《金属加工实训》-第九章

9.1磨削加工概述

在磨床上用砂轮进行切削加工的过程叫磨削。磨削用的砂轮是由许多细小而且极硬的磨粒用结合剂勃结而成的，将砂轮表面放大，可以看到在砂轮表面杂乱地布满很多尖棱多角的颗粒，它们叫砂粒或磨粒，如图9-1所示。这些锋利的磨粒就像铣刀的刀齿一样，磨削时就是依靠它们，在砂轮的高速旋转下切人工件表面，将工件表面的金属层不断切除。所以，磨削的实质是一种多刀多刃的超高速切削过程。在磨削过程中，由于磨削速度很高，产生大量的切削热，温度可达1000。C以上，同时，剧热的磨屑在空气中发生氧化作用会产生火花，在这样的高温下，会使工件材料的性能改变而影响加工表面质量。因此，为了减少摩擦和散热，降低磨削温度，应及时冲走磨屑，以保证工件表面质量。在磨削时，需使用大量冷却液。下一页返回9.1磨削加工概述

由于砂轮的砂粒硬度极高，因此磨削不仅可以加工一般的金属材料，如碳钢、铸铁及一些有色金属，而且可以加工硬度很高的材料，如淬过火的钢件、各种切削刀具以及硬质合金等。这些材料制作的工件、刀具，用一般切削加工方法很难进行加工，有的甚至根本不能进行加工，这是磨削加工的一个特点。由于磨削时每次磨去的金属层很薄，因此只适用于精加工，工件经过磨削后加工精度可达IT7~IT5级，表面粗糙度可达0.8um~0.1um。磨削主要用于零件的内外圆柱面、圆锥面、平面、成形表面(螺纹、齿轮等)的精加工，常见的磨削方式如图9-2所示。上一页返回下一页9.2砂轮

砂轮是磨削的切削工具，是由磨粒用结合剂勃结而成的多孔体。砂轮的切削性能与磨料种类、颗粒大小、结合剂、磨粒勃结强度(砂轮的硬度)、磨粒间空隙及砂轮形状、尺寸等因素有关。下一页返回上一页9.2砂轮

9.2.1磨料磨料具有很高的硬度，是起切削作用的。常用的磨料见表9-1.除上表所列常用磨料外，目前还研制了钒刚玉、错刚玉、立方氮化硼等。9.2.2粒度

粒度是指磨料颗粒的粗细。粒度分磨粒与微磨粒两组:磨粒用筛选法分类，是以一英寸长的筛子上的孔网数来表示;微磨粒(w)是用显微测量法实际量得的磨料尺寸来分类。粒度号小，磨粒粗，磨削效率高，加工表面粗糙;粒度号大，磨粒细，磨出工件的表面较光洁，但切削效率低。表9-2列出了不同粒度的使用范围。上一页下一页返回9.2砂轮

9.2.3结合剂结合剂是砂轮中用以豁结磨料的物质。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力等，主要取决于结合剂的性能。常用结合剂的性能及用途见表9-3.9.2.4砂轮硬度

砂轮硬度是指砂轮工作表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬度软的，磨粒易脱落;砂轮硬度硬的，磨粒不易脱落。硬度主要取决于结合剂的性能、数量及砂轮的制造工艺。表9-4列出了砂轮的硬度等级。上一页下一页返回9.2砂轮

磨削硬质合金刀，可选H~J的TL砂轮;磨削淬过火的碳素钢、合金钢、高速钢，可选用H~K;磨削未淬火钢，可用L~N砂轮。精磨与成形磨需保持砂轮的形状和精度，应选用较硬的砂轮。9.2.5砂轮组织

砂轮组织表不磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系。砂轮的组织号是以磨粒所占磨轮体积的百分数来确定，组织号越大，砂轮组织越松，磨削时不易堵塞，磨削效率高，但磨刃少，磨削后表面粗糙度较大。表9-5所列是砂轮组织分类及用途。上一页下一页返回9.2砂轮

9.2.6砂轮的形状和尺寸在生产上，为了适应工件表面形状、尺寸以及磨床种类规格的不同，制成各种不同形状和尺寸的砂轮。在可能情况下，砂轮的外径应尽量选得大一些，提高砂轮的线速度，以获得较高的生产率和较低的表面粗糙度。表9-6为各种常用砂轮的形状、代号和用途。9.2.7砂轮的标记砂轮各种特性、尺寸和参数的标注次序举例如下:A60L5B35PSA400X100x127其中，A为磨料为棕钢玉;60为粒度为60#;L为硬度为中软;5为组织号为5;B为树脂结合剂;35为最高工作线速度(m/s);PSA为形状为双面凹;400X100X127为砂轮尺寸:外径400mm，厚度100mm，孔径127mm.上一页下一页返回9.2砂轮

