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电子教案
 第一章金属切削加工基础知识 
 第二章 车削 
 第三章 钻削与镗削 
 第四章刨削、插削与拉削 
 第五章 铣削加工 
 第六章 磨削 
 第七章 齿轮齿形加工 
 第八章 机械加工工艺过程设计 
 第九章 零件的结构工艺性 
 
第六章 磨削
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磨削

安徽机电职业技术学院教案首页

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理论

第六章

6.1、磨床与砂轮

1、掌握普通外圆磨床加工中的纵磨法和横磨法;

2、熟悉无心外磨床和无心内圆磨床的工作原理;

3、掌握平面磨床的分类、加工特点;

4、掌握典型磨床的结构及工作原理

5、了解砂轮的特性

6、熟练砂轮的特性及其分类

教学

1、掌握普通外圆磨床加工中的纵磨法和横磨法;

2、掌握平面磨床的分类、加工特点;

3、掌握典型磨床的结构及工作原理

教学

1、普通外圆磨床加工中的纵磨法和横磨法;

2、无心外磨床和无心内圆磨床的工作原理

3、砂轮的特性和砂轮的形状

4、熟练掌握砂轮的平衡、安装与修整

教学方法

讲授

多媒体课件

安徽机电职业技术学院教案续页

u引言

磨床类机床主要是用于工件的半精加工和精加工。通常由刀具旋转完成主运动。

用于精加工的磨床种类很多,有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床等。磨床可加工各种表面。凡是车床等机床加工的表面,都能在相应的磨床上进行精加工。

本次课我们将学习磨床的类型、典型磨床的传动系统和工作原理以及M1432B型万能外圆磨床和M7120型平面磨床的典型结构和功能等方面的知识。

磨削加工是用磨料磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料等)为工具在磨床上进行切削的一种加工方法,是零件精加工的主要方法之一。它的应用范围很广,不仅能加工一般材料,如钢、铸铁等,还可加工一般刀具难以加工的材料,如淬火钢、硬质合金、玻璃及陶瓷等。

磨床加工的工艺范围很宽,可磨削内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿廓面、螺旋面及各种成形面等,还可刃磨刀具和切断等。随着磨料磨具的不断发展,机床结构和性能的不断改进,以及高速磨削、强力磨削等高效磨削工艺的采用,磨削已逐步扩大到粗加工领域。选用小切削余量的毛坯,以磨代车(或镗、铣、刨),既节省原料,又节省工时,为机械加工的方向之一。

u教学内容正文

6.1磨床

6.1.1磨床的主要类型及应用范围

用磨料磨具(砂轮、砂带、油石和研磨料等)为工具进行切削加工的机床,称为磨床。用油石或磨料作磨具进行磨削加工的机床,称为研磨机床或超精磨削机床。也可统称为磨床。

磨床主要用于零件的精加工,尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料零件的精加工。目前也有少数用于粗加工的高效磨床。磨削加工是现代机械制造技术主攻方向之一。

1.外圆磨床

外圆磨床主要用来磨削外圆柱面和圆锥面,也能磨削端面(台阶部分)和成形外表面等。基本的磨削方法有两种:纵磨法和横磨法。纵磨削磨削效率低,但能获得较小的表面粗糙度;而横磨削又称切入磨法,磨削时,工件作圆周进给运动,工作台不作纵向进给运动,横向进给运动为连续进给。横磨削磨削效率高,但磨削力大,磨削温度高,必须供给充足的冷却液。

2.内圆磨床

内圆磨床主要用于磨削工件的内孔,也能磨削端面。机床的主参数为最大磨孔直径。内圆磨削可以分普通内圆磨削、无心内圆磨削和砂轮作行星运动的磨床。

与外圆磨削相比,内圆磨削所用的砂轮和砂轮轴的直径都较小,为了获得所要求的砂轮线速度,就必须提高砂轮主轴的转速,故容易发生振动,影响工件的表面质量。此外,由于内圆磨削时砂轮与工件的接触面积大,发热量集中,冷却条件差以及工件热变形大,特别是砂轮主轴刚性差,易弯曲变形,所以内圆磨削不如外圆磨削的加工精度高。在实际生产中,常采用减少横向进给量,增加光磨次数等措施来提高内孔的加工质量。

3.无心外圆磨床

无心外圆磨床是一种生产率很高的精加工方法。

无心磨床所磨削的工件,尺寸精度和几何精度都较高,且有很高的生产率。如果配备自动上下料机构,很容易实现单机自动化,适用于大批量生产。

4.平面磨床

平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面。常用的平面磨床按其砂轮轴线的位置和工作台的结构特点,可分为卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床、立轴圆台平面磨床等几种类型。

周边磨削时,砂轮与工件的接触面积小,磨削力小,排屑及冷却条件好,工件受热变形小,且砂轮磨损均匀,所以加工精度较高。但砂轮主轴承刚性较差,只能采用较小的磨削用量,生产率较低,故常用于精密和磨削较薄的工件。

6.1.2典型磨床

1. M1432B型万能外圆磨床

该磨床属于普通精度的万能外圆磨床,其工艺范围较宽,除了能磨削外圆柱面和外圆锥面外,还可磨削内孔和台阶面等。

1)机床的组成和功用

(1)床身用以支承磨床其他部件。

(2)头架头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖,用以装夹工件。头架可绕垂直轴线逆时针回转0°~90°。

