磨削加工实习指导

磨削加工实习指导
目录
第一节基本要求
第二节概述常用磨床简介
第三节砂轮
第四节磨削加工的基本操作
第五节先进磨削技术
第六节操作实训
第一节基本要求
一、教学基本要求
1、基本知识要求：
（1）了解磨削加工的工艺特点及加工范围、加工精度和表面粗糙度；
（2）了解磨床的种类、组成及其作用，磨床的运动；
（3）了解磨削加工方法及砂轮的特性及其选择方法；
（4）了解磨削加工安全技术及简单经济分析。

2、基本技能要求：
（1）掌握外圆、平面等普通磨削操作；
（2）独立完成考核作业件“传动轴、V形块”的磨削加工。

二、铣工实习安全技术要求
1、操作者必须穿工作服，戴安全帽，长头发须压入帽内，不能戴手套操作，以
防发生人身事故。

2、多人共同使用一台磨床时，只能一人操作，并注意他人的安全。

3、开车前，检查各手柄的位置是否到位，确认正常后才准许开车。

4、开动磨床后人不能靠近旋转的砂轮，更不能用手去触摸砂轮和工件，也不能
在开机时测量工件。

5、工件装夹必须压紧夹牢，以防发生事故。

6、发生事故时，立即关闭电源。

7、工作结束后，关闭电源，清除切屑，认真擦净机床，加油润滑，以保持良好
的工作环境。

第二节概述
一、磨削加工的特点
磨削加工是用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法。

具有以下特点：
1)在磨削过程中，由于磨削速度很高，产生大量切削热，磨削温度可达1000℃以上。

2)磨削不仅能加工一般的金属材料，如钢、铸铁及有色金属合金，而且还可以加工硬度很高，用金属刀具很难加工，甚至根本不能加工的材料，如淬火钢、硬质合金等。

3)磨削加工尺寸公差等级可达IT6～IT5，表面粗糙度可达Ra=0.8～0.1μm。

4)磨削加工的背吃刀量较小，故要求零件在磨削之前先进行半精加工。

5）应用范围广，常用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。

常见的磨削加工类型如图所示。

二、磨削过程
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。

磨料磨粒的形状是很不规则的多面体，不同粒度号磨粒的顶尖角多为90。

～120。

，并且尖端均带有半径rß的尖端圆角。

经修整后的砂轮，磨粒前角可达-80。

～-85。

单个磨粒的典型磨削过程大致分：滑擦（材料弹性变形）、刻划（又称耕犁，材料塑性滑移，两侧堆高隆起）和切削（形成切屑）三个阶段。

1. 滑擦阶段磨粒切削刃开始与工件接触，切削厚度由零开始逐渐增大，由于磨粒具有绝对值很大的实际负前角和相对较大的切削刃钝圆半径，所以磨粒并末切削工件，而只是在其表面滑擦而过，工件仅产生弹性变形。

这一阶段称为滑擦阶段。

这一阶段的特点是磨粒与工件之间的相互作用主要是磨擦作用，其结果是磨削区产生大量的热，使工件的温度升高。

2. 刻划阶段当磨粒继续切入工件，磨粒作用在工件上的法向力F n增大到一定值时，工件表面产生塑性变形，使磨粒前方受挤压的金属向两边流动，在工件表面上耕犁出沟槽，而沟槽的两侧微微隆起，见图7-3。

此时，磨粒和工件间的挤压磨擦加剧，热应力增加。

这一阶段称为刻划阶段，也称耕犁阶段。

这一阶段的特点是工件表面层材料在磨粒的作用下，产生塑性变形，表层组织内产生变形强化。

3. 切削阶段随着磨粒继续向工件切入，切削厚度不断增大，当其达到临界值时，被磨粒挤压的金属材料产生剪切滑移而形成切屑。

这一阶段以切削作用为主，但由于磨粒刃口钝圆的影响，同时也伴随有表面层组织的塑性变形强化。

在一个砂轮上，各个磨粒随机分布，形状和高低各不相同，其切削过程也有差异。

其中一些突出和比较锋利的磨粒，切入工件较深，经过滑擦、耕犁和切削三个阶段，形成非常微细切屑，由于磨削温度很高而使磨屑飞出时氧化形成火花；比较钝的、突出高度较小的磨粒，切不下切屑，只是起刻划作用，在工件表面上
挤压出微细的沟槽；更钝的、隐藏在其他磨粒下面的磨粒只能滑擦工件表面。

