第5次课 第三章 精密磨削加工(1)

2）减小机床热变形的措施
（1）尽量减少机床中的热源。如机床主轴采用空气轴承代替液体静压轴承以减少发热量；使用发热量小的电动机；将发热器件放在机床床身以外。
（2）采用热膨胀系数小的材料制造机床部件。现在不少坐标测量机和超精密机床使用花岗岩、铟钢、陶瓷铟钢铸铁、低热膨胀系数的铸铁等做机床的关键部件。
（3）机床结构合理化。使在同样温度变化条件下机床的热变形最小。
（5）工艺性好，容易制造。
（6）微量进给机构应具有良好的动态特性，即具有高的频率响应（简称频响）。
（7）微量进给机构应能实现微进给的自动控制。
4.机床的稳定性和减振隔振
1）对机床的稳定性要求对机床的稳定性要求有如下几方面：
（1）对机床轴稳定性要求各部件的尺寸稳定性好。采用尺寸稳定性好的材料制造机床部件，如用陶瓷、花岗岩、尺寸稳定性好的钢材、合金铸铁等；各部件经过消除应力的处理，如时效、冰冷处理、铸件缓慢冷却等方法使部件有高度的尺寸稳定性。
（7）磨削在切削加工中的比例日益增大。在工业发达国家磨床在机床总数中的比例已占到30%~40%，且有不断增长的趋势。
3.1.2精密磨削加工的分类
精密磨削加工是利用细粒压的磨粒或微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值，它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。
1．固结磨具
超硬磨料砂轮磨削的特点是：①可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属材料；②磨削能力强、耐磨性好、耐用度高，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持粒度；易于控制加工尺寸及实现加工自动化；③磨削力小、磨削温度低；④磨削效率高；⑤加工综合成本低。
（2）磨料粒度及其选择。粒度的选择应根据加工要求、被加工材料、磨料材料等来决定。
（2）结构刚性高、变形小。当机床运动部件位置改变工件装卸或负载变化，受力作用变化等，均将造成变形，要求结构刚度高、变形量极小，基本不影响加工精度，各接触面和连接面的接触良好，接触刚度高，变形极小。
2）提高机床稳定性的措施
（1）各运动部件都经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源。
（2）提高机床结构的抗振性。
（3）结合剂及其选择。结合剂的作用是将磨料黏合在一起，形成一定的形状并有一定的强度。
（4）组织和浓度及其选择。普通磨具中磨料的含量用组织表示，它反映了磨料、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。超硬磨具中磨料的含量用质量浓度表示，它是指磨料层中每lcm3体积中所含超硬磨料的重量。浓度越高，其含量越高。
（3）在机床结构的易振动部分，人为地加入阻尼，减小振动。
（4）使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。
（5）精密机床应尽量远离振源。
（6）精密机床采用单独地基、隔振沟、隔振墙等。
（7）使用空气隔振垫（也称空气弹簧）。
5.减少热变形和恒温控制
1）温度变化对精密机床加工误差的影响据统计，精密加工中机床热变形和工件温升引起的加工误差占总误差的40%~70%。在一般机械加工中，磨床润滑油和磨削液每日变化10℃是常见的现象，如磨削φ100的轴类零件，温度升高10℃将产生11μm的误差。精密加工铝合金零件长100mm时，温度变化1℃，将产生2.25μm的误差。若要求确保0.1μm的加工精度，环境温度就需要控制在±0.05℃范围内。从以上结果可看到要提高机床的加工精度，必须严格控制温度变化。
教案ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
执教者
科目
特种加工
班级
课题
第三章精密磨削加工（1）
课型
讲授
时间
地点
本班教室
教学目标
1.掌握精密磨削加工特点及应用场合；
2.了解精密磨削加工机床结构；
教学重点
精密磨削加工特点及应用场合
教学难点
精密磨削加工机床结构
学情分析
对于磨削加工比较陌生，尤其对于磨削加工机床结构更陌生，但因参加过车工实习，对于砂轮还不陌生，对于磨切加工有定的感性认识。
精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度，以保证工件的几何形状精度。
2．低速进给运动的稳定性
由于砂轮的修整导程要求10~15mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。
3．减少振动
精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。
4．减少热变形
教学环节
教学内容
师生双边活动
导入
新授
第3章精密磨削加工
3.1概述
3.1.1磨削的基本特点磨
削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的主要切削工具。磨削的基本特点如下。