(3)砂轮架砂轮架用以支承砂轮主轴,可沿床身横向导轨移动,实现砂轮的径向(横向)进给。砂轮的径向进给量可以通过手轮3手动调节。砂轮架可绕垂直轴线回转-30°~+30°。

(4)工作台工作台由上、下两层组成,上层可绕下层中心轴线在水平面内顺(逆)时针回转3°(6°)。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)尾座套筒内安装尾顶尖,用以支承工件另一端。后端装有弹簧,利用可调节的弹簧力顶紧工件,也可在长工件受磨削热影响而伸长或弯曲变形的情况下便于工件装卸。

(6)内圆磨头其上装有内圆磨具5,用来磨削内圆。不用时,将内圆磨头翻转到砂轮架上方,磨内圆时翻下。

2)机床的运动和传动

为了完成各种加工,机床必须具备以下运动:

(1)主运动磨外圆时为砂轮的回转运动;磨内圆时为内圆磨具的砂轮的回转运动。

(2)进给运动

①工件的圆周进给运动即头架主轴的回转运动;

②工作台的纵向进给运动采用液压传动,以保证运动的平稳性及实现无级调速和自动往复运动。也可手动调整工作台位置;

③砂轮架的横向进给运动每当工作台一个纵向往复运动终了,由机械传动机构使砂轮架横向移动一个位移量(控制磨削深度),为步进运动。此外,机床还有两个辅助运动:砂轮架横向快速进退和尾座套筒缩回,以便装卸工件。

2. M7120A型平面磨床

它是一种常用的卧轴矩台平面磨床。它由床身9、立柱5、工作台7、磨头1和砂轮修整器4等主要部件组成。矩形工作台实现纵向直线往复移动,利用撞块6自动控制换向。此外,工作台也可用纵向手轮10通过机械传动系统手动操纵往复移动或进行调整工作。

装有砂轮主轴的磨头可沿床鞍2上的水平燕尾导轨移动,可机动或手动操纵。

磨头的高低位置调整或垂直进给运动,由升降手轮8操纵,通过床鞍沿立柱的垂直导轨移动来实现。

M7120A型平面磨床的切削运动如下:

(1)主运动

磨头主轴上砂轮的回转运动

(2)进给运动

①工作台的纵向进给运动

②轮的横向进给运动

③砂轮的垂直进给运动

6.1.3砂轮

砂轮是磨削加工的主要工具,它是由磨料和结合剂构成的疏松多孔物体 。磨粒、结合剂和空隙是构成砂轮的三要素。随着磨料、结合剂及砂轮制造工艺的不同,砂轮特性差别很大,对磨削加工的精度及生产率等有着重要的影响,必须根据具体情况选用。

1.砂轮的特性

砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度及组织等五个方面的因素决定。

1)磨料

磨料是制造砂轮的主要原料,在磨削中担负主要的切削工作。磨料必须具备高硬度、高耐热性、耐磨性和一定的韧性。如表6-1。

表6-1常用磨料的性能与用途

磨料

名称

特 性

适于磨削的材料

棕刚玉

GZ

棕褐色,硬度高,韧性大,价格便宜

碳钢、合金钢

白刚玉

GB

白色,硬度比GZ高,韧性比GZ差

淬火钢、高速钢

黑碳

化硅

TH

黑色,硬度比GB高,性脆而锋利,导热

性较好

铸铁、黄铜

绿碳

化硅

TL

绿色,硬度及脆性比TH高,有良好的导

热性

硬质合金、宝石、陶瓷 ,

人造金

刚石

JR

无色透明或淡黄色、黄绿色、黑色、硬

度高

硬质合金、宝石、光学玻

璃、半导体材料等

立方氮

化硼

CBN

黑色或淡色白,硬度仅次于JR,耐磨性

高、发热小

高钒高速钢、不锈钢等难加

工材料

2)粒度

表示磨料颗粒的大小。砂轮的粒度对磨削加工生产率和工件表面质量影响较大。一般来说,粗磨时,应选用粗粒度的砂轮,以保证较高的生产率;精磨时,选用细粒度砂轮,以减低磨削表面的粗糙度值;磨软而粘的材料,应选用粗粒度的砂轮,以防工作表面堵塞;磨削脆、硬材料,则应选用细粒度砂轮。粒度的选用如表6-2所示。

3)结合剂

用于黏合磨粒,制成各种不同形状和尺寸的砂轮。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性、耐热性和使用寿命。常用的结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂和金属结合剂等,其中以陶瓷结合剂应用最广。结合剂的性能与用途如表6-3