可见磨削过程是包含切削、刻划和滑擦作用的综合复杂过程。

切削中产生的隆起残余量增加了磨削表面的粗糙度，但实验证明，隆起残余量与磨削速度有着密切关系，随着磨削速度的提高而成正比下降。

因此，高速切削能减小表面粗糙度。

第三节常用磨床简介
一、M1432A型万能外圆磨床
1. 万能外圆磨床的构造
万能外圆磨床的外形如图7-5所示，它由下列几部分组成：
(1) 床身用于安装各部件。

上部有可移动的工作台和砂轮架，内部装有液压传动系统和机油。

(2) 砂轮架用来安装砂轮、内圆磨头及电动机。

砂轮架可在床身后部的导轨上作横向进给，并可绕垂直轴线旋转±30。

砂轮架可以自动周期进给或手动进给，也可以液压驱动快进、快退，以便于装卸和测量工件。

(3) 工作台它由液压驱动或手动，可沿床身顶部的纵向导轨作往复直线运动。

台面上装有头架和尾架，前测面的T形槽装有两块可调整的行程挡块，以控制工作台的纵向行程和自动换向。

工作台分上下两层，上层可在水平面内偏转，顺时针转3。

，逆时针转7。

，以便磨圆锥面。

(4) 头架上面有电动机通过可变速的塔形带轮带动主轴旋转。

主轴端可安装顶尖、拨盘和卡盘，用于装夹工件。

头架可在水平面内偏转一定角度（+90。

），用以磨削短锥面和端面。

(5) 尾架它的套筒内可装顶尖，用以支承轴类零件的另一端。

尾架还可沿工作台面纵向移动。

装卸工件时，顶尖套筒的缩进和伸出，可用手扳动尾架上的手柄，也可用脚踏动操纵箱下端的踏板。

(6) 内圆磨具架内圆磨具用来磨削内孔，使用时，将它翻转下来，并用螺栓紧固在砂轮架壳体上。

磨外圆时，将它翻上，并用插销定位即可。

图 7-5
2. 万能外圆磨床的工作
万能外圆磨床可用来磨外圆、内孔、端面（图7-6），也可磨圆锥面（图7-7）。

磨圆锥面时，可根据工件的长短和锥角的大小，调节工作台、头架或砂轮架的转角。

磨内圆锥面时，可调节头架或工作台的转角。

图7-6
图7-7
二、M7120A型平面磨床
平面磨床的砂轮轴有卧轴式（周磨）和立轴式（端磨）之分，其工作台有矩形和圆形之分。

M7120A型卧轴矩形台平面磨床的外形如图7-8所示。

它由床身、工作台、立柱、滑座和砂轮架等组成。

平面磨床的工作台上装有电磁吸盘，用以吸牢工件和夹具。

磨削时，工作台带动工件作往复纵向进给运动，砂轮架带动砂轮在滑座的燕尾形导轨上作间歇横向进给运动。

滑座可带动砂轮沿立柱导轨垂直移动，以调整磨削深度或完成垂直进给动。

图7-8
第四节砂轮
一、砂轮构成的要素及其选择
砂轮是由磨料和结合剂以适当比例混合，经压坯、干燥和烧结而成。

（图7-4）。

它由磨粒、结合剂和气孔三个要素组成。

磨粒相当于切削刀具的切削刃，起切削作用；结合剂使各磨粒位置固定，其支持磨粒的作用；气孔则有助于排出切屑。

图7-4
砂轮特性包括磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和形状尺寸等。

砂轮的特性及其选择如表7-1所示。

表7-1 砂轮的特性及其选择
双面凹砂轮双斜边砂轮筒形砂轮杯形砂轮
碟形砂轮
薄片砂轮
二、砂轮的标志代号
砂轮的标记印在砂轮的端面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。

