单元五 磨削加工

以磨料、磨具作为工具对工件进行切削加工的机床统称为磨床。 一、磨削加工的特点与工艺范围 （一）磨削加工的特点 1．切削刃不规则 2．背吃刀量小、加工质量高 3．磨削速度快、温度高 4．磨削加工的适应性强 5．砂轮具有自锐性 6．径向磨削分力大

（二）磨削加工的工艺范围 磨削加工的应用范围非常广泛，可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等，如图7-1所示。目前磨削主要用于对工件进行精加工，经过淬火的工件及其它高硬度的特殊材料，几乎只能用磨削来进行加工。另外，磨削也可以用于粗加工。

二、磨床 （一）磨床的种类 1．外圆磨床 图7-2所示 （1）床身 （2）头架 （3）内圆磨装置 （4）砂轮架 （5）尾座 1．外圆磨床 图7-2所示 （1）床身 （2）头架 （3）内圆磨装置 （4）砂轮架 （5）尾座 （6）滑鞍及横向进给机构 （7）工作台

1．外圆磨床 包括万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等。 M1432A型万能外圆磨床是普通精度级经一次重大改进的万能外圆磨床。这种机床的工艺范围广,但生产效率低,适用于单件、小批生产或工具车间和机修车间。图7-2所示为M1432A型万能外圆磨床，它由下列主要部件组成。

2．内圆磨床 包括普通内圆磨床、行星内圆磨床、无心内圆磨床等。 3．平面磨床 包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、 立轴圆台平面磨床等。 4．工具磨床 包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。 5．刀具刃磨磨床 包括万能工具磨床、拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等。 6．专门化磨床 包括花键轴磨床、曲轴磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等。 7．其它磨床 包括珩磨机、研磨机、砂带磨床、超精加工机床、砂轮机等

图5.1-2 卧式矩台平面磨床 1—砂轮架 2—滑鞍 3—砂轮修整装置 4—立柱 5—工作台 6—床身

5—导轮架 6—导轮架座 7—滑板 8—回转底座 9—工件支架 图5.1-3 无心外圆磨床 1—床身 2—砂轮修整器 3—砂轮架 4—导轮修整器 5—导轮架 6—导轮架座 7—滑板 8—回转底座 9—工件支架

（a）头架作纵向进给 （b）砂轮架作纵向进给 图5.1-4 内圆磨床 1—床身 2—工作台 3—头架 4—砂轮架

三、砂 轮 （一） 砂轮的特性要素与选择 砂轮是用各种类型的结合剂把磨料粘合起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的磨削工具。因此，砂轮由磨料、结合剂及气孔三要素组成。 1．磨料 普通砂轮所用的磨料主要有刚玉类和碳化硅类，表 5-1 列出了常用磨料的名称、代号、主要性能和用途。

表5-1 常用磨料的性能及适用范围 高强度 人造 金刚石 氮化硼 绿碳化硅 黑碳化硅 白刚玉 棕钢玉 硬质合金、宝石 ＞700℃石墨化 乳白色 碳结晶体 D 硬质合金、 高速钢 ＜1300℃稳定 高硬度 黑色 立方氮化硼 CBN 高硬磨料类 硬质合金等 绿色 SiC＞99% GC 铸铁、黄铜、非金属材料 ＞1500℃氧化 SiC＞95% C 碳化硅类 淬火钢、高速钢 白色 Al2O3＞99% WA 碳钢、合金钢、铸铁 2100℃ 熔融 韧性好 硬度大 褐色 Al2O395% TiO22%~3% A 钢玉类 适用磨削范围 热稳定性 力学性能 颜色 主要成分 代号 材料名称

粗磨时，应选用磨粒较粗大的砂轮，以提高生产效率。 精磨时，应选用磨粒较细小的砂轮，以获得较细的表面粗糙度。 2．粒度 粒度是指砂轮中磨粒尺寸的大小。 磨粒粒度选择的原则是： 粗磨时，应选用磨粒较粗大的砂轮，以提高生产效率。 精磨时，应选用磨粒较细小的砂轮，以获得较细的表面粗糙度。 磨料常用的粒度号、尺寸及应用范围见表5-2 。

磨 粒 应用范围 颗粒尺寸（μm） 粒度号 类别 表5-2 常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围 研磨、超精加工、镜面磨削 10~7 5~3.5 表5-2 常用磨粒的粒度、尺寸及应用范围 研磨、超精加工、镜面磨削 10~7 5~3.5 W10~W5 研磨、超精磨削 20~14 14~10 W20~W14 珩磨、研磨 40~28 28~20 W40~W28 微粉 半精磨、精磨、珩磨 160~125 50~40 100~280 粗磨 半精磨、精磨 400~315 200~160 46~80 荒磨、打毛刺 2000~1600 500~400 12~36 磨   粒 应用范围 颗粒尺寸（μm） 粒度号 类别