表6-2粒度的选用

粒 度 号

颗粒尺寸/μm

使 用 范 围

12#、14#、16#

2000~1000

粗磨、荒磨、打磨毛刺

20#、24#、30#、36#

1000~400

磨钢锭、打磨铸件毛刺、切断钢坯等

46#、60#

400~250

内圆、外圆、平面、无心磨、工具磨等

70#、80#

250~160

内圆、外圆、平面、无心磨、工具磨等半精磨、精磨

100#、120#、150#、180#、240#

160~50

半精磨、精磨、珩磨、成型磨、工具磨等

W40、W28、W20

50~14

精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨、镜面磨等

W14~更细

14~2.5

精磨、超精磨、镜面磨、研磨、抛光等

表6-3结合剂的性能与用途

名 称

代号

性 能

应用范围

陶瓷结

合剂

V

耐热、耐水、耐油、耐酸碱,气孔率大,强度高,但韧性弹性差

能制成各种磨具,

适用于成形磨削和

磨螺纹、齿轮、曲

轴等

树脂结

合剂

B

强度高,弹性好,耐冲击,有抛光作用,但耐热性差,抗腐蚀性差

制造高速砂轮、薄

砂轮

橡胶结

合剂

R

强度和弹性更好,有极好的抛光作用,但耐热性更差,不耐酸,气隙堵塞

抛光砂轮、薄砂

轮、无心磨导轮

金属结

合剂

J

强度高,成形性好,有一定韧性,但自锐性差

制造各种金刚石磨

具,使用寿命长

4)硬度 砂轮的硬度是指在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。如磨粒容易脱落,表明砂轮硬度低,反之则表明砂轮硬度高。砂轮的硬度与磨粒的硬度是两个不同的概念,硬度相同的磨粒,可以制成不同硬度的砂轮。

砂轮硬度的选择,对磨削质量、磨削效率和砂轮损耗都有很大影响。一般来说,磨削较硬的材料,应选用较软的砂轮;磨削较软的材料,应选用较硬的砂轮。磨削有色金属时,应选用较软砂轮,以免切屑堵塞砂轮;在精磨和成形磨削时,应选用较硬砂轮。

5)组织砂轮的总体积是由磨粒、结合剂和气孔构成的,这三部分体积的比例关系,在工程中常称为砂轮的组织。

2.砂轮的形状

常用砂轮的形状、代号及主要用途见下表。

表6-4常用砂轮的形状代号主要用途

砂轮种类

形状代号

主要用途

平形砂轮

P

磨外圆、内孔、平面及刃磨刀具

双斜边砂轮

PSX

磨齿轮及螺纹

双面凹砂轮

PSA

磨外圆、刃磨刀具、无心磨的磨轮和导轮

双面凹带锥砂轮

PSZA

磨外圆及台肩

薄片砂轮

PB

切断、磨槽

筒形砂轮

N

主轴端磨平面

碗形砂轮

BW

磨机床导孰、刃磨刀具

碟形1号砂轮

D1

刃磨刀具

碟形3号砂轮

D2

磨齿轮及插齿刀

3.砂轮的平衡、安装与修整

1)砂轮的安装 由于砂轮工作时的转速很高,而砂轮的质地又较脆,因此,必须正确地安装砂轮,以免砂轮碎裂飞出,造成严重的设备事故和人身伤害。安装砂轮时,应根据砂轮形状、尺寸的不同而采用不同的安装方法。

砂轮安装前必须仔细检查砂轮的外形,不允许砂轮有裂纹和损伤。装拆砂轮时必须注意压紧螺母的螺旋方向。在磨床上,为了防止砂轮工作时压紧螺母在磨削力的作用下自动松开,对砂轮轴端的螺旋方向作如下规定:逆着砂轮旋转方向拧螺母是旋紧,顺着砂轮旋转方向转动螺母为松开。

2)砂轮的平衡砂轮的重心与旋转中心不重合称为砂轮的不平衡。在高速旋转时,砂轮的不平衡会使主轴振动,从而影响加工质量,严重时甚至使砂轮碎裂,造成事故。所以砂轮安装后,首先需对砂轮进行平衡调整。平衡砂轮是通过调整砂轮法兰盘上环形槽内平衡块的位置来实现的。

3)砂轮的修正新砂轮或使用过一段时间后,磨粒逐渐变钝,砂轮工作表面空隙被磨屑堵塞,最后使砂轮丧失切削能力。所以,砂轮工作一段时间后必须进行修整,以便磨钝的磨粒脱落,恢复砂轮的切削能力和外形精度。修正砂轮的常用工具是金刚笔。修理砂轮时,金刚笔相对砂轮的位置 ,以避免笔尖扎入砂轮,同时也可保持笔尖的锋利。

u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)

小结:

今天学习了磨床的基本类型有外圆磨床、内圆磨床、无心外圆磨床和平面磨床,两种典型磨床的主要部件及其功用。磨床的组成和功用等。对磨床作了全面的了解。

同时学习了磨削加工的基础知识以及砂轮的基本知识,包括:砂轮的特性、砂轮的形状、砂轮的平衡、安装与修整。对学生今后的生产实习有着指导性的作用。

考核知识点:

1、磨床的种类和应用范围;

2、磨床液压传动的工作原理和特点;

3、砂轮的性能及选择。

作业:

1、砂轮的主要参数包括那些方面?

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理论

2.4磨削

二、磨削加工

1、解磨削过程原理;

2、掌握磨削加工方法;

3、了解先进磨削方法;

4、掌握磨削的工艺特点。

教学

磨削加工方法

教学

1、内圆磨削时的工艺分析及质量分析

2、平面磨削的工艺分析及质量分析

教学方法

讲授

多媒体课件

u引言

在机械零件加工过程中,平面的加工是比较普遍的,通过本节学习,我们将掌握常用平面加工方法。

u教学内容正文

7.3磨削加工方法

7.3.1.磨削加工特点

砂轮表面磨粒的外露部分形成参差分布的棱角,每一棱角相当于具有负前角的微小刀刃,随着砂轮的高速旋转,无数的微刃以极高的速度从工件表面切下一条条极细微的切屑,从而形成了残留面积极小的光滑加工表面。

磨削加工与车、铣削加工比较,具有以下特点:

