幾何形狀，使加工精度降低。因此，為了使砂輪在使用中能保持正確的形狀和銳利性，就需要定期對砂

輪進行修整。

（一）普通磨料砂輪的修整方法與工具

普通磨料砂輪的修整方法主要有:車削法、滾軋法和磨削法三種。

車削修整法是將修整工具視為車刀，被修砂輪視為工件，對砂輪表面進行修整。使用的修整工具為

單粒金剛石筆和用細顆粒金剛石與硬質(zhì)合金混合燒結成形的片狀修整器。滾壓修整法是將滾輪以一

定的壓力與砂輪接觸，砂輪以其接觸面間的摩擦力帶動滾輪旋轉(zhuǎn)而進行修整的。滾壓修整法可分為切人

滾壓修整法和縱向滾壓修整法。所謂切人滾壓修整是指修整工具軸線與砂輪軸線相平行?？v向滾壓修整

是指兩軸線除相平行外，也可以將修整工具相對砂輪軸線傾斜a

砂輪修整工具很多，可將修整器分為兩大類：靜止的砂輪修整器和運動砂輪修整器。

磨削中使用最廣泛的是單顆粒金剛石筆修整砂輪。

（二）金剛石滾輪修整

金剛石滾輪是一種新發(fā)展起來的修整工具，它是用燒結或電鍍的方法把金剛石固結在滾輪的金屬基

體的圓周表面上制成的。金剛石滾輪修整砂輪有兩種方法，切入式滾輪修整和擺式滾輪修整（也有根據(jù)

修整進給運動的方式將其分為徑向切入式修整和縱磨式修整，切向進給式修整和擺式修整）。

（1）金剛石滾輪切入式修整機理

金剛石滾輪修整砂輪時有兩個運動，一是徑向切入修整，一是自身的旋轉(zhuǎn)運動。由于滾輪的這兩個

運動以及砂輪的旋轉(zhuǎn)，修整時滾輪上的金剛石穎粒對砂輪.上磨料的作用也有兩個，其一是由徑向切入運

動產(chǎn)生的對磨粒的擠壓作用；其二是由滾輪和砂輪切向相對運動引起的對磨粒的修磨作用。金剛石滾輪

修整過程就是這兩種作用的交互作用過程。擠壓作用和修磨作用的大小決定了砂輪表面形貌，進而也就

決定了砂輪磨削性能。在滾輪修整過程中，若擠壓作用占主導地位，則磨粒以破碎為主，而磨粒的破碎

會形成尖刃，故這時磨碎刃頂端銳利，這樣修出的砂輪磨削能力也就強；若修整過程中修磨作用占主導

地位，磨粒則以“削平”為主，故這時磨刃頂端平整。這樣修出砂輪磨削表面粗糙度值就小。在滾輪修

整中，提高修整進給量，則擠壓作用增大，減小修整速比或提高光修轉(zhuǎn)數(shù)，則修磨作用增強:.因此，合

理控制金剛石滾輪修整時的參數(shù)是獲取良好修整效果的關鍵。

（2）金剛石滾輪擺式修整砂輪

擺式滾輪的修整機理從擺式滾輪修整運動分析中可知，其修整運動有它獨立的特點，它的修整進給

速度和修整進給量是隨修整擺動角的變化而變化的。由于砂輪磨粒是脆性材料，在修整過程中，被修磨

粒一般會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，一是磨粒被削平;二是磨粒破碎或結合劑斷裂。修整過程中視修整條件的不同,

上述兩種現(xiàn)象交織出現(xiàn)。一般認為，滾輪和對砂輪的徑向切人運動的主要作用是對磨粒產(chǎn)生擠壓，其結

果表現(xiàn)為磨粒破碎和結合劑斷裂;而滾動相對砂輪的切向運動的主要作用是對磨粒產(chǎn)生修磨，其結果是

把磨粒削平。為此，直接考察滾輪相對砂輪徑向切入速度。

五、超硬磨料砂輪的修整

超硬磨料砂輪的修形通常分為整形和修銳兩個工序，整形是對砂輪進行微量切削，使砂輪達到所要

求的幾何形狀精度，并使磨料尖端細微破碎，形成鋒利磨。修銳是去除磨粒間的結合劑，使磨粒間有一

定的容屑空間，并使磨刃突出結合劑之外，形成切削刃。

陶瓷結合剎CBN（結合劑疏松型）砂輪一般可用單顆粒金剛石或滾輪進行修整，比較容易實現(xiàn)。除此

之外還有的方法如：金剛石筆整形法、滾壓整形法、磨削修整法和軟鋼磨削整形法。

超硬磨料砂輪修銳法也很多，主要包括游離磨粒擠軋修銳法、噴射修銳法、剛玉塊切人修銳法、磨

削修銳法、電解修銳法和液壓噴射修銳法。

六、超硬磨料磨具修整技術的新進展

近年來，超硬磨料磨具修整技術有巨大的進展，并通過實驗提出了許多新的修整工具和修整方法。

比如：磨削修整法的改進一GC杯形砂輪研磨修整法、在線電解修整法（ELID）、簡易的雙電極在線

修銳法、彈性修整法、超聲波振動修整法、激光修銳法等。

第5講

第五章:磨削液的性能和效果

授課時數(shù)2

第1?3節(jié):

教學了解：磨削液的種類。

目的

與熟悉：磨削液的添加劑的種類和作用，磨削液的供給方法和效果。

要求掌握：磨削液的性能、效果和組成。

重點：磨削液的性能、效果和組成。

教學難點：磨削液的添加劑的種類，磨削液的供給方法和效果。

難點

與拓展：1.介紹最新的磨削液，以及磨削液在磨削陶瓷材料時的作用。

重點2.討論無磨削液加工（干磨）的缺陷。

1.本章節(jié)內(nèi)容較少，但知識瑣碎，易采用最對重點知識討

采用多媒體播放

授課論的形式使學生加深對知識的印象；（現(xiàn)代化）

PPT、動畫和視頻

方法