机械加工一体化教材—磨削模块

272模块五磨削模块第一章磨工基础知识第一节常用磨床简介一、磨床种类磨床的种类很多，按用途和工艺方法的不同，大致可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、刀具刃磨床和专门化磨床等。图5-1-1为常用的M2110型内圆磨床。图5-1-1M2110型内圆磨床273我国将磨床品种分为三大类。一般磨床为第一类，用大写汉语拼音字母“M”表示，读作“磨”；第二类为超精加工磨床、抛光磨床、砂带抛光机等，用“2M”表示；轴承套圈、滚子、钢球、叶片磨床等为第三类，用“3M”表示。齿轮磨床和螺纹磨床则分别用“Y”和“S”表示，读作“牙”和“丝”。各类磨床按加工不同又各分为10个组，每个组又分0～9共10个系。磨床的类、组、系划分参见表5-1-1。按表5-1-1可查出常见的一般磨床名称。如1组外圆磨床组中，“0”为无心磨床系，M10即表示无心磨床；7组平面及端面磨床组中，“0”为曲线磨床系，M90表示光学工具曲线磨床。表5-1-1磨床的类、组、系划分表（GB/T15375-94摘录）274275276277二、磨床型号识别根据GB/T15375—94《金属切削机床型号编制方法》的规定，磨床型号由大写字母的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。型号分基本部分和辅助部分，中间用“/”隔开（读作278“之”）。前者需统一管理，后者纳入型号与否右企业自定。型号构成如下：1.分类代号、类代号磨床的分类代号、类代号用M、2M、3M表示，前已述及。2.通用特性、结构特性代号通用特性代号见表5-1-2。表5-1-2通用特性代号结构特性在型号中没有统一的含义，只有在同类机床中起区分机床结构、性能不同的作用，并排在通用特性的代号之后。结构特性代号用汉语拼音字母（通用特性代号已用的字母和“I、O”两个字母不能采用）表示。3.组、系代号详见表5-1-1。4.主参数或设计顺序号磨床型号中的主参数用折算值表示，一般等于磨削的最大尺寸或机床工作台宽度（或最大回转直径）的数值的1/10，个别机床折算系数为1或1/100。如无心外圆磨床M1080表示最大磨削直径为∮80mm；M7130型卧轴矩台平面磨床，30表示其工作台宽度为300mm；M8240型曲轴磨床，40则表示最大回转直径为∮400mm。设计顺序号是某些通用机床无法用一个主参数表示时采用的型号编号。设计顺序号由1起始，当设计顺序号小于10时，由01开始编号。5.主轴数或第二主参数主轴数只有多轴机床才表示，其主轴的数值置于主参数前，磨床大多为单轴，可省略，不予表示。279第二主参数一般也不予表示，若有特殊情况，折算成二～三位数表示。6.重大改进顺序号这类代号按字母本身读音，放在型号基本部分的末尾。其代号按改进的先后顺序用A、B、C……等汉语拼音字母（但“I、O”两个字母不得选用）。例1解释型号MGB1432D的含义答：该机床为一般类磨床，代号G为高精度，B为半自动，14表示外圆磨床组的万能系列，32表示其最大磨削直径为∮320mm，D表示该磨床为第四次重大改进的产品。所以，该机床的名称为“高精度、半自动万能外圆磨床”。例2简述型号M7120B的含义答：M—一般磨床类；71—卧轴矩台平面磨床；20—工作台最大宽度为200mm；B—第二次结构重大改进。例3简述型号M8612A的含义答：M—一般磨床类；86—花键轴磨床；12—最大磨削直径为∮120mm；A—第一次结构重大改进。三、磨床结构磨床主要由床身、工作台、砂轮架等部件组成，不同组系的磨床，则各有其结构特点。以常见的万能外圆磨床为例，主要部件除上述之外，还有头架、尾座和内圆磨具（见图5-1-2）。图5-1-2万能外圆磨床1-床身2-工件头架3-工作台4-内圆磨具5-砂轮架6-尾座7-控制器1.床身床身是机床的基础部件，用以支承安装在其上的各个部件，且要保持各个部件间的相对正确位置和运动精度。