《机械制造技术基础（3d版）》李凯岭07机械制造技术基础（3d）第7章磨削加工与磨削工具.ppt

第7章 磨削加工与磨削工具,,磨削是用于零件精加工和超精加工的切削加工方法在磨床上应用各种类型的磨具，可以完成内、外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨和成形面等各种表面的精加工7.1磨削加工,,7.1.1 磨削工艺特点与应用 1.磨削工艺特点 （1）磨削精度高，表面粗糙度值小 （2）磨削是加工淬火钢等特硬材料的基本方法 （3）砂轮有“自锐”作用 （4）砂轮的磨削速度和线速度高 （5）磨削温度高,,2．影响磨削加工表面粗糙度的因素 影响磨削表面粗糙度的因素很多，主要有： （1）磨削用量的影响 1）砂轮速度 2）工件速度 3）磨削深度和光磨次数2）砂轮的影响 1）砂轮粒度 2）砂轮的硬度 3）砂轮的修整 4）砂轮材料 （3）被加工材料的影响,,3.磨削应用 磨削是机械制造中最常用的加工方法之一它的应用范围很广，可以磨削难以切削的各种高硬、超硬材料；可以磨削各种表面；可用于荒加工（磨削钢坯、割浇冒口等）、粗加工、精加工和超精加工 磨削加工更适于工件的精加工，可用于加工淬火钢、工具钢以及硬质合金等硬度很高的工件表7-1 磨削工艺参数,,7.1.2磨削加工方法分类 1.外圆磨削,（1）纵向进给磨削 如图7-1所示,图7-1 纵向进给磨削外圆,,图7-2 横向进给磨削外圆,图7-3 磨削外圆和端面,（2）横向进给磨削（切入磨削） 如图7-2,7-3 所示,,（3）快速点磨 如图 7-4,a) b） 图7-4 快速点磨法与传统磨削方法比较 a)传统磨削方法 b）快速点磨法,,（4）外圆磨削的尺寸控制,图7-5 圆磨削尺寸的自动控制,,2.内圆磨削,a） b） 图7-6 磨削方法,a）纵磨法磨内孔 b）横磨法磨内孔,,3.平面磨削,a） b） c） d） 图7-7 平面磨削方式 a)卧轴矩台平面磨床磨削 b) 立轴矩台平面磨床磨削 c)卧轴圆台平面磨床磨削 d) 立轴圆台平面磨床磨削,,4. 工件无中心支撑的外圆磨削 （1）无心外圆磨削 无心磨削时工件不定中心的磨削。

工件用被加工外圆表面自身定位，故一般不能纠正外圆之间的同轴度、外圆与端面之间的垂直等相互位置误差 贯穿磨削法（即纵向进给磨削，工件从磨轮与导轮之间通过），适用于光滑轴类无台肩的外圆表面加工常用贯穿法 切入法（横向进给磨削），适用于带有轴肩的圆柱面或圆锥表面的加工，并可实现成形磨削 应用 无心磨削机床调整比较费时，单件小批量生产不太经济，带有键槽、缺口、纵向平面的外圆也不能加工图7-8 无心外圆磨削 （a） 纵磨法； （b） 横磨法 1—磨削砂轮 2—导轮 3—托板 4—挡块 5—工件,,（2）无心内圆磨削,图7-9 无心内圆磨床的工作原理 1-滚轮 2-压紧轮 3-工件 4-导轮,,7.2磨削工具 7.2.1普通磨具 1.普通磨具的类型 2.砂轮的特性及选择 普通砂轮是用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整制成特性决定于磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等 （1)磨料 几种常用磨料的特性及适用范围参见表7-3 （2)粒度 常用磨粒的粒度及适用范围参见表7-4 （3)结合剂 性能及适用范围参见表7-5 （4)硬度 参见表7-6 （5)组织 砂轮组织的级别及适用范围参见表7-7。