1)能经济地获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度通常可达IT8~IT5,表面粗糙度值一般为Ra1.25~0.32μm。磨削加工不但可精加工,而且可进行粗磨荒磨、重负荷磨削。

2)砂轮磨料具有很高的硬度和耐热性,因此,能够磨削一些硬度很高的金属和非金属材料,如淬火钢、硬质合金、陶瓷材料等。这些材料用一般的车、铣等很难加工。但由于磨屑易堵塞砂轮表面的孔隙,所以不宜磨削软质材料,如纯铜、纯铝等。

3)磨削速度大,磨削时磨削区温度可高达800~1000℃左右,这容易引起零件的变形和组织的变化。所以在磨削过程中,需进行充分的冷却,以降低磨削温度。

4)砂轮在磨削时具有“自锐作用”。在磨削力的作用下会部分磨钝的磨粒能自动崩碎脱落,从而形成新切削刃口,从而使砂轮保持良好的磨削性能。

1、工件的装夹方法

轴类工件常用顶尖装夹,其方法与车削基本相同,但磨床所用的顶尖不随工件转动,以避免主轴与轴承的制造、轴间间隙、顶尖同轴度等带来误差。精加工所用的中心孔的质量对加工精度影响较大,因此加工中要保证中心孔的质量。

盘套类工件用心轴和顶尖装夹。所用心轴与车削用的心轴相同,只是形状和位置精度以及表面粗糙度要求严格。

磨削短又无中心孔的轴类工件时,可用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹。

2、磨削余量

一般磨削分为粗磨与精磨,磨削总余量为0.3~0.5mm。粗磨余量约占总余量的7/10~9/10;精磨余量按加工情况确定,一般为0.05~0.10mm。

3、磨削用量

1)磨削速度

普通外圆磨削砂轮旋转是主运动。提高磨削速度可以提高生产率并减小表面粗糙度值,但磨削速度受砂轮强度和机床刚性限制。磨外圆和平面时磨削速度为30~35m/s,高速磨削时可达50m/s。

2)横向进给量fr

fr是工作台每双(单)行程内砂轮相对于工件径向移动的距离,单位是mm/dstr(毫米/双行程)或mm/str(毫米/单行程)。

3)纵向进给量fa

fa是工件每转一转相对砂轮沿轴向移动的距离,单位是mm/r。一般fa =KT。

4)工件圆周速度(工件圆周进给量)vw

Vw指工件圆周的线速度,单位是m/s或m/min。

7.3.2磨削加工方法

1.外圆磨削

外圆磨削可以在普通外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行。常用的磨削方法有轴向磨削法、径向磨削法、阶段磨削法和深度磨削法等四种。磨削对象主要是各种圆柱体、圆锥体、带肩台阶轴、环形工件以及旋转曲面。经外圆磨削后的工件表面粗糙度一般能达到Ra0.2~0.8μm,尺寸精度可达IT6~IT7级。

1)砂轮的选择

外圆磨削砂轮的选择必须考虑工件的加工精度、磨削性能、磨削力、磨削热等因素。选择中等组织的平形砂轮,砂轮尺寸按机床规格选用。

2)工件的装夹

(1)用前、后顶尖装夹工件

装夹时,利用工件两端的顶尖孔将工件支承在磨床的头架及尾座顶尖间,这种装夹方法的特点是装夹迅速方便,加工精度高。

(2)用三爪卡盘或四爪卡盘装夹工件

三爪卡盘适用于装夹没有中心孔的工件,而四爪卡盘特别适用于夹持表面不规则的工件。

(3)利用心轴装夹工件

心轴装夹适用于磨削套类零件的外圆,常用心轴有以下几种:小锥度心轴 ;台肩心轴 ;可胀心轴 。

3)外圆的一般磨削方法

(1)纵向法

磨削时,工件在主轴带动下作旋转运动,并随工作台一起作纵向移动,当一次纵向行程或往复行程结束时,砂轮需按要求的磨削深度再作一次横向进给,这样就能使工件上的磨削余量不断被切除。磨削特点是:精度高、表面粗糙度值小、生产效率低。适用于单件小批量生产及零件的精磨。

(2)横向法(切入磨法)

磨削时,工件只需与砂轮作同向转动(圆周进给),而砂轮除高速旋转外,还需根据工件加工余量作缓慢连续的横向切入,直到加工余量全部被切除为止。磨削特点是:磨削效率高,磨削长度较短,磨削较困难。横磨法适用于批量生产,磨削刚性好的工件上较短的外圆表面。

(3)阶段磨削法

阶段磨削法又称综合磨削法,是横磨法和纵磨法的综合应用,即先用横磨法将工件分段粗磨,相邻两段间有一定量的重叠,各段留精磨余量,然后用纵磨法进行精磨。这种磨削方法既保证了精度和表面粗糙度,又提高了磨削效率。

2.无心外圆磨削

无心外圆磨削是在无心外圆磨床上进行的一种外圆磨削。无心外圆磨削时,工件不定中心自由地置于磨削轮和导轮之间,由托板和导轮支承,工件被磨削外圆表面本身就是定位基准面,其中起磨削作用的砂轮称磨削轮,起传动作用的砂轮称导轮。导轮由橡胶结合剂制成其轴线在垂直方向上与磨削轮成θ角,带动工件旋转和纵向进给运动。