9.2.8砂轮的安装及平衡

由于砂轮工作时转速很高，因此安装砂轮时，必须安装正确和夹持牢固。砂轮在安装前，应通过外形观察或用木棒轻敲，检查砂轮是否有裂纹，有裂纹的严格禁止使用。安装时，砂轮内孔与砂轮轴配合间隙要适当，过松会使砂轮旋转时偏向一边而产生振动，过紧则磨削时受热膨胀易将砂轮胀裂，一般配合间隙为0.1mm~0.8mm。砂轮用法兰盘与螺母紧固(图9-3，为了使法兰盘与砂轮接触面紧密贴合，在法兰盘与砂轮间垫以0.3mm~3mm厚的皮革或橡胶制垫片，紧固螺母时也不要用力过大。砂轮在装到磨床上之前，必须经过平衡。静平衡是使砂轮各部分的上一页下一页返回9.2砂轮

重量在静止状态时互相均等，经过平衡之后的砂轮，在工作时就不会发生振动，工作平稳，磨削质量高。平衡是在平衡架上进行的(图9-4)。砂轮装在心轴上，心轴则放在平衡架轮道的刀口上。如果砂轮是不平衡的，较重的部分总是转在下面，这时可以移动法兰盘端面环槽内的平衡块来进行平衡，然后再进行检查。这样反复进行，直至砂轮可以在刀口上任意位置静止，这时砂轮各部分重量是均匀的。一般直径在250mm以上的砂轮都必须经过平衡检验。上一页下一页返回9.2砂轮

9.2.9砂轮的修整砂轮工作一段时间后，磨粒逐渐变钝，砂轮表面空隙被堵塞，使磨削质量和生产率都降低，这时就须修整砂轮。修整砂轮通常采用金刚石刀进行(图9-5。修整时，金刚石刀与水平面倾斜5。~15。，刀尖低于砂轮中心1mm~2mm以减小振动。修整时要充分冷却或不用冷却，不可在点滴冷却下修整，以防金刚石刀因忽冷忽热而碎裂。修整时横向进给量为0.01mm~0.02mm，纵向进给速度与加工表面粗糙度有关。进给量越小，砂轮表面修出的微刃等高性越好，磨出的工件表面粗糙度越小。上一页返回下一页9.3磨床及磨削加工方法

9.3.1磨床类型与型号

磨床有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等，外圆磨床有普通外圆磨床及万能外圆磨床等。普通外圆磨床可以磨削圆柱面及外圆锥面;万能外圆磨床上常备有磨内圆装置，还可以磨削内圆柱面、内圆锥面及端面;内圆磨床主要用于磨削内圆柱面、内圆锥面及端面;平面磨床主要用于磨削工件上的平面。磨床的型号表示如下:下一页返回上一页9.3磨床及磨削加工方法

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9.3.2外圆磨床及磨削加工方法1.外圆磨床外圆磨床是使用最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。外圆磨床中最常用的是万能外圆磨床，其结构形式如图9-6所示。

1)万能外圆磨床的组成部分及其运动(1)砂轮架5。砂轮架用来安装磨外圆砂轮主轴，实现主运动。砂轮架通过转盘上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

安装在横向导轨上，可带动砂轮完成横向进给运动。砂轮架可在水平面内转动使主轴偏转一定角度(最大调整角度为士45。)。

(2)头架2与尾座6.

头架和尾座用来装夹或支承工件。头架主轴前端可以装顶尖，也可以装三爪卡盘。头架有专门传动机构传动工件实现圆周进给运动。头架主轴可在水平面内偏转一定角度(最大调整角度为900).(3)工作台3.工作台由上、下两层构成。上工作台用来固定头架与尾座，并可通过调整装置相对于下工作台水平偏转。下工作台由液压传动系统驱动带动工件实现纵向进给运动。上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

(4)内圆磨具4.内圆磨具用来安装磨内圆的砂轮，并实现高速旋转(转速在10000r/min以上)。内圆磨具只有在磨内圆表面时才转到工作位置。(5)床身1.

床身主要用来支承和连接其他部件，顶部纵向和横向导轨分别用来支承和引导工作台和砂轮架。床身内装有液压传动装置和操纵机构等。2)万能外圆磨床的典型工艺方法及其操作要点(如图9-7所示)(1)纵磨外圆柱面。砂轮架、头架、工作台均处于基准位置。工件用死顶尖支承，并由拨盘通过拨杆传动旋转，头架主轴不转动。工作台的纵向往复移动由液压传动系统传动，行程可通过工作台前侧的控制挡块调整。砂轮架上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