例如：P400×50×203A60L5V35，其含意是：
第五节磨削加工的基本操作
一、外圆磨削
1、磨削运动
1)主运动——砂轮高速旋转。

2)圆周进给运动——工件以本身的轴线定位进行旋转。

3)纵向进给运动——工件沿着本身的轴线作往复运动。

4)横向进给运动——砂轮向着工件作径向切入运动。

2、磨削外圆表面的步骤和操作要点如表7-2所示。

表7-2 磨削外圆表面的步骤
二、平面磨削
1、磨削运动
1）主运动——砂轮高速旋转；
2）纵向进给运动——工件直线往复运动；
3）横向进给运动——砂轮沿其轴线方向的运动；
4）垂直进给运动——砂轮在垂直于工件表面方向的移动。

2、在卧轴矩形台平面磨床上磨削平面的步骤和操作要点如表7-3所示。

表7-3 磨削平面的步骤
第六节先进磨削技术
近30年来，随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高，高硬度、高强度、高耐磨性、高功能性的新型材料的应用增多，给磨削加工提出了许多新问题，亟待解决。

诸如材料的磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自动化等问题。

当前，磨削加工技术正朝着使用超硬磨料磨具，开发精密及超精密磨削，高速、高效磨削工艺及研制高精度、高刚度的自动化磨床方向发展。

一、精密及超精密磨削
精密磨削是指加工精度为1～0.1μm、表面粗糙度达到R a0.2～0.01μm的磨削方法，而强调表面粗糙度R a0.01μm以下，表面光泽如镜的磨削方法，称为镜面磨削。

精密磨削主要靠砂轮的精细修整，使磨粒在具有微刃的状态下进行加工而得到小的表面粗糙度值。

微刃的数量很多且具有很好的等高性，因此能使被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削的阶段，在微切削、滑挤、抛光、摩擦等作用下使表面获得高精度。

磨粒上的大量等高微刃要通过金刚石修整工具以极低的进给（10～15mm/min）精细修整而得到。

因此，在实际工作中，应选用具有高几何精度、高横向进给精度、低速稳定性好的精密磨床，用粗粒度砂轮（46号～80号），经过精细修整，无火花磨削5～6次单行程，再用细粒度砂轮（240号～W7），无火花磨削5～15次，以充分发挥磨粒微刃的微切削作用和抛光作用。

超精密磨削是指加工精度达到0.1μm级、而表面粗糙度在R a0.01μm以下的磨削方法。

加工精度为10-2～10-3μm时为纳米工艺。

超精密加工的关键是最后一道工序要从工件表面上除去一层小于或等于工件最后精度等级的表面层。

因此，要实现超精密加工，首先要减少磨粒单刃切除量，而使用微细或超微细磨粒是减少单刃切除量的最有效途径。

实现超精密磨削是一项系统工程，包括研制高速高精度的磨床主轴、导轨与微进给机构，精密的磨具及其平衡与修整技术，以及磨削环境的净化与冷却方式等。

超精密磨削多使用金刚石或CBN（立方氮化硼）微粉磨具。

早期超精密镜面磨削多使用树脂结合剂磨具，借助其弹性使磨削过程稳定。

最近几年，随着铸铁结合剂金刚石砂轮和电解在线修整技术的开发，使超精镜面磨削日臻成熟。

精密块规、半导体硅片等零件的最后工序常采用超精密研磨，而软粒子研磨和抛光是属于超精密的光整工艺，它通常包括弹性发射加工和机械化学研磨或抛光等两种加工方法。

弹性发射加工的最小去除量可达原子级，即小于10A（0.001
μm），直至切去一层原子，而且能使被加工表面的晶格不变形，保证得到极小的表面粗糙度和材质极钝的表面。

机械化学研磨或抛光的加工是借助研磨抛光液中的添加剂对被加工表面产生的化学作用，使工件表面产生一薄层易于被磨料或研具擦去的材料，实现精密加工。

二、高效磨削
1. 高速磨削
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。

一般砂轮线速度高于45m/s就属高速磨削。

过去由于受砂轮回转破裂速度的限制，以及磨削温度高和工件表面烧伤的制约，高速磨削长期停滞在80m/s 左右。

随着CBN磨料的广泛应用和高速磨削机理研究的深入，现在工业上实用磨削速度已达到150～200m/s，实验室中达到400m/s，并表现出惊人优异的磨削效果。

高速磨削有如下优点：在一定的单位时间磨除量下，当砂轮线速度提高时，磨粒的切削厚度变薄，这就使得单个磨粒的负荷减轻，砂轮耐用度提高；磨削表面粗糙度减小；法向磨削力减小，工件精度提高。