（1）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。但不适宜加工塑性较大的有色金属工件。
1）滚动导轨
2）液体静压导轨
3）气浮导轨和空气静压导轨
3.微量进给装置
在精密加工中，为使机床微位移的分辨率进一步提高，便于进行机床和加工误差的在线补偿，以提高加工的形状精度，都需要使用微量进给装置。现在高精度微量进给装置分辨率可达0.001~0.01μm。
现在使用的微量进给装置有多种结构形式及多种工作原理，归纳起来有下面几种类型：机械传动或液压传动式，弹性变形式，热变形式，流体膜变形式，磁致伸缩式，电致伸缩式。根据精密进给装置的要求，仅有弹性变形式和电致伸缩式微量进给机构比较适用，比较成熟。
（4）磨削温度高。磨削产生的切削热多，80%~90%传入工件（10%~15%传入砂轮，1%~10%由磨屑带走），加上砂轮的导热性很差，大量的磨削热在磨削区形成瞬时高温，容易造成工件表面烧伤和微裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温度。
（5）砂轮有自锐作用。
（6）磨削加工的工艺范围广。磨削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。
（4）使机床长期处于热平衡状态，使热变形量成为恒定。
（5）使用大量恒温液体喷淋，形成机床附近局部地区小环境的精密恒温状态。
讨论分析
回忆磨刀过程及部分细节
小结
作业
P73/1、2
1）对微量进给装置的要求
（1）精微进给和粗进给应严格分开，以提高微位移的精度、分辨率和稳定性。
（2）运动部分必须是低摩擦和高稳定度的，以便实现很高的重复精度。
（3）末级传动元件必须有很高的刚度。
（4）微量进给机构内部连接必须是可靠连接，尽量采用整体结构或刚性连接，否则微量进给机构很难实现很高的重复精度。
精密砂轮切削是利用精细修整粒度为60#～80#的砂轮进行磨削，其加工精度可达0.1~1μm、表面粗糙度值Ra可达0.2~0.25μm。超精密砂轮磨削是利用经过精细修整的粒度为W40~W50的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1μm，表面粗糙度Ra为0.025~0.008μm的加工表面。
（1）磨料及其选择。在精密和超精密磨削中，磨料除使用刚玉系和碳化物系外，还大量使用超硬磨料。超硬磨料在当前是指金刚石、立方氮化硼及以它们为主要成分的复合材料。
（2）磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可达IT5及IT5以上；表面粗糙度值Ra为1.25~0.01μm，镜面磨削时Ra为0.04~0.01μm。
（3）磨削的径向磨削力FY大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上。因此，在加工刚性较差的工件时（如磨削细长轴），应采取相应的措施，防止因工件变形而影响加工精度。
3.3精密磨削加工的机床及其应用
3.3.1概述
精密机床是实现精密加工的首要基础条件，随着加工精度要求的提高和精密加工技术的发展，机床的精度不断提高，精密机床和超精密机床也在迅速地发展。
精密磨削加工要在相应的精密磨床上进行，可采用MG系列的磨床或将普通磨床进行改造，所用磨床应满足以下要求。
1．高几何精度
（5）硬度及其选择。普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，磨粒自表面脱落的难易程度。磨具硬度低表示磨粒容易脱落。
（6）磨具的强度。磨具的强度是指磨具在高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力，对各类磨具都有最高工作线速度的规定。
（7）磨具的形状和尺寸及其基体材料。根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。
精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50%，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。
3.3.2精密磨削机床的结构及特点
1.精密主轴部件
精密主轴部件是精密机床保证加工精度的核心。现在大多使用液体静压轴承和空气静压轴承。
2.床身和精密导轨部件
对于床身导轨部件要求有很高的直线运动精度。并且能长期保持它的精度，要求直线运动时没有爬行现象。因此，在材料上改变过去的床身和导轨都用铸铁的情况，现在多数采用优质耐磨铸铁和花岗岩（包括人造花岗岩）。对机床导轨的耦合面，改变过去的摩擦接触而采用以下的方式：导轨表面用耐磨塑料层，导轨接触面强迫润滑，滚动导轨，液体静压导轨，气浮导轨，空气静压导轨。
2．涂覆磨具
涂覆磨具是将磨料用黏结剂均匀地涂覆在纸、布或其他复合材料基底上的磨具，又称涂敷磨具
（1）涂覆磨具分类、（2）磨料及粒度、（3）黏结剂。黏结剂又称为胶，黏结剂的种类有：动物胶、树脂、高分子化合物
（4）涂覆方法。涂覆方法是影响涂覆磨具质量的重要因素之—，不同品种的涂覆磨具可采用不同的涂覆方法，以满足使用要求。当前，涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等。