无心磨削时,磨削轮以大于导轮75倍左右的圆周速度旋转,由于工件与导轮间的摩擦力大于工件与磨削轮间的摩擦力,所以工件被导轮带动并与它成相反方向旋转;而磨削轮则对工件进行磨削。无心磨削后工件的精度可达IT6~IT7级,表面粗糙度达Ra0.8~0.2。

1)无心外圆磨削的特点

(1)外圆磨削工件两端不打中心孔,不用顶针支承工件。由于工件不定中心,磨削余量相对减少。

(2)外圆磨削不能磨轴向带槽沟的工件,磨削带孔的工件时,不能纠正孔的轴心线位置,工件的同轴度较低。

(3)内圆磨削一般情况下只能加工可放于滚柱上滚动的工件,特别适宜磨削套圈等薄壁工件。磨套类零件由于零件是自身外圆为定位基准,因此不能修正内、外圆间的原有同轴度误差。

(4)无心磨削机动时间与上、下料时间重合,易于实现磨削过程自动化,生产效率高。

(5)在无心磨削过程中,工件中心的位置变化大小取决于工件磨削前的原始误差、工艺系统刚性、磨削用量及其他磨削工艺参数(如工件中心高、托板角等)。

(6)无心磨削工件运动的稳定性、均匀性取决于机床传动链、工件形状、重量,导轮及支承的材料、表面形态,磨削用量及其他工艺参数。

(7)无心磨削机床的调整时间较长,对调整机床的技术要求也较高,不适用于单件小批量生产。

2)无心外圆磨削的方法

在无心外圆磨床上磨削工件的方法主要有贯穿法、切入法和强迫贯穿法。

(1)贯穿磨削法:磨削时,工件一面旋转一面纵向进给,穿过磨削区域,工件的加工余量需要在几次贯穿中切除,此种方法用于磨削无阶台的外圆表面。

(2)切入磨削法:

磨削时,工件不做纵向进给运动,通常将导轮架回转较小的倾斜角(θ=30o),使工件在磨削过程中有一微小轴向力,使工件紧靠挡销,因而能获得理想的加工质量。切入磨削法适用于加工带肩台的圆柱形零件或锥销、锥形滚柱等成形旋转体零件。采用切入法时需精细修整磨削轮,砂轮表面要平整,当工件表面粗糙度值超出所要求时,要及时修整磨削轮,磨削时,导轮横向切入要慢而且均匀。

3.内圆磨削

内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。常用的磨削方法有纵向磨削法与径向磨削法。磨削对象主要是各种圆柱孔、圆锥孔、圆柱孔或圆锥孔端面以及成形内表面。内圆磨削的尺寸精度可以达到IT6~IT7级,面粗糙度Ra0.8~0.2μm。采用高精度内圆磨削工艺,尺寸精度可以控制在0.005 mm以内,表面粗糙度Ra 0.1~0.025μm。

内圆磨削具有以下特点:

(1)由于受到内圆直径的限制,内圆磨削的砂轮直径小,转速又受内圆磨床主轴转速的限制(一般为10000~20000 r/min),砂轮的圆周速度一般达不到30~35m/s,因此磨削表面质量比外圆磨削差。

(2)内圆磨削时,直径越小,安装砂轮的接长轴直径也越小,而悬伸却较长、刚性差,容易产生弯曲变形和振动,影响了尺寸精度和形状精度,降低了表面质量,同时也限制了磨削用量,不利于提高生产率。

(3)内圆磨削时,砂轮直径小,转速却比外圆磨削高得多,因此单位时间内每一磨粒参加磨削的次数比外圆磨削高,而且与工件成内切圆接触,接触弧比外圆磨削长,再加之内圆磨削处于半封闭状态,冷却条件差,磨削热量较大,磨粒易磨钝,砂轮易堵塞,工件易发热和烧伤,影响表面质量。

为了保证磨孔的质量和提高生产率,必须根据磨孔的特点,合理地使用砂轮和接长轴,正确选择磨削用量,改进工艺。

4.平面磨削

平面磨削主要在平面磨床上进行,若零件较小或加工一些特殊平面时也可在工具磨床上进行。平面磨削精度可达IT7~IT5,表面粗糙度值为Ra 0.8~0.2μm。常用的平面磨削方式有4种,分别是卧轴矩台平面磨削;卧轴圆台平面磨削;立轴矩台平面磨削 ;立轴圆台平面磨削。

1)磨平行面

(1)工件的安装

平面零件磨削时最常用的安装夹具是电磁吸盘。凡是由钢、铸铁等磁性材料制成的平行面零件,都可由电磁吸盘安装,利用磁力吸牢工件。这种方法装卸工件方便迅速,牢固可靠,能同时安装许多工件。

(2)砂轮选择

平面磨削时一般根据工件的加工精度、磨削方式以及工件材料等因素来选择砂轮。

(3)平行面的磨削方法

常用的平行面磨削方法有以下三种:横向磨削法;深度磨削法 ;阶梯磨削法 。

(4)磨削用量的选择

根据加工方法、磨削性质、工件材料等因素来选择磨削用量:

①砂轮的圆周速度不宜过高或过低,过高会引起砂轮的碎裂,过低会影响加工质量和生产效率。

②工作台纵向进给速度当工作台为矩形时,纵向进给量选1~12 m/min;当工作台为圆形时,其速度选为7~30 m/min.

