磨削加工工艺与设备

4.4磨削加工与磨床在磨床上用砂轮对工件表面进行切削加工的方法称为磨削加工，它是零件精密加工的主要方法之一。其加工精度可达IT6～IT4，表面粗糙度可达Ra1.25～0.01μm。磨削不仅能加工一般材料，如碳钢、合金钢、铸铁等，还可以加工用一般金属刀具难以加工的硬材料，如淬火钢、硬质合金等磨床的种类很多，常用的有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、成型面磨床和各种工具磨床等。4.4.1砂轮的特性与选择砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体，其中磨料、结合剂和孔隙是砂轮的三个基本组成要素。砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状及尺寸等因素来决定，现分别介绍如下。1.磨料常用磨料的名称、代号、特性和用途见下表。2.粒度粒度表示磨粒的粗细程度。粒度分为磨粒及微粉二类。磨粒用筛选法分级，如粒度60＃的磨粒，表示其大小正好能通过1英寸长度上孔眼数为60的筛网。直径小于40μm的磨粒称为微粉，微粉按实际尺寸大小表示，如尺寸为28μm的微粉，其粒度号标为W28。粗磨时，磨削余量大，要求表面粗糙度较高，应选用粒度较粗的磨粒。因为磨粒粗，气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热。精磨时，余量较小，要求表面粗糙度较低，可取细磨粒。一般来说，磨粒愈细，磨削表面愈光洁。不同粒度砂轮的应用见下表。3.结合剂结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。4.硬度砂轮的硬度是指磨粒在外力作用下自砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，磨粒难以脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。一般情况下，软材料选用较硬砂轮，硬材料选用较软砂轮。粗磨采用较软砂轮，精磨采用较硬砂轮。当工件材料太软（如有色金属、橡胶、树脂等）时，为避免砂轮堵塞应选用较软的砂轮。当工件与砂轮接触面积大时，应选用较软砂轮。5.组织砂轮的组织表示砂轮结构的松紧程度。根据磨粒、结合剂和气孔三者体积的不同，将砂轮组织分为紧密、中等和疏松三大类，并进一步分为15级，见下表。6.形状、尺寸根据机床结构与磨削加工需要，砂轮可制成各种形状与尺寸。下表是常用的几种砂轮形状、尺寸、代号及用途。砂轮的各特性按其形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂、线速度顺序书写，即可得到砂轮的代号。如：4.4.2磨削的特点1.精度高、表面粗糙度小2.径向分力较大3.磨削温度高4.可以加工用其他刀具无法加工的硬材料5.砂轮有自锐作用4.4.3磨削的应用磨削加工的应用范围很广，如图所示，它可以加工各种外圆面、内孔、平面和成形面(如齿轮、螺纹等)。此外还用于各种切削刀具的刃磨。磨削的应用1.外圆磨削1)在外圆磨床上磨外圆轴类工件用前、后顶尖带夹头安装，盘套类工件则利用心轴和顶尖安装。磨削方法有以下几种：纵磨法(图a)、横磨法(图b)、综合磨法(图c)和深磨法(图d)。2)在无心外圆磨床上磨外圆无心磨削方式如图所示。在无心磨床上加工工件时，工件不需打中心孔，且安装工件省时省力，可连续磨削，所以生产效率较高，特别适合大批大量生产销轴类制件。外圆磨床上磨外圆无心外圆磨削的加工示意图2.内圆磨削内圆磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点：◆可以加工淬硬的工件孔；◆不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔的位置精度和轴线的直线度；◆用同一个砂轮可以磨削不同直径的孔，灵活性较大；◆生产率比铰孔低，比拉孔更低。3.平面磨削高精度平面及淬火零件的平面加工，大多数采用平面磨削方法。平面磨削主要在平面磨床上进行。按主轴布局及工作台形状的组合，普通平面磨床可分为四类，如图所示。1)周磨(图a、b)2)端磨(图c、d)a)卧轴矩台平面磨床磨削b)卧轴圆台平面磨床磨削c)立轴圆台平面磨床磨削d)立轴矩台平面磨床磨削4.4.4磨床1.M1432A型万能外圆磨床M1432A型万能外圆磨床的主要部件组成如下：床身、头架、尾架、工作台、砂轮架和内圆磨头等。结构外形如图所示。万能外圆磨床可用于内外圆柱表面、内外圆锥表面的精加工。虽然生产率较低，但由于其通用性较好，被广泛用于单件小批生产车间、工具车间和机修车间。加工方式如图所示。万能外圆磨床图4-32万能外圆磨床加工示意图a)纵磨法磨外圆柱面b)扳转工作台用纵磨法磨长圆锥面c)扳转砂轮架用切入法磨短圆锥面d)扳转头架用纵磨法磨内圆锥面2.无心外圆磨床无心外圆磨床是一种高生产率、易于实现自动化的磨削方法，适于成批、大量生产。3.内圆磨床内圆磨床用于磨削内圆柱面、内圆锥面及孔内端面等。图示为一内圆磨床外形图。4.平面磨床平面磨床主要用于磨削各种工件的平面。图示为卧轴矩台平面磨床的外形图。内圆磨床卧轴矩台平面磨床4.4.5磨削技术新发展1.高效磨削工艺1)高速磨削2)深切缓进给磨削3)砂带磨削◆磨削效率高◆加工质量好◆磨削热小◆工艺灵活性大，适应性强◆综合成本低2.超精密磨床和磨削加工中心的发展精密加工必须由高精度、高刚度的机床作保证。磨削加工中心是当今磨削技术进步的主要标志，也是今后磨床技术的发展方向。