3．砂轮形状 尺寸及标识 常用砂轮的形状、代号及主要用途参见表7-87.2.2 超硬磨粒砂轮 超硬砂轮采用人造金刚石或立方氮化硼为磨料，其特性及适用范围见表7-9超硬磨料的常用粒度号及其适用范围见表7-107.3 磨削机理 7.3.1 磨削过程 1.磨削运动 磨削时，一般有4个运动，如图7-10所示图7-10 磨削时运动示意图,,（1）主运动 砂轮的旋转运动称为主运动主运动速度是砂轮外圆的线速度，即 式中，v是速度（m/s）；d0是砂轮直径（mm）；no是砂轮转速（r/s） （2）径向进给运动 径向进给运动是砂轮切入工件的运动径向进给量fr是指工作台每双（单）行程内工件相对于砂轮径向移动的距离，单位为mm/ (d.str)当做连续进给时，单位为mm/s一般情况下，fr=0.005mm/ (d.str)～0.02mm/(d.str)3）轴向进给运动 轴向进给运动即工件相对于砂轮的轴向运动轴向进给量fa是指工件每转一圈或工作台每双行程内工件相对于砂轮的轴向移动距离，单位为mm/r或mm/( d.str)一般情况下fa=(0.2～0.8)B；B为砂轮宽度（mm） （4）工件的圆周（或直线）进给运动 工件速度vw指工件圆周进给运动的线速度，或工作台（连同工件一起）直线进给运动速度，单位为m/s。

2．单磨粒磨削过程分析,图7-11 磨粒对工件的切削,图7-12 单科磨粒磨削过程的三个阶段,,（1）滑擦阶段 磨粒切削刃刚开始与工件接触时，由于切削厚度由零开始逐渐增大，由于磨粒具有很大的实际负前角和较大的切削刃钝圆半径，所以磨粒并未真正切削工件，只是在工件上滑擦而过，砂轮和工件接触面上只有弹性变形，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摩擦作用，由摩擦产生的热量使工件温度升高2）刻划阶段 当磨粒机械切入工件，随着切削厚度逐渐加大，磨粒作用在工件上的法向力fn增大到一定值时，被磨工件表面开始产生塑性变形，磨粒逐渐切人工件表层材料中，使磨粒前方受挤压的金属向两边塑性流动，表层材料被挤向磨粒的前方和两侧，在工件表面梨耕出沟槽，而沟痕两侧微微隆起，此时磨粒和工件间的挤压摩擦加剧，热应力增强这一阶段成为刻划阶段这一阶段的特点是工件表面层在磨粒作用下，产生塑性变形，表层组织内产生变形强化，产生的热量大大增加3）切削阶段 随着磨粒继续向工件切入，切削厚度不断增大，当其达到某一临界值时，被磨粒挤压的金属材料产生明显的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，同时也伴随有表面组织的塑性变形强化。

3．磨削阶段划分 磨削时，由于径向分力的作用，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 当径向进给量达到磨削余量时，径向进给运动停止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，而是逐渐减少7.3.2磨削力与磨削温度 1.磨削力及磨削功率,图7-13 三个磨削分力 a）外圆磨削b）内孔磨削c）平面磨削,,2.磨削温度 由于磨削时单位磨削力Kc比车削时大得多，切除金属体积相同时，磨削所消耗的能量远远大于车削所消耗的能量这些能量在磨削中将迅速转变为热能，磨粒磨削点温度高达1000℃~1400℃，砂轮磨削区温度也有几百度 （1）砂轮速度vc 提高砂轮速度vc，单位时间通过工件表面的磨粒数多，单颗磨粒切削厚度减小，挤压和摩擦作用加剧，单位时间内产生的热量增加，使磨削温度升高。