该磨床身为箱形铸件，其纵向导轨上装有工作台，垫板的横向导轨上装有砂轮架。床身内还装有液压装置、横向进给机构和纵向进给机构等。2802.工作台工作台分上下两层，上工作台可相对下工作台回转角度，以便磨削锥面。下工作台由机械或液压传动，可沿着床身的纵向导轨作纵向进给运动，，工作台的行程则由撞块控制。3.砂轮架砂轮架安装在床身垫板的横向导轨上，操纵横向进给手轮可实现砂轮的横向进给运动，以控制背吃刀量。砂轮架还可由液压传动，实现一定行程的快速进退运动。砂轮装在砂轮主轴端，以锥体定位，由电动机带动。砂轮上方为浇注切削液的喷嘴。4.头架头架由壳体、主轴部件、传动装置等通过底座安装在工作台上。主轴可安装卡盘夹持工件，或用顶尖支持工件，并使工件形成精确的回转中心。调节变速机构，可使主轴上拨盘获得不同转速，工件则由拨杆带动旋转。5.尾座尾座套筒前端可安装顶尖与头架配合支承工件。尾座套筒后端的弹簧，可调节顶尖对工件的轴向压力。6.内圆磨具内圆磨具用于磨削工件的内孔，在它的主轴端可安装内圆砂轮，由电动机经传动带传动作磨削运动。内圆磨具装在可绕铰链回转的支架上，使用时可向下翻转至工作位置。第二节常用磨床传动系统简介磨床的传动，是通过运动源、传动装置和执行件并以一定的规律所组成的传动链来实现的。一、运动源是给执行件提供动力和运动的装置，常采用三相异步电动机。二、传动装置是传递动力和运动的装置。它把运动源提供的动力和运动最后传给执行件。同时，传动装置还需完成变速、变向和改变运动形式等任务，以使执行件获得所需的运动速度、运动方向和运动形式。三、执行件执行磨床工作的部件。如主轴、头架、工作台等。执行见用于安装砂轮或工件，并直接带动其完成一定的运动形式和保证准确的运动轨迹。磨床常见的传动方式，一般有机械、液压、电动传动等三种。一、机械传动磨床常用的机械传动有带传动、螺旋传动和齿轮传动等。1.带传动呈封闭的环形带（截面一般为矩形或梯形），以一丁点张紧力紧套在两带轮上，主动轮回转时，靠带与带轮间的摩擦力拖动带传动，带又拖动装在从动轴上的从动轮回转，这样实现了带传动。带传动常用于磨床砂轮架主轴、内圆磨具主轴及工件头架主轴上，由装在电动机轴上的主动带轮通过一至三级带轮辐传至主轴，实现主轴的变速。带传动工作平稳，无噪声，维护方便，过载时带在轮上打滑，具有过载保护作用。但传动效率较低，使用寿命短，不能保证准确的传动比，要不是用在传动比要求不严格的场合。2.螺旋传动螺旋传动上依靠丝杆与螺母之间的啮合力来传递运动和动力的。它可把281回转运动变为直线运动。例如磨床上砂轮架的手动和自动横向进给运动，最后都是依靠丝杆螺母的传动来实现的。螺旋传动还具有力的放大作用和较好的自锁性，且传动平稳，噪声小，依靠高精度的螺母与丝杆，可获得较精确的微量进给。图5-1-3工作台纵向液压传动示意图1-过滤器2-液压泵3-溢流阀4-节流阀5-换向阀6-液压缸7-工作台2823.齿轮传动一对齿轮啮合而工作时，主动轮的轮齿将力传动从动轮的轮齿上，从而将主动轴的动力和运动传递给从动轴，这就是齿轮传动。如果有齿轮的轴不止一根，且上面的齿轮又能根据需要而啮合，就组成了一个能多级变速的轮系，以准确可靠的传递运动。磨床砂轮架内的进给变速机构和头架内主轴传动装置，都是用齿轮传动的。齿轮传动还可以把旋转运动变为直线运动，如磨床工作台的手动纵向移动就是由齿轮传动齿条来实现的。齿轮传动结构紧凑，体积小，使用寿命长，能保持恒定的瞬时传动比，传递的功率大，速度范围宽，但制造与安装精度要求高，成本也高。二、液压传动液压传动是磨床的重要传动方式。采用液压传动可使磨床运动平稳，并可实现较大范围内的无级变速。图5-1-3所示为磨床工作台往复运动液压系统的示意图，工作原理如下：当电动机带动液压泵2运转时，输出的压力油经节流阀4、换向阀5进入液压缸6的左腔，从而带动工作台7向右运动，液压缸右腔的低压油返回油箱。变换换向阀的位置（图5-1-3b），则高压油进入液压缸的右腔，工作台向左运动。转动节流阀，可调节工作台的运动速度。传动系统的压力由溢流阀3调节。