磨削加工培训教学课件

磨削加工
磨具的特性和选用
磨削是用带有磨粒的工具（砂轮，沙带，油石 等）对工件进行切削加工的方法。磨削是目前半精 加工和精加工的主要方法之一，并已逐步应用到了 粗加工之中。
一、普通磨具
1、普通磨具的类型
普通磨具是指用普通磨料制成的磨具，如刚玉类磨 料、碳化硅类磨料和碳化硼磨料制成的磨具。
按磨料的结合形式分为固结磨具、
2、砂轮的特性及其选择
砂轮是最重要的磨削工具。它是用结合剂把磨 粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成 的多孔疏松物体。砂轮的特性主要由:
（1）磨料
磨料是制造砂轮的主要材料，直接担负切削工作。 磨料应具有高硬度，高耐热性和一定的韧性， 在磨削过程中受力破坏后还要能形成锋利的几 何形状。
常用的磨料有氧化物系（刚玉类）、碳化物系和 超硬磨料系三类，其性能、适用范围。
由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时 的单位磨削力P值很大，可达70000N/mm 2 以上。
（２）三向分力中切深力Fy值最大
三向分力中切深力Fy值最大，在正常磨削条件下， Fy/Fz约为2.0～2.5。由于Fy对砂轮轴，工件的变形与 振动有关，直接影响加工精度与表面质量，故该力是 十分重要的。
（１）滑擦阶段：磨粒切刃开始与工件接触， 由于磨粒有很大的负前角和较大的刃口圆弧半 径，切削厚度非常小，只是在工件表面上滑擦 而过，工件仅产生弹性变形。磨粒继续前进时， 随着挤入深度增大而与工件间的压力逐步增大， 表面金属由弹性变形逐步过渡到塑性变形。
（２）刻划阶段：工件材料开始产生塑性 变形，就表示磨削过程进入刻划阶段
（5）工具磨床：包括工具曲线磨床、钻头沟 槽磨床等
（6）刀具刃具磨床：包括万能工具磨床、车 刀刃磨磨床、滚刀刃磨磨床
（7）专门化磨床：包括花键轴磨床、曲轴磨 床、齿轮磨床、螺纹磨床等
（8）其它磨床：包括珩磨机、研磨机、砂轮 磨床、超精加工机床等
不仅可以加工外圆面、内圆面、平面、成形面、 螺纹、齿形等各种表面，还常用于各种刀具的刃 磨。
根据工件被加工表面的形状和砂轮与工件的相 对运动，磨削加工有：外圆磨削、内圆磨削、平 面磨削、无心磨削等到几种主要加工类型。
1、外圆磨削 磨削加工中，砂轮的高速旋转运动为主运动， 磨削速度是指砂轮外圆的线速度。
外圆磨削按照不同的进给方向可分为纵磨 法和横磨法两种形式。
（1）纵磨法 磨削外圆时，砂轮的高速旋转为 主运动，工件作圆周进给运动，同时随工作台 沿工件轴向作纵向进给运动。
（2）横磨法 采用这种磨削形式，在磨削外 圆时工件不需作纵向进给运动，砂轮以缓慢的 速度连续或断续地沿工件径向作横向进给运动， 直至达到精度要求。
（2）切入磨削法（横磨法）
用切入法磨削时，导轮轴线的倾斜角度很 小，仅用于使工件产生小的轴向推力，顶住挡 块5而得到可靠的轴向定位，工件与导轮向磨 削轮作横向切入进给，或由磨削轮向工件进给。
磨削原理
一、磨削过程分析
磨削过程是由磨具上的无数个磨粒的微切削刃 对工件表面的微切削过程所构成的。
单个磨粒的典型磨削过程可分为三个阶段：
二、超硬磨具
超硬磨具是指用金刚石、立方氮化硼等 以显著高硬度为特征的磨料制成的磨具，可 分为金刚石磨具、立方氮化硼磨具和电镀超 硬磨具。超硬磨具一般由基体、过渡层和超 硬磨料层三部分组成，磨料层厚度为 1.5~5mm，主要由结合剂和超硬磨粒所组成， 起磨削作用。