的横向间歇进给一般为手动。横向进给手轮有两种刻度值，粗磨时选0.01mm/格，精磨时选0.0025mm/格。(2)纵磨长锥面。工件装夹和工作运动与纵磨外圆柱面时完全相同。但上工作台必须相对下工作台偏转1/2工件锥角，磨削前应进行精确调整。(3)横磨短锥面。根据工件结构特点可采用两顶尖支承或用卡盘装夹。磨削前应调整砂轮架使其在水平面内偏转1/2工件锥角。磨削时工作运动同前述“横磨法”磨外圆。(4)纵磨锥孔。工件用卡盘装夹。磨削前应调整头架使其在水平面内偏转1/2工件锥上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

角，并将内圆磨具转到与工件轴线平行位置。内圆磨具的砂轮必须小于工件内孔直径，并选用与工件孔结构相适应的接杆连接。进给运动及其调整与纵磨外圆柱面相同。2.磨削加工方法1)外圆磨削基本方法(1)纵磨法。磨削时，主运动是砂轮的高速旋转运动，进给运动有工件转动(圆周进给运动)、工作台移动(纵向进给运动)，如图9-8(a)所示。此方法可磨削较长的表面，且磨削质量较高，适用于精磨及单件小批量生产。(2)横磨法。磨削时，工件只作旋转运动，工作台不作纵向往复移动，砂轮在高速上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

旋转的同时，还需作连续缓慢地横向移动，如图9-8(b)所示。此方法生产效率很高，但磨削精度较低，适用于磨削表面精度要求不高、刚性好、磨削表面较短(小于砂轮宽度)的工件和成形磨削。(3)综合磨削法。此方法是先在工件全长上分段进行横磨，并留有直径上精磨余量0.02mm~0.04mm，然后再用纵磨法精磨，如图9-8(c)所T。综合磨削法生产效率高，磨削质量好，应用较广。

(4)深磨法。这是一种在一次纵向进给中磨去全部余量(0.02mm~0.3mm)的高效率磨削方法，如图9-8(d)所示。磨削时，工件随工作台作连续缓慢的纵向进给，砂轮架一次切人后磨削过程中不作横向进给。上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

(5)在无心外圆磨床上磨外圆。无心磨削的最大特点是工件装夹方便，易于实现自动化，故生产效率很高，但无法磨削圆周上断续的表面(如带有键槽或平面的外圆)，如图9-8(e)所示。2)内圆磨削基本方法内圆磨削就是用直径较小的砂轮磨削内孔表面，包括圆柱孔、圆锥孔、成形内孔、盲孔等。由于内圆磨削时，砂轮必须深人工件内孔，砂轮直径必须小于工件孔径，砂轮必须用相对应的接长杆与主轴连接。因此，在内圆磨削时，砂轮的转速很高(10000r/min以上)，但仍然常常达不到所需的磨削速度;砂轮与工件的接触面积较大，发热量集中，但冷却散热条件却很差;砂轮及其接长杆与主轴的运转平稳性上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

要求很高，但其刚性往往较差。不仅如此，由于砂轮直径小，磨耗大，需要经常修整、更换，增加了辅助时间;砂轮系统刚性差，横向进给量小，又增加了磨削次数;当加工孔径小，深度大时，给工件测量造成很大难度。因此，内圆磨削的工艺特点往往是精度较低(IT8~IT6)，表面粗糙度较大(Ra1.6um~0.4um)，生产效率低。上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

9.3.3平面磨床及磨削加工方法1.平面磨床平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床。图9-9所示为M7120型卧轴矩台式平面磨床，是平面磨床中应用最广泛的结构类型。磨头9不仅能实现砂轮旋转运动，还能由液压传动机构实现轴向进给。工作台3上的电磁吸盘用来固定工件或平口钳等夹具。床身1内的液压传动装置可驱动工作台3实现工件的纵向往复进给运动。砂轮的径向进给(或调整)由操作手轮2实现。工作台纵向位置，可通过手轮10调整，行程开关4用来调整工作台往复行程。上一页下一页返回9.3磨床及磨削加工方法

2.平面磨削加工方法平面磨削方法平面磨削主要有两种方法，用砂轮周边磨削或用砂轮端面磨削，如图9-10所示。用砂轮周边磨削时，由于砂轮与工件表面为线接触，砂轮与工件都有良好的散热条件，磨削表面质量容易保证，但生产效率往往较低。用砂轮端面磨削时，砂轮与工件之间为面接触，因为有较多的磨粒同时参加磨削，因此，生产效率较高，但因散热条件差，容易出现磨削缺陷，表面质量不易保证。上一页返回下一页9.4磨削加工技能训练

平衡轴用于砂轮的精平衡，其精度很高，必须经过磨削才能达到要求。零件图如图9-11所示，加工工艺见表9-7.返回上一页图9-1磨削原理及砂轮的组成

返回1--待加工表面;2---空隙;3---加工表而;4---砂轮5--已加工表面;6---工件;7----砂粒;8---结合剂图9-2常见的磨削方式

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