《机械制造工艺与装备（第四版）》-课件 第五章 磨削工艺与装备

§5-3光整加工31§5-1磨削加工工艺装备

2§5-2磨削方法§5-4磨削加工实例分析3磨削加工是以砂轮的高速旋转为主运动，与工件作为进给运动的低速旋转和直线运动（或磨头的移动）相配合，切去工件上多余金属层的一种加工方法。磨床是用磨具或磨料加工工件各种表面的机床。它是机器零件精密加工的主要设备，可以加工其他机床不能加工或难加工的高硬度材料。磨床主要用于磨削各种内外回转表面、平面、成形面等。一、磨床§5-1磨削加工工艺装备外圆磨床是主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。一般工件装夹在头架和尾座之间进行磨削。1.外圆磨床（1）万能外圆磨床：图5-1所示为万能外圆磨床，它主要由床身、头架、砂轮架、工作台、尾座、内圆磨头等部件组成。1）床身。床身用以支承磨床其他部件。床身上面有纵向导轨和横向导轨，分别为磨床工作台和砂轮架的移动导轨。2）头架。头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖，用以装夹工件。头架主轴由头架上的电动机经带传动、头架内的变速机构带动旋转，实现工件的圆周进给。头架可绕竖直轴线逆时针旋转0°～90°。3）砂轮架。砂轮装在砂轮架主轴的前端，由单独的电动机驱动做高速旋转运动。砂轮架可以通过液压系统或横向进给手轮使其做机动或手动横向进给。砂轮架可绕竖直轴线旋转-30°～30°。4）工作台。工作台由上下两层组成，上层可绕下层中心线在水平面内顺（逆）时针旋转3°（共6°），以便磨削小锥角的长圆锥工件。工作台上层用以安装头架和尾座，工作台下层连同上层一起沿床身纵向导轨移动，实现工件的纵向进给。5）尾座。尾座套筒内安装尾顶尖，用以支承工件的另一端。6）内圆磨头。内圆磨头上装有内圆磨具，用来磨削内圆。它由专门的电动机经平带带动其主轴高速旋转，实现内圆磨削的主运动。（2）无心外圆磨床：无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式，是工件不定旋转中心的磨削，是一种生产效率很高的精加工方法。无心外圆磨床的工作原理如图5-3所示，砂轮和导轮的旋转方向相同，砂轮以很大的圆周速度（为导轮的70～80倍）接触工件并带动其旋转，导轮（用摩擦因数较大的树脂或橡胶作为结合剂制成的刚玉砂轮）则依靠摩擦力限制工件旋转，使工件的圆周线速度基本上等于导轮的线速度，从而在砂轮和工件间形成很大的速度差，产生磨削作用。（1）普通内圆磨床：普通内圆磨床主要由头架、砂轮架、工作台、滑鞍和内圆磨头、床身等部件组成。2.内圆磨床（2）行星内圆磨床：行星内圆磨床工作时工件固定不动，砂轮除绕本身轴线高速旋转外还绕被加工孔的轴线回转，以实现圆周进给，它适用于磨削大型工件或不宜旋转的工件，如内燃机气缸体等。（3）无心内圆磨床：工件支承在滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，并由导轮带动旋转，实现圆周进给运动。工件支承在滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，并由导轮带动旋转实现圆周进给运动，磨削轮除完成旋转主运动外，还作纵向进给运动和周期的横向进给运动。3．平面磨床平面磨床主要用于磨削工件平面。常用的平面磨床按其砂轮轴线位置和工作台的结构特点，可分为卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等几种类型。（1）平面磨床组成1）矩形工作台。矩形工作台安装在床身的水平纵向导轨上，由液压传动系统实现纵向直线往复移动，利用撞块自动控制换向。工作台上装有电磁吸盘，用于固定、装夹工件或夹具。2）磨头。装有砂轮主轴的磨头可沿床鞍上的水平燕尾导轨移动，磨削时的横向步进进给和调整时的横向连续移动可由液压传动系统实现，也可用横向手轮手动操纵。（2）主运动与进给运动1）主运动。磨头主轴上砂轮的旋转运动是主运动。2）进给运动。进给运动包括工作台的纵向进给运动、砂轮的横向和竖直进给运动。①工作台的纵向进给运动由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18m/min。②砂轮的横向进给运动由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。③砂轮的竖直进给运动是手动使床鞍沿立柱竖直导轨上下移动实现的，用以调整磨头的高低位置和控制背吃刀量。1.磨具的组成磨具是用各种类型的结合剂把磨料结合起来，经压坯、干燥、烧制及车整而成的磨削工具。磨具由磨料、结合剂和气孔三部分组成。