③砂轮的垂直进给量磨削中,应根据横向进给量选择砂轮的垂直进给量。横向进给量大时,垂直进给量应小些,以免影响砂轮和机床的寿命以及加工精度;横向进给量小时,则垂直进给量可适当增大。一般粗磨时,垂直进给量为0.015~0.05 mm;精磨时为0.005~0.01 mm.

2)磨垂直面

垂直面是指那些与主要基面垂直的平面。磨削垂直面的关键问题是采用何种装夹方法,以达到相邻面之间的垂直度要求。

3)磨斜面

常用的斜面磨削方法有以下三种。

(1)用正弦规和精密角铁装夹工件磨斜面正弦规是一种精密量具,使用时,根据所磨工件斜面的角度,算出需要垫入的块规高度。

(2)用正弦精密平口钳或正弦电磁吸盘装夹工件磨斜面正弦精密平口钳的最大倾斜角度为450,而正弦电磁吸盘是用电磁吸盘代替了正弦精密平口钳中的平口钳,它的最大回转角度也是450。一般可用于磨削厚度较薄的工件。

(3)用导磁V形铁装夹工件磨斜面

导磁V型铁的结构和使用原理与导磁角铁相同。这种导磁V形铁所能磨削的工件倾斜角不能调整,因而适用于批量生产。

4)磨削加工注意事项

(1)看清图样,明确要求,规范操作,严格执行成批生产的首检制度。

(2)正确使用设备及工、夹、量具,做好保养维护工作,定期更换润滑油。

(3)合理安放工具、量具和工件,有利于缩短工作的辅助时间,提高生产率。

(4)正确安装砂轮,经常检查砂轮的运转情况,及时调正砂轮的平衡。

(5)工作中,发现异常情况应立即停车,如是设备故障要及时报告,待机修人员排除故障、修复机床后方能重新操作。

(6)操作时必须精力集中,不得擅自离开工作岗位。

7)做好交接班工作,通报机床运行情况和加工的有关信息,并做好记录。

8)正确穿戴劳动防护用品。

6.3.2高效磨削

高速磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削去除率和磨削质量的工艺方法,它既是提高磨削精度、表面质量又是提高磨削效率的有效方法。一般砂轮线速度在45m/s≤νs<150m/s范围内就属于高速磨削。高速磨削有如下优点:

a)磨粒的未变形切削厚度减小,磨削力下降;

b)砂轮磨损减小,提高砂轮寿命;

c)在磨粒最大未变形切削厚度不变条件下,可加大磨削深度或工件速度,提高磨削效率;

d)切削变形程度小,磨粒残留切痕深度减小,磨削厚度变薄,可改善表面质量及减小尺寸和形状误差。

缓进给磨削(Creep Feed Grinding)以往国内有很多种叫法,譬如强力磨削、重负荷磨削、蠕动磨削、铣磨等等,目前确切的名称应该是缓进给深切磨削,通常简称缓磨。该项工艺的显著特点是进给速度低,约是普通磨削的10-3~10-2倍,譬如在平面磨削时工件速度可以低到0.2mm/s,所以成为“缓”磨。但另一方面,其一次切深大,约是普通磨削的100~1000倍,譬如平磨时极限切深可以达到20~30mm。

砂带磨削是用砂带代替砂轮作切削工具的一种先进的磨削方法。砂带磨削不受工件尺寸和形状的限制,广泛地应用于外圆、内圆、平面、曲面或复杂形状零件的磨削加工。

1.砂带磨削的一般机理

砂带磨削是由砂带、接触轮、张紧轮、工作台等基本部件组成。其磨削加工机理参见下图

1一砂带2一工件3一输送带4一张紧轮

5一接触轮6一电磁盘7一脱磁器8一清洗刷子

图6

2.砂带磨削的特点

1)砂带磨削效率高,有很高的金属切除率。其效率已达到铣削的10倍、普通砂轮磨削的5倍。

2)由于摩擦产生热量少,且磨粒散热时间间隔长,可有效减少工件变形、烧伤,有“冷态”磨削之称。加工精度一般可达普通砂轮磨削的加工精度,有的尺寸精度可达0.005 mm,最高可达0.0012 mm,平面度可达0.001 mm。

3)砂带与工件柔性接触,具有较好的跑合、抛光作用,可磨削各种复杂的成形面,工件表面粗糙度可达Ra0.8~0.2μm。

4)适应性强,可在普通车床、立车、龙门刨床等利用砂带磨头对外圆、内圆、平面等进行磨削加工。

3.砂带磨削应用范围

砂带磨削的应用范围远比砂轮磨削广泛,凡是砂轮磨床不能磨削的大型平面,难以加工的材料等都能用砂带磨削。

1)外圆(锥):中、大尺寸的轴类、管件、圆柱形大型容器外表面,以及半径为3 mm的线材等。

2)内圆:一般通孔、深孔、大型圆柱形容器内表面以及直径1 mm左右的小孔。

3)平面:各类大型金属板材、卷板材、带材、难磨的不锈钢、钦合金板材,及电子印刷线路板、硅钢片、各种材料的薄片工件、箱体平面、电气轻工产品的平面工件等。

4)曲面:各类汽轮机、涡轮机、导航器的叶片等,还可加工手表表壳及大型球体容器的内表面。

5)各类非金属材料:木材、塑料、石料、混凝土、橡胶及各种高硬度材料,如单晶硅体、宝石等。

6)其他:打磨铸件浇冒口、结渣、飞边,大件及桥梁的焊缝以及大型容器壳体、箱体的大面积除锈、除残漆等。

今天学习了磨削加工的特点以及外圆磨削、无心外圆磨削、内圆磨削、平面磨削四种磨削加工方法。

u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)

小结:今天学习了磨削加工的特点以及外圆磨削、无心外圆磨削、内圆磨削、平面磨削四种磨削加工方法。

考核知识点:

1、了解磨削过程原理;

2、掌握磨削加工方法;

3、了解先进磨削方法;

4、掌握磨削的工艺特点。

作业:

1、常用的磨削方法有那些?