磨削加工类型和运动
磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结 构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度 材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等。但 不宜精加工塑性较大的有色金属工件。
进行运动有工件的圆周运动，轴向进给运动 和砂轮相对工件的径向进给运动。
工件的圆周进给运动是指工件外圆的线速度。
轴向进给量是指工件转一周沿轴线方向相对 于砂轮移动的距离。Fa=(0.02~0.08)B,B为砂 轮宽度。单位为mm
径向进给量是指砂轮相对于工件在工作台每 双行程内径向移动距离。单位为mm/dstr或 mm/str
（4）结合剂
结合剂是将磨料粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强 度的材温度和磨削表面质量都有较大的影响。
常用结合剂的种类有陶瓷、树脂、橡胶及金属等。陶瓷 结合剂的性能稳定，耐热，耐酸碱，价格低廉，应用最为 广泛。
树脂结合剂强度高，韧性好，多用于高速磨削和薄片砂轮。 橡胶结合剂适用于无心磨的导轮、抛光轮、薄片砂轮等。 金属结合剂主要用于金刚石砂轮。
无心外圆磨削有两4、种方无式心：磨贯削穿磨削法（纵磨
法）和切入磨削法（横磨法）
（1）贯穿磨削法（纵磨法）
用贯穿法磨削时 ，将工件从机床前面放到托板上 并推至磨削区。导轮轴线在垂直平面内倾斜一个a 角，导轮表面经修整后为一回转双曲面，其直母 线与托板表面平行。工件被导轮带动回转时产生 一个水平方向的分速度,从导轮与磨削砂轮之间穿 过。
2、内圆磨削
普通内圆磨削以砂轮高速旋转作主运动，工件 旋转作圆周进给运动，同时砂轮或工件沿其轴 线往复作纵向进给运动，工件沿其径向作横向 进给运动。特点
（1）磨孔时砂轮直径受到工件孔径的限制， 直径较小。
（2）为了保证正常的磨削速度，小直径砂轮 转速要求较高。
（3）砂轮轴的直径由于受孔径的限制比较细 小，而悬伸长度较大，刚性较差，磨削时容易 发生弯曲和振动，使用权工件的加工精度和表 面粗糙度难于控制，限制了磨削用量的提高。
称砂轮硬度高；反之，称砂轮硬度低。
砂轮的硬度从低到高分为超软、软、中软、中、 中硬、硬、超硬7个等级。
工件与砂轮的接触面积大，工件的导热性差时， 为减少磨削热，避免工件表面烧伤，应选用较 软的砂轮；对于精磨和成形磨削，为了保持砂 轮的廓形精度，应选用较硬的砂轮；粗磨时应 选用较软的砂轮，以提高磨削效率。
（2）磨削温度
磨削时由于速度很高，而且切除单位体积金属 所耗的能也高（约为车削时的10－ 20倍）。
磨床
磨床种类很多,其主要类型有:外圆磨床,内圆磨床, 平面磨床,工具磨床，刀具和刃具磨床及各种专门 化磨床.此外还有珩磨机,研磨机和超精加工机床等。 ⑴外圆磨床:主要用于磨削内,外圆柱和圆锥表面,也 能磨阶梯轴的轴肩和端面,可获得IT6-IT7及精度Ra 在1.25--0.08μm之间. 主参数:最大磨削直径 ⑵无心外圆磨床:工件放在砂轮和导轨之间,由托板 支撑进行磨削。
形状为双面凹砂轮，尺寸外径为400mm，厚度为 100mm，内径为127mm，磨料为棕刚玉（A）， 粒度为60#，硬度为中软（L），组织号为5号（中 等），结合剂为树脂（B），最高线速度为35m/s。