三、磨具（1）磨料：在磨削（包括研磨和抛光）和切割中起切削作用的材料，称为磨料。1）磨料。磨具（砂轮）中磨粒的材料称为磨料。制造砂轮的磨料，按成分一般分为氧化物（刚玉）、碳化物和天然超硬材料三类。2）粒度F。表示磨料颗粒尺寸大小的参数称为粒度。粒度的选择主要根据加工的表面粗糙度要求和加工材料的力学性能。3）硬度。砂轮的硬度是指结合剂黏结磨料颗粒的牢固程度，它表示砂轮在外力（磨削抗力）作用下磨料颗粒从砂轮表面脱落的难易程度。磨粒容易脱落的砂轮硬度低，称为软砂轮；磨粒不容易脱落的砂轮硬度高，称为硬砂轮。4）组织。砂轮组织分成三大类共15级，可用数字标记，通常为0～14；数字越大，表示组织越疏松。2.磨具的特性（1）磨料：在磨削（包括研磨和抛光）和切割中起切削作用的材料，称为磨料。2.磨具的特性（2）粒度：磨料颗粒尺寸大小的量度称为粒度。（3）硬度：磨具的硬度是指结合剂黏结磨料颗粒的牢固程度，它表示磨粒在外力（磨削抗力）作用下从磨具表面脱落的难易程度。磨粒容易脱落的磨具硬度低，称为软磨具；磨粒不容易脱落的磨具硬度高，称为硬磨具。（4）组织：磨具的组织是指磨具中磨料、结合剂和气孔的体积比例。（5）结合剂：结合剂是用来将分散的磨料颗粒黏结成具有一定形状和足够强度的磨具的材料。（6）形状和尺寸：根据磨床的结构及磨削的加工需要，磨具有各种不同的形状和尺寸规格。（7）最高工作速度：磨具应满足使用时能够抵抗预期的外力和负荷的原则，并按照标准规定的最高工作速度进行设计和制造。3.磨具的标记（1）标记的内容：固结磨具的标记由形状名称、产品标准号、基本形状代号、圆周型面代号（若有）、尺寸（包括型面尺寸）、磨料牌号（可选性的）、磨料种类、磨料粒度、硬度等级、组织号（可选性的）、结合剂种类和最高工作速度组成。（2）标记示例1.砂轮的安装三、砂轮的安装、平衡与修整2.砂轮的平衡2.砂轮的平衡2.砂轮的平衡常用的砂轮修整工具有天然金刚石笔、人造金刚石笔、滚轮、金刚石车刀、滚轮式割刀等。3.砂轮的修整（1）车削修整法：车削修整法是目前应用最广的一种修整方法，它以天然金刚石笔或人造金刚石笔为工具，用车削形式修整砂轮。（2）其他修整方法随着磨床自动化程度的提高，用金刚石滚轮修整砂轮日益增多，如图5-13所示，使用经过金刚石滚轮修整的成形砂轮，采用切入法磨出工件的圆弧面。金刚石滚轮一般用电镀法、粉末冶金法制成。1.端面夹紧心轴图5-14所示为磨削薄壁套筒的端面夹紧心轴，工件用左右两锥套4、6定位，由圆柱形滑套2、8轴向夹紧。心轴两端使用球面垫圈1、9，以防止工件或螺母端面不垂直而引起变形。弹簧3、7可保证锥面始终接触工件，使之正确定位。这种心轴因轴向夹紧，可减少工件变形，适用于磨削各种薄壁套筒。四、磨床典型专用夹具2.磨圆弧垫块夹具3.磨主轴内孔V形成组夹具磨主轴内孔V形成组夹具如图5-17所示，工件装夹在前后V形架1和2中。为了减小磨损，V形架的支承部分用硬质合金P10制成。V形架下面有垫块5（可根据工件的直径调换），外圆定位尺寸为φ25～130mm。前后V形架可按工件长度在夹具体的T形槽内移动，并用螺钉6、7固定。工件轴向由止推块4定位，工件由卡盘经万向接头3带动旋转。1．磨削速度高2．磨削温度高3．能获得很好的加工质量4．磨削范围广5．少切屑6．砂轮在磨削中具有自锐作用1.工件的装夹磨外圆时常用的工件装夹方法有两顶尖装夹、三爪自定心卡盘装夹（没有中心孔的圆柱形工件）和四爪单动卡盘装夹（外形不规则的工件）三种。二、在外圆磨床上磨外圆一、磨削的工艺特点§5-2磨削方法用两顶尖装夹工件的方法如图5-18a所示。工件由头架的拨盘和拨杆带动的鸡心夹头（图5-18b）带动旋转。2.磨削方法1.内圆磨削的方法2.内圆磨削特点（1）磨削速度难以提高，另一方面磨具刚度较低，容易振动。（2）砂轮容易堵塞、磨钝，磨削时不易观察，冷却条件差。（3）在外圆磨床上用内圆磨头磨削内圆主要用于单件、小批量生产。三、在外圆磨床上磨内圆四、在外圆磨床上磨外圆锥1.工件的装夹（1）平面磨削时工件的装夹：平面磨削时一般采用电磁吸盘紧固工件。电磁吸盘是根据电磁原理制成的，它有矩形和圆形两种。五、在平面磨床上磨平面（2）垂直面磨削时工件的装夹：垂直面是指夹角成90°的相邻两平面。装夹工件时要保证两平面的垂直度要求。1）用导磁直角铁装夹。2）用精密机用虎钳装夹。3）用精密角铁装夹。（3）注意事项1）工件装夹完成后，应用手拉动工件，以检查工件是否牢固。2）应保持电磁吸盘台面的平整光洁。3）磨削结束后应先将开关转至退磁位置，去掉工件和电磁吸盘剩磁，以便取下工件。4）磨削结束后应将电磁吸盘台面擦净，并用盖板遮盖。2.平面磨削方式与应用特点3.平面磨削方法研磨是在研具和工件间置以研磨剂，对工件表面进行光整加工的方法。1.手工研磨

