第一节　磨削加工

第一节　磨削加工

一、概述

磨削加工是在磨床上用砂轮对工件表面进行的切削加工，是零件精加工的主要方法之一。

磨外圆时，砂轮的高速旋转运动为主运动；工件的低速旋转运动为圆周进给运动；工件的纵向移动为纵向进给运动；砂轮的横向移动为横向进给运动。磨削用量为磨削速度v轮 （m/s）、圆周进给量v工（m/s）、纵向进给量f 纵 （mm/r）和横向进给量t（也称磨削深度，mm/dst）。如图8-1所示。磨削速度是指砂轮外圆的线速度；圆周进给量是指工件外圆的线速度；纵向进给量是指工件每转一周沿其轴向的位移量；横向进给量是指工作台每双行程内砂轮相对工件横向的位移量。

磨削主要用来精加工零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面及成形表面（花键、螺纹、齿轮等）和一些难加工高硬材料（淬火钢、硬质合金），加工精度可达IT6～IT5，表面粗糙度Ra值为0.8～0.1μm。如图8-2所示。

二、磨床

磨床的种类很多，专业性很强，按用途可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、花键磨床、螺纹磨床和齿轮磨床等。

1.磨床的型号

磨床型号的具体含义如下：

2.磨床的组成

万能外圆磨床的主要组成如图8-3所示。

（1）床身 床身用来支承和连接磨床各部件，上部的纵向导轨供工作台用，横向导轨供砂轮架用，内部装有液压传动装置和操纵机构。

（2）工作台 工作台有两层，上工作台可在水平面内偏转一定的角度（±8°），以便磨削圆锥面；下工作台由液压系统控制沿床身导轨作纵向往复运动。工作台前侧面的T形槽内，装有两个换向挡块，用以控制工作台的行程和换向。

（3）头架 头架的主轴前端安装顶尖、拔盘或卡盘，来装夹工件使其旋转。主轴由单独电动机带动，使工件获得不同的转速。

（4）尾座 尾座套筒内装有顶尖，可与主轴顶尖一起支承工件。尾座在工作台上的位置，可根据工件长度任意调整。

（5）砂轮架 砂轮架用来安装砂轮， 由单独电动机带动作高速旋转。砂轮架安装在床身的横向导轨上，可通过手动或液压传动实现横向进给。

万能外圆磨床的头架和砂轮架都可在水平面内回转一定角度，并装有内圆磨头，故加工范围较广，可以磨削内外圆柱面、锥度较大的内外圆锥面和端面。

3.磨床的液压传动系统

液压传动具有传动平稳，无冲击振动；换向方便，且可以在较大范围内无级调速的特点，故磨床采用液压传动系统。图8-4为液压传动原理的示意图。

磨床的液压传动系统主要由油泵、油缸、转阀、安全阀、节流阀、换向滑阀、工作介质（机油）及操作手柄等元件组成。安全阀的作用是使系统中维持一定压力，并把多余的高压油排入油池。工作台的往复直线运动是按下述循环实现的。

工作台左移（操作手柄在图中实线位置）：

高压油：油泵→转阀→安全阀→节流阀→换向滑阀→油缸右腔。

低压油：动力油缸左腔→换向滑阀→油池。

工作台右移（操作手柄在图中虚线位置）：

高压油：油泵→转阀→安全阀→节流阀→换向滑阀→油缸左腔。

低压油：动力油缸右腔→换向滑阀→油池。

操纵手柄由工作台侧面左右挡块推动。工作台行程长度由改变挡块位置来调整，当转阀转过90°时，油泵中的高压油全部流回油池，工作台停止运动。

4.工件的装夹

磨床上常用的工件装夹方法有顶尖装夹、卡盘装夹和心轴装夹。顶尖装夹适用于有中心孔的轴类零件。为提高加工精度，工件支持在两死顶尖之间（如图8-5所示）；卡盘有三爪卡盘、四爪卡盘和花盘。无中心孔的圆柱形工件多采用三爪卡盘装夹，不对称的工件多采用四爪卡盘装夹，形状不规则的工件多采用花盘装夹；心轴装夹适用于盘、套类空心工件，常用的心轴有台肩心轴、锥形心轴和胀力心轴。