液压传动元件单位重量传递的功率大，结构简单，布局灵活，易于实现远距离操纵和自动化。液压传动的工作性能好，速度、转矩、功率均可作无级调速，其元件的自润滑性能好，使用寿命长，元件易系列化、标准化、通用化。3、电气传动磨床的机械传动系统和液压传动系统都离不开电气传动系统。从合闸开始，到启动各台电动机、液压泵、水泵，直至磨床的各个运动，各个动作，按先后顺序、要求速度进行启动、转换、变速、联锁、停止等的各个过程都是通过电气传动的。第三节磨削用量和刨削切削用量是用于表示切削时主运动、进给运动和切入量参数的数值，以便于调整机床，取得良好的切削效果。根据磨削的特点，不同的磨削方式有不同的磨削用量。以外圆磨削为例，其磨削用量包括砂轮的圆周速度、工件的圆周速度、纵向进给量及横向进给量。一、砂轮圆周速度砂轮外圆表面上任一磨粒在单位时间内所经过的磨削路程，称为砂轮的圆周速度，用v。表示。此速度也即磨削主运动速度。v。的单位为m/s，按下式计算601000Dn。V。式中D。——砂轮直径（mm）；n。——砂轮转速（r/min）；283v。——砂轮的圆周速度（m/s）。砂轮圆周速度表示砂轮磨粒的磨削速度，又称磨削速度。外圆磨削和平面磨削的磨削速度一般在30~35m/s左右。内圆磨削因其砂轮直径限制故速度较低，一般在18~30/m/s左右。砂轮圆周速度对磨削质量和生产率有直接的影响。当砂轮直径变小时，会出现磨削质量下降的现象，就是由于砂轮圆周速度下降的缘故。二、工件圆周速度工件圆周速度是表示工件被磨削表面上任意一点，在每分钟内所走过的路程，用Vw表示，计算式为Vw=1000nwdw式中dw——工件外圆直径（mm）；nw——工件转速（r/min）；vw——工件圆周速度（m/min）工件的圆周速度远低于砂轮的圆周速度，一般为5~30m/min。三、纵向进给量工件每转一转，砂轮相对于工件在纵向进给运动方向的移动量，叫做纵向进给量。图5-1-4进给量计算式为f=(0.2～0.8)B式中B——砂轮宽度（mm）；f——纵向进给量（mm）。纵向进给量与工作台的纵向速度有关，其计算公式为Vf=1000fnw284式中f——纵向进给量（mm）；nw——工件转速（r/min）；vf——工作台纵向速度（m/min）。四、横向进给量外圆磨削时，在每次行程结束后，砂轮在横向进给运动方向上的移动量，叫做横向进给量，用ap表示。它是衡量磨削深度大小的参数，又称背吃刀量。其尺寸从垂直于进给运动方向测量。其计算公式为ap=2dD式中D——进给前工件的直径（mm）；d——进给后工件的直径（mm）；ap——横向进给量（mm）。外圆磨削时，横向进给量很小，一般取0.005~0.04mm，精磨时取小值，粗磨时则取大值。切削速度、进给量、背吃刀量通常称之为“切削三要素”，磨削时应合理选择。磨削用量的选择原则是：粗磨时以提高生产率为主，选用大的背吃刀量和纵向进给量；精磨时以保证精度和表面粗糙度要求为主，选择较小的背吃刀量和纵向进给量。同时还要考虑磨床、工件等具体情况，再综合分析确定。复习思考题1.解释下列磨床型号的含义：MG1432A，MBS1332A，M1080，MM1420，M2110，M6025A，M7475B2.万能外圆磨床主要有哪些主要部件？各部件有什么作用？3.磨削由哪些基本运动组成？4.磨床常见的传动形式有哪些？5.带传动是如何实现的，有什么优缺点？6.简述液压传动结构和原理。7.什么叫磨削用量？试举例说明。8.什么是圆周速度？如何计算？9.进给量可分为哪两类？其计算式分别是什么？10.什么是“切削三要素”？如何正确选择？285第二章磨具第一节砂轮的结构特性一、砂轮的结构砂轮是由磨料和结合剂以适当的比例混合，经压制、干燥、烧结而成。烧结后还需车削成形、静平衡、硬度测定及最高工作速度实验等一系列工序，以保证砂轮的质量。砂轮的结构如图5-2-1所示，它由磨粒、结合剂和空隙（气孔）三个要素组成。图5-2-1砂轮的结构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，起支持磨粒的作用。空隙则有助于