如果砂轮磨粒切削厚度保持一定，则在砂轮线速度提高时，单位时间磨除量可以增加，生产率得以提高。

2. 缓进给大切深磨削
缓进给大切深磨削又称深槽磨削或蠕动磨削。

它是以较大的磨削深度（可达30mm）和很低的工作台进给（3～300mm/min）进行磨削。

经一次或数次磨削即可达到所要求的尺寸精度，适于磨削高强度、高韧性材料，如耐热合金、不锈钢等的型面、沟槽等。

目前国外还出现了一种称为HEDG（Hing Efficiency Deep Grinding）的超高速深磨技术。

它在磨削工艺参数上集超高速（达150～250 m/s）、大切深（0.1～30mm）、快进给（0.5～10m/min）于一体，采用立方氮化硼砂轮和计算机数控，其工效已大大高于普通的车削或铣削。

3. 砂带磨削
用高速运动的砂带作为磨削工具，磨削各种表面的方法称为砂带磨削。

砂带的结构由基体、结合剂和磨粒组成。

每颗磨粒在高压静电场的作用下直立在基体上，并以均匀间隔排列。

砂带磨削的优点是：
(1) 生产率高。

砂带上的磨粒颗颗锋利，切削量大；砂带宽，磨削面积大，生产率比用砂轮磨削高5-20倍。

(2) 磨削能耗低。

由于砂带重量轻，接触轮与张紧轮尺寸小，高速转动惯量小，所以功率损失小。

(3) 加工质量好。

它能保证恒速工作，不需修整，磨粒锋利，发热少，砂带散热条件好，能保证高精度和小的表面粗糙度值。

(4) 砂带柔软，能贴住成型表面进行磨削，因此适于磨削各种复杂的型面。

(5) 砂带磨床结构简单，操作安全。

其缺点是砂带消耗较快，砂带磨削不能加工小直径孔、盲孔，也不能加工阶梯外圆和齿轮。

三、磨削自动化
1. 数控磨床
数控磨床在20世纪90年代才真正进入普及实用期。

利用磨削加工中心（GC）具有的数控功能，进行三轴同时控制，可磨削加工三维复杂表面，实现磨削加工的复合化与集约化，如图7-9所示。

其主要技术内容如下：
控制功能：除具有其他数控设备高性能的数控系统以外，高精密伺服技术是重要环节，采用完全数字式伺服系统使机床在高精度高速（如：56m/min）送进时达到0.1μm的控制。

该类机床的分辨率（最小输入单位）一般小于0.001mm。

图7-9
机械结构：(1)砂轮轴。

主轴高速化、高刚性、高精度化。

磨床主轴的高速化采用空气轴承及磁力轴承支承，特别是磁力轴承的优点在超高速磨削中引人注目。

(2)导轨。

高性能的磨床导轨主要采用油静压导轨和空气静压导轨。

热变形对策：热变形对策是进行高精度化、系统自动化磨削加工中的主要技术，一般采用减少发热、隔离、热对称结构、应用低膨胀材料、环境恒温控制、控制软件等措施。

砂轮、工件的自动交换：包括砂轮（工具）高精度自动交换，砂轮自动修整和整形技术，工具寿命判定及磨损补偿；工件高精度自动交换。

2.磨削加工智能化
磨削过程是一个多变量影响过程，对其信息的智能化处理和决策，是实现柔性自动化和最优化的重要基础。

目前磨削中人工智能的主要应用包括磨削过程建模、砂轮及磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和控制、自适应控制优化、智
能化工艺设计和智能工艺库等方面。

近几年来，磨削过程建模、模拟和仿真技术有很大发展，并已达到实用水平。

在磨削过程智能监测方面，声发射技术应用较多，它与力、尺寸、完整性微观参数的测量相结合，通过“中性网络”和“模糊推理”对磨削过程已能提取全面的在线信息，已用于过程监测与控制。

此外，神经网络系统、自适应控制、磁力轴承轴心偏移实施补偿、分子动力学计算机仿真等均有一定的发展。

第七节操作实训
【项目一】传动轴
磨削传动轴（图7-10）的步骤如表7-4所示。

图7-10
【项目二】磨V形块
磨削V形块（图7-11）的步骤如表7-5所示。

图7-11
表7-4磨削传动轴的步骤
表7-5 磨削V形块的步骤
，。