手工研磨是手持研具或工件进行研磨的方法。2.机械研磨图5-23所示为机械研磨圆盘形工件的装置。工件置于隔板上的槽内，互相隔开。研磨时，上下研磨盘的转动方向相反，转速不相等。隔板4由下研磨盘上的偏心销5带动转动，从而使置于隔板槽内的工件既转动又沿着图中N

方向做径向往复滑动，使磨粒的研磨轨迹不重复，从而保证了工件表面研磨均匀。一、研磨§5-3光整加工1.珩磨方法珩磨是用磨粒极细的几根磨条组成珩磨头，以低速旋转，对工件内孔进行光整加工的方法。图5-24a所示为珩磨加工示意图。珩磨时，珩磨头上的磨条以一定的压力压在被加工表面上，由机床主轴带动珩磨头旋转并沿轴向做往复运动，而工件固定不动。在相对运动过程中，磨条从工件表面切除一层极薄的金属。磨条在工件表面的切削轨迹是交叉不重复的网纹，如图5-24b所示。实践证明，交叉角α是影响表面粗糙度和生产效率的主要因素，α越大，生产效率越高，表面粗糙度值越大。一般粗珩磨α取40°～60°，精珩磨α

取20°～40°。珩磨余量为0.015～0.02mm。二、珩磨2.珩磨头的结构图5-25所示为机械调压式珩磨头。本体5与机床主轴浮动连接，油石7用黏结剂与垫块固连在一起并装入珩磨头本体5的圆周等分槽中，用弹簧卡箍8将垫块6上下两端紧固，防止其脱落。转动螺母1可使锥体3向下移动，推动顶销4可使油石向外均匀胀开，对工件孔壁增大压力。3.珩磨的应用珩磨加工能获得IT5～IT4级精度，表面粗糙度值为Ra0.2～0.1μm，但不能提高孔的位置精度。超精加工是用细粒度的磨具对工件施加很小的压力，并做往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。三、超精加工抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件获得光亮、平整表面的加工方法。抛光利用高速旋转（30～40m/s）、涂有抛光膏的弹性磨轮对工件表面进行光整加工。抛光时，带有磨粒的弹性磨轮与工件表面产生剧烈摩擦，导致温度升高并形成滚压和切除作用，用以去除前工序的加工痕