2）工件速度vw 增大工件速度vw，单位时间内进入磨削区的工件材料增加，单颗磨粒的切削厚度加大，磨削力及能耗增加，磨削温度上升；但从热量传递的观点分析，提高工件速度vw，工件表面与砂轮的接触时间缩短，工件上受热影响区的深度较浅，可以有效防止工件表面层产生磨削烧伤和磨削裂纹3）径向进给量fr 径向进给量fr增大，单颗磨粒的切削厚度增大，产生的热量增多，使磨削温度升高 （4）工件材料 磨削韧性大、强度高、导热性差的材料，因为消耗于金变形和摩擦的能量大，发热多，而散热性能又差，故磨削温度较高磨削脆性大、强度低、导热性好的材料，磨削温度相对较低 （5）砂轮特性 选用低硬度砂轮磨削时，砂轮自锐性好，磨粒切削刃锋利，磨削力和磨削温度都比较低7.3.3砂轮的磨损与耐用度 1.砂轮的磨损 同其他切削刀具一样，砂轮在磨削时，磨粒经受着机械和热的作用，同样会产生磨损砂轮虽有一定的自锐性，但在一般条件下，不可能完全自锐，因此砂轮磨损后必须及时修整，以获得良好的表面形貌和磨削性能砂轮的磨损有3种基本形态，即磨耗磨损、破碎磨损及脱落磨损如图7-14所示1）磨耗磨损 磨耗磨损在与工件相接触的砂轮磨粒上形成磨损小棱面A，在磨削过程中，由于工件硬质点的机械摩擦、高温氧化及扩散等作用均会使磨粒切刃产生耗损钝化。

（2）破碎磨损 在磨削过程中，磨粒经受多次反复的骤热骤冷作用，使磨粒表面形成极大的应力，沿某面B出现局部破碎 （3）脱落磨损 磨削温度上升，结合剂强度相应下降，当磨削力超过结合剂强度时，整个磨粒从砂轮上脱落下来，形成脱落磨损7.4常用磨床种类及其功用 用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨剂等）为工具进行切削加工的机床，统称磨床 磨床可以加工内外圆柱面、圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形面，还可以刃磨刀具和进行切断等工作，其应用范围十分广泛 磨床主要用于零件的精加工，尤其是淬硬钢和高硬度特殊材料零件的精加工7.4.1 M1432B型万能外圆磨床 1．机床的用途、布局及运动 （1）机床的用途 万能外圆磨床的工艺范围较宽，可以磨削内外圆柱面、内外圆锥面、端面等但其生产效率较低，适用于单件小批生产 （2）机床的布局 图7-15所示为万能外圆磨床结构 （3）机床的运动 图7-16所示是万能外圆磨床几种典型加工方法的示意图图7-15 万能外圆磨床结构 1-床身 2-头架 3-工作台 4-内磨装置 5-砂轮架 6-尾座 7-脚踏操纵板,,a） b）,c） d） 图7-16 万能外圆磨床加工示意图 a)磨外圆柱面b）扳转工作台磨长圆锥面 c）扳转砂轮架磨短圆锥面d）扳转头架磨内圆锥面,,2．机床的传动 图7-17所示为M1432B型万能外圆磨床的传动系统图。

工作台的纵向往复运动，砂轮架的快速进退和自动周期进给以及尾座套筒的缩回均采用液压传动，其余则为机械传动 (1)头架的传动 头架上双速电动机(0. 55/1.lkW，700/1360r/min)经3级V带传动，把运动传给头架的拨盘（与带轮Φ179mm为一体）拨动工件作圆周进给运动其传动路线表达式为：,,,图7-17 M1432B型万能外圆磨床的传动系统图,,（2）外圆磨削砂轮的传动 砂轮架电动机(4.0kW，1440r/min)经V带直接传动砂轮主轴旋转 （3）内圆磨具的传动 内圆磨具电动机(1.lkW，2840r/min)经平带直接传动内圆磨具主轴旋转起动此电动机的条件是支架翻转到工作位置接通由电气联锁机构切断的电路这时，砂轮架快速进退手柄在原位置自锁4）工作台的传动 工作台既可液压传动，也可手动手动是为了磨削轴肩或调整工作台的位置手轮A转一转，工作台的纵向移动量f为：,,（5）砂轮架的横向进给运动 用手转动固定在轴Ⅷ上的手轮B，可使砂轮架作横向进给，其传动路线表达式为：,,,3．主要部件的结构 （1）砂轮架 砂轮架由壳体、主轴及其轴承、传动装置等组成 图7-18所示为M1432B型万能外圆磨床的砂轮架。

2）内磨装置 内磨装置主要由支架和内圆磨具两部分组成内圆磨具装夹在支架的孔中，当需进行内圆磨削时，将支架翻下 图7-19示为内圆磨具7.4.2平面磨床,图7-20 卧轴矩台式平面磨床 1-砂轮架 2-滑鞍 3-立柱 4。