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？ |