5.其他磨床

（1）平面磨床 平面磨床主要用来磨削平面。磨削时，砂轮的高速旋转为主运动，工作台的纵向移动为进给运动。工作台上装有电磁吸盘或其他夹具，用以安装工件。磨削平面的加工精度可达IT6～IT5，表面粗糙度Ra值为0.4～0.2μm。

（2）内圆磨床 内圆磨床（如图8-7所示）主要用来磨削圆柱孔、圆锥孔及端面。磨削运动和外圆磨床相同。砂轮作高速旋转，且旋转方向与工件旋转方向相反。内圆的加工精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.8～0.2μm。

（3）无心外圆磨床 无心外圆磨床主要用于成批及大量生产中磨削细长轴和无中心孔的短轴。磨削时不用装夹工件，而是放置在砂轮和导轮之间，用托板支持，工件由低速旋转的导轮带着旋转， 由高速旋转的砂轮磨削，如图8-8所示。磨削的加工精度可达IT6～IT5，表面粗糙度Ra值为0.8～0.2μm。

三、砂轮

1.砂轮特性及选择原则

砂轮是磨削的主要切削工具。磨料、结合剂和空隙是构成砂轮的三大要素（如图8-9所示）。砂轮的特性包括磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等。磨粒直接担负切削工作，应具有坚韧、锋利、耐热等性能。常用的磨料有刚玉（Al2O3）和碳化硅（SiC）两大类。刚玉类适用于磨削钢料及合金钢刀具，碳化硅类适合于磨削铸铁、青铜等脆性材料及硬质合金刀具等。磨料的大小用粒度表示，粒度号越小，颗粒越大。粗磨和磨软材料时用小号，精磨和磨硬材料时用大号。常用的粒度号为30＃～100＃。磨料由结合剂粘结成具有一定形状和强度的砂轮（如图8-10所示）。最常用的是陶瓷结合剂，磨粒被粘结得越牢，砂轮的硬度就越高。砂轮的组织是指磨料、结合剂、气孔三者体积的比例关系，分为紧密、中等、疏松三大类16级，最常用的是5级、6级，级数越小，砂轮越紧密。磨淬火钢及工具时常用中等组织。

砂轮选用时主要根据工件的材料、形状、尺寸及热处理方法。在砂轮的非工作面上印有特性代号，如：

2.砂轮的安装与修整

砂轮是在高速下工作的，安装前必须确保其没有裂纹。大砂轮用台阶法兰盘安装并需做平衡试验；中等尺寸的砂轮用法兰盘安装在主轴上（如图8-11所示）；小砂轮直接黏固在主轴上。

砂轮用钝后，需用金刚石刀将砂轮表面变钝的砂粒切去，以恢复其几何形状和锐利程度（如图8-12所示）。修整时要用大量冷却液，以避免金刚石刀因温度剧升而破裂。

四、磨削加工方法

磨削加工时，为了减少摩擦和散热，降低磨削温度，及时冲走屑末，以保证工件表面质量，应使用大量的冷却液。

1.磨削外圆

磨削外圆主要是在外圆磨床上进行的。常用的磨削方法有纵磨法、横磨法和深磨法（如图8-13所示）及无心外圆磨。 目前纵磨法在生产中应用最广，主要用于单件小批生产以及精磨长度与直径之比较大的工件；横磨法主要用于磨削短工件、阶梯轴的轴颈以及粗磨等；深磨法主要用于大批量生产，且要求机床功率大、刚度好。

2.磨削内圆

磨削内圆主要是在内圆磨床和万能外圆磨床上进行的。常用的磨削方法有纵磨法和横磨法，其中纵磨法应用最为广泛。磨削内圆时，通常采用三爪卡盘、四爪卡盘、花盘及弯板等夹具装夹工件，其中最常用的是用四爪卡盘通过找正装夹工件（如图8-14所示）。

3.磨削平面

磨削平面是在平面磨床上进行的。工件一般采用电磁吸盘工作台直接装夹。常用的磨削方法有周磨法和端磨法两种（如图8-15所示）。周磨法的砂轮与工件接触面积小，发热量小，便于冷却，加工质量高，但生产效率低、主要用于精磨。与此相反，端磨法的磨削效率高，但磨削精度低，主要用于粗磨和半精磨。