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21

理论

6.4光整加工

1、掌握平面光整加工的方法

2、掌握回转体面光整加工的方法

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平面光整加工的方法

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u引言

在机械零件加工过程中,有些零件表面质量要求特别高,磨削不能达到要求,此时就需要光整加工,通过本节学习,我们将掌握常用光整加工方法。

u教学内容正文

6.4光整加工

6.4.1研磨

一研磨是使用研具和研磨剂从工件表面上去除一层极薄的金属,使工件达到精确的尺寸、准确的几何形状和很小的表面粗糙度。这种加工方法称为研磨。它属于精加工工序,广泛应用于工具、量具及精密机械制造中。当前,研磨也由手工操作逐渐走向机械化。

1.研磨的基本原理

研磨是一种微量的金属切削运动,它的基本原理包含着物理和化学的综合作用。

1)物理作用

即磨料对工件的切削作用。研磨时,要求研具的材料比工件的材料软。当受到一定压力后,研磨剂中的微小颗粒(磨料)被压嵌在研具的表面,成为无数个刀刃,由于研具和工件的相对运动,使磨料对工件产生微量的切削与挤压,工件表面被均匀地削去一层极薄的金属,借助于研具的精确型面,从而使工件逐渐得到准确的尺寸精度及表面粗糙度

2)化学作用

当采用氧化铬、硬脂酸或其他化学研磨剂对工件进行研磨时,与空气接触的金属表面很快形成一种氧化膜,而且氧化膜又很容易被研磨掉,这就是研磨的化学作用。

在研磨过程中,氧化膜迅速形成(化学作用),又不断地被磨掉(物理作用),经过这样多次反复,工件表面就很快地达到预定要求。由此可见,研磨加工实际体现了物理和化学的综合作用。

2.研磨的作用

1)减少表面粗糙度

一般情况,经过研磨加工后的表面粗糙度为Ra0.8~0.05μm,最小可达到Ra0.006μm。

2)能达到精确的尺寸

通过研磨后的工件,尺寸精度可以达到0.001mm~0.005mm。

3)提高零件几何形状的准确性

工件在一般机械加工方法中产生的形状误差,可以通过研磨的方法来校正。

4)延长工件使用寿命

由于经过研磨后的工件,表面粗糙度值很小,形状准确,所以工件的耐蚀性、抗腐蚀能力和抗疲劳强度也相应得到提高,从而延长了零件的使用寿命。

3.研具和研磨剂

研具是研磨加工中保证被研零件几何精度的重要因素,因此对研具的材料、精度和粗糙度都有较高的要求。

1)研具材料

研具的组织结构应细密均匀,要有很高的稳定性和耐磨性,具有较好的嵌存磨料的性能,工作面的硬度应比工件表面硬度稍软。常用的研具材料有灰铸铁、球墨铸铁、软钢 、铜。

2)研具的类型

生产中需要研磨的工件是多种多样的,不同形状的工件应用不同类型的研具。常用的研具有以下几种(见图2)

(1)研磨平板

(2)研磨环

(3)研磨棒

3)研磨剂

研磨剂是由磨料和研磨液调和而成的混合剂。

(1)磨料磨料在研磨中起切削作用,研磨工作的效率、精度、表面粗糙度及研磨成本,都与磨料有密切的关系。常用的磨料有氧化物磨料、碳化物磨料、金刚石磨料。

(a)光滑平板 (b)有槽子板研磨平板

图2

1-开口调节圈;2一外圈;3一调节螺钉

图3

(a)光滑研磨棒 (b)带槽研磨棒 (c)可调式研磨棒

图4

(2)研磨液

研磨液在研磨中起调和磨料、冷却和润滑的作用。常用的研磨液有煤油、汽油、10号和20号机油、工业用甘油、透平油及熟猪油等。

4.研磨方法

研磨分手工研磨和机械研磨两种。手工研磨时,要使工件表面各处都受到均匀的切削,应合理选择运动轨迹,这对提高研磨效率、工件表面质量和研具的耐用度都有直接的影响。

1)手工研磨运动轨迹的形式

手工研磨的运动轨迹,一般采用直线、摆线、螺旋线和8字形或仿8字形等几种

(a)直线 (b)直线摆动 (c)螺旋形 (d)8字形

图5

2)平面的研磨

(1)一般平面的研磨

平面的研磨一般是在平面非常平整的平板上进行的,平板分有槽的和光滑的两种。粗研时可在有槽的平板上进行,有槽平板能保证工件在研磨时整个平面内有足够研磨剂。这样,粗研时就不会使表面磨成凸弧面。精研时,则应在光滑的平板上进行,工件在研磨平板上作8字形运动,研磨出平面。

(2)狭窄平面的研磨

在研磨狭窄平面时,应采用直线研磨的运动轨迹,保证工件的垂直度,可用金属块作导靠,金属块的工作面与侧面应具有良好的垂直度,使金属块和工件紧紧地靠在一起,并跟工件一起研磨。