砂轮的特性用代号标注在砂轮端面上，用以表示砂 轮的磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状、 尺寸及最高工作线速度。
三、磨削力与磨削温度
（1）磨削力 单个磨粒切除的材料虽然很少，但一 个砂轮表层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作 角度很不合理，因此总的磨削力相当大。总磨削力 可分解为三个分力：Fz主磨削力（切向磨削力）； Fy切深力（径向磨削力）；Fx进给力（轴向磨削 力）。
１、磨削力的主要特征
（１）单位磨削力很大
（5）组织
砂轮的组织是指砂轮中磨粒、结合剂和气孔三者 间的体积比例关系。按磨粒在砂轮中所占体积的 不同，砂轮的组织分为紧密、中等和疏松三大类。 生产中常用的是中等组织的砂轮。
3、砂轮的形状、尺寸与标志
根据不同的用途、磨削方式和磨床类型，砂轮被 制成各种形状和尺寸，并已标准化。
【例】PSA400×100×127A60L5B35
3、平面磨削
（1）周边磨削 以砂轮的圆周表面进行磨削 时，砂轮与工件的接触面积小，发热少，磨 削力引起的工艺系统变形也小，加工表面的 精度和质量较高，但生产率较低。以这种方 式工作的平面磨床，砂轮主轴为水平（卧式） 布置。
（2）端面磨削 用砂轮（或多块扇形的砂 瓦）的端面进行磨削时，砂轮与工件的接触 面积较大，切削力增加，发热量也大，而冷 却，排屑条件较差，加工表面的精度及质量 比前一种方式的稍低，但生产率较高。以此 方式加工的平面磨床，砂轮主轴为垂直（立 式）布置。
无心外圆磨床与外圆磨床相比,具有以下优点: ①生产率高(无须打中心空,且装夹省时),所以多 用于成批生产和大量生产 ②磨削表面尺寸精度,几何形状精度较高,Ra小 ③能配上自动上料机构,实现自动化生产 ⑶内圆磨床:用于磨圆柱孔和圆锥孔,其主参数 是最打磨削内孔直径 ⑷平面磨床:分为卧轴矩台式磨床(生产率低些, 但加工精度较高,Ra较小,属于周边磨削),立轴矩 台式磨床,立轴圆台式磨床(生产率高,但加工精 度较低,Ra较大,属于端面磨削),卧轴圆台式磨床。
（2）粒度 粒度是指磨粒颗粒的大小，通常分为磨粒（颗 粒尺寸>40μm)和微粉（颗粒尺寸<=40μm）两 类。磨粒用筛选法确定粒度号，粒度号越大， 表示磨粒颗粒越小。微粉按其颗粒的实际尺寸 分级。
（3）硬度 砂轮的硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的
作用下脱落的难易程度。 它反映磨粒与结合剂的粘固强度。磨粒不易脱落，
（３）切削阶段：随着为削厚度的增加， 在达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显 的滑移而形成切屑。
二、磨削阶段
磨削时，由于径向分的作用，致使磨削 时工艺系统在工件径向产生弹性变形，使实 际磨削深度与每次的径向进给量有所差别。 所以，实际磨削过程可分为三个阶段：
1、初磨阶段
在砂轮的最初的几次径向进给中，由于 工艺系统的弹性变形，实际磨削深度比磨床 刻度所显示的径向进给量要小。
工艺系统刚性愈差，此阶段愈长。
2、稳定阶段
随着径向进给次数的增加，机床、工件、 夹具工艺系统的弹性变形抗力也逐渐增大。直 至上述工艺系统的弹性变形抗力等于径向磨削 力时，实际磨削深度等于径向进给量，此时进 入稳定阶段。
3、光磨阶段
由于工艺系统的弹性变形逐渐恢复，实际 径向进给量并不为零，而是逐渐减小。