(3)圆柱面的研磨

圆柱面的研磨一般都采用手工与机床互相配合的方式进行研磨。

①研磨外圆柱面

研磨外圆柱面一般是在车床或钻床上用研磨环对工件进行研磨。研磨环的内径应比工件的外径略大0.025mm~0.05mm,研磨环的长度一般为其孔径的l~2倍。

②内圆柱面的研磨

内圆柱面与外圆柱面的研磨恰恰相反,是将工件套在研磨棒上进行。研磨棒的外径应比工件内径小0.Olmm~0.025mm,研磨棒工作部分的长度应大于工件长度,但不宜太长,否则会影响工件的研磨精度。一般情况下,是工件长度的1.5~2倍。

(4)圆锥面的研磨

圆锥表面的研磨,包括孔和外圆锥面的研磨。研磨时必须要用与工件锥度相同的研磨棒或研磨环。研磨时,一般在车床或钻床上进行。

6.4.2珩磨

对于产品零件质量要求很高,尺寸精度达IT6~IT7,形状公差达0.01mm,表面粗糙度Ra0.25μm以上的内孔,生产批量较大时,通常采用珩磨加工方法。

珩磨能获得很高的尺寸精度和形状精度,珩磨孔的尺寸精度可达到IT6,圆度和圆柱度可达0.003~0.005mm,珩磨后孔的表面粗糙度Ra值通常为0.63~0.04μm,有时也可达到Ra0.02~0.01μm的镜面。

珩磨加工特点:

1)珩磨运动

珩磨是一种低速磨削,将珩磨油石用粘结剂粘结或用机械方法装夹在特制的珩磨头上,由珩磨机床(如图7-34)主轴带动珩磨头做旋转和上下往复运动,通过珩磨头中的进给胀锥使油石胀出,并向孔壁施加一定的压力以做进给运动,实现珩磨加工。

2)珩磨头

珩磨头(图1)与珩磨机主轴一般采用浮动连接,或采用刚性连接但配以浮动夹具,这样可以减少珩磨机主轴回转中心与被加工孔的同轴度误差对珩磨质量的影响。因此,珩磨加工只能提高内孔的尺寸精度和表面粗糙度,纠正不了内孔的位置精度。

1-本体前导向 2-弹簧圈 3-进给胀锥 4-油石座

珩磨头可以选用多条油石或超硬磨料油石(如人造金刚石油石),提高珩磨头的往复速度以增大网纹交叉角,能较快地去除珩磨余量与误差。也可以采用强力珩磨工艺,以有效地提高珩磨效率。精珩时可以选择粒度较小的油石,实现平顶珩磨,可以使相对运动的摩擦副获得较理想的表面质量。

薄壁孔和刚性不足的工件,或较硬的工件表面,用珩磨进行光整加工不需复杂的设备与工装,操作方便。

2.珩磨加工的应用范围

1)广泛应用于汽车、拖拉机和轴承制造业中的大批量生产,也适用于各类机械制造中的批量生产。如珩磨缸套、连杆孔、油泵油嘴与液压阀体孔、轴套、齿轮孔,珩磨汽车制动分泵、总泵缸孔等。

2)大量应用于各种形状的孔的光整或精加工,孔径范围为Φ5~Φ1200 mm,长度可达12000 mm。国内珩磨机工作范围Φ5~Φ250 mm,孔长3000 mm。

3)用于外圆、球面及内外环形曲面加工,如镀铬活塞环、顶杆球面与滚珠轴承的内外圈等。

4)适用于金属与非金属材料的加工,如铸铁、淬火钢与未淬火钢、硬铝、青铜、硬铬与硬质合金、玻璃、陶瓷、晶体与烧结材料等。

6.4.3超级光磨

一、超级光磨加工方法

二、超级光磨原理

三、超级光磨特点

四、超级光磨应用

三、超精加工的工艺特点及工艺

1.设备简单,也可用通用机床改装,自动化程度高,操作简便

2.加工余量极小(2~10um)

3.加工表面耐磨性好

4.生产率高

6.4.5抛光

抛光是用高速旋转的低弹性材料(棉布、毛毡、人造革等)抛光盘,或用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料(塑料、沥青、石蜡等)抛光盘,加抛光剂,具有一定研磨性质的获得光滑加工表面的加工方法。

(1)作为工件表面最终的光饰加工,使工件获得光亮光滑的表面,增加美观。

(2)去除前道工序的加工痕迹,如刀痕、磨纹、划印、麻点、尖棱、毛刺等,改善表面质量。抛光后,工件表面粗糙度可达到Ra 0.4μm以下。

(3)提高工件抗疲劳和抗腐蚀性能。

(4)可以作为油漆、电镀等工序的准备工序。抛光可提供漆膜、镀层附着能力强的表面,以提高油漆、电镀的质量。

(5)应用范围广。从金属件到非金属制品,从精密机电产品到日常生活用品,都能采用抛光来提高表面质量。

(6)不能提高尺寸和形状精度,甚至不能保持工件原有精度。但近代发展的抛光方法如浮动抛光、水合抛光等可以提高尺寸精度和形状精度。

u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)

小结:对于本课的重点和难点内容注重引导学生进行正确去思考,同学们掌握了光整的方法,掌握了典型表面加工方法的应用。

考核知识点:

1、平面光整加工的方法

作业:

1、典型表面的光整加工有那些加工方法?

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