强度较B高，更富有弹性，气孔率小，耐热性差 耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差 3．结合剂 砂轮的结合剂将磨粒粘合起来，使砂轮具有一定的强度、硬度、气孔和抗腐蚀、抗潮湿等性能。 常用结合剂的名称、代号、性能和适用范围见表5-3。 适用于金刚石砂轮 强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差 M 金属 适用于切断、开槽 强度较B高，更富有弹性，气孔率小，耐热性差 R 橡胶 适用于高速磨削、切断、开槽等 强度较V高，弹性好，耐热性差 B 树脂 最常用，适用于各类磨削加工 耐热、耐蚀，气孔率大，易保持廓形，弹性差 V 陶瓷 适用范围 性能 代号 结合剂

4．硬度 砂轮的硬度是指磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。砂轮的硬度等级及代号见表7-4。 表5-4 砂轮的硬度等级及代号 4．硬度 砂轮的硬度是指磨粒在外力作用下从其表面脱落的难易程度。砂轮的硬度等级及代号见表7-4。 表5-4 砂轮的硬度等级及代号 大级名称 超软 软 中软 中 中硬 硬 超硬 小级名称 超软1 超软2 超软3 软1 软2 软3 中软1 中软2 中1 中2 中硬1 中硬2 中硬3 硬1 硬2 超 代号 D E F G H J K L M N P Q R S T Y 砂轮硬度的选用原则是： 工件材料越硬，应选用越软的砂轮。这是因为硬材料使磨粒磨损，需用较软的砂轮以 使磨钝的磨粒及时脱落。工件材料越软，砂轮的硬度应越硬，以使磨粒脱落慢些，发挥其 磨削作用。但在磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料时，要用较软的砂轮，以便使堵塞处 的磨粒较易脱落，露出锋锐的新磨粒。 半精磨与粗磨相比，需用较软的砂轮；但精磨和成形磨削时，为了较长时间保持砂轮 轮廓，需用较硬的砂轮。

5．组织 砂轮的组织系指磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系，用来表示结构紧密和疏松程度。砂轮的组织用组织号的大小来表示，砂轮的组织号及使用范围见表7-5。 表5-5 砂轮的组织号 有色金属及塑料、橡胶等非金属以及热敏合金 粗磨及磨削韧性大、硬度低的工件，适合磨削薄壁、细长工件，或砂轮与工件接触面大以及平面磨削等 外圆、内圆、无心磨及工具磨，淬硬工件及刀具刃磨等 重负载、成形、精密磨削，加工脆硬材料 适用 范围 大气孔 疏松 中等 紧密 疏密程度 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 磨粒率/(%) 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 组织号

外圆磨削是用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转表面。它不仅能加工圆柱面 端面（台阶部分），还能加工球面和特殊形状的外表面等。 （1）工件的装夹 四、磨削方法 1. 外圆磨削 外圆磨削是用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转表面。它不仅能加工圆柱面 端面（台阶部分），还能加工球面和特殊形状的外表面等。 （1）工件的装夹 （2）外圆磨削方法 1）纵磨法 如图9-3a所示。 2）横磨法 如图9-3b所示。

1）纵磨法 如图7-3a所示。 2）横磨法 又称切入磨法，如图7-3b所示。

3）复合磨削法 是纵磨法和横磨法的综合运用，如图7-3c即先用横磨法将工件分段粗磨，各段留精磨余量，相邻两段有一定量的重叠，最后，再用纵磨法进行精磨。复合磨削法兼有横磨法效率高、纵磨法质量好的优点。 4) 深磨法 是在一次纵向进给中磨去全部磨削余量。磨削时，砂轮修整成一端有锥面或阶梯状（见图7-3d），工件的圆周进给速度与纵向进给速度都很慢。此方法生产率较高，但砂轮修整复杂，并且要求工件的结构必须保证砂轮有足够的切入和切出长度。

用砂轮磨削工件内孔的磨削方式称为内圆磨削。 （1）磨削方法 1）纵向磨削法如图7-4所示。 2）切入磨削法 （2）裝夹方法 2．内圆磨削 用砂轮磨削工件内孔的磨削方式称为内圆磨削。 （1）磨削方法 1）纵向磨削法如图7-4所示。 2）切入磨削法 （2）裝夹方法 在实际生产中，常采用减少横向进给量，增加光磨次数等措施来提高内孔的加工质量。

用砂轮磨削工件内孔的磨削方式称为内圆磨削。 （1）磨削方法 1）纵向磨削法 这种磨削方法与外圆纵向磨削方法相同，如图7-4所示。

3．平面磨削 常见的平面磨削方式有四种，如图7-5所示。 图7-5 a、b属于圆周磨削 图7-5 c、d属于端面磨削

常见的平面磨削方式有四种，如图9-5所示。

4、无心磨削 无心外圆磨削有两种方式：贯穿磨削法（纵磨法）和切入磨削法（横磨法）    （1）贯穿磨削法（纵磨法） 用贯穿法磨削时 ，将工件从机床前面放到托板上并推至磨削区。导轮轴线在垂直平面内倾斜一个a角，导轮表面经修整后为一回转双曲面，其直母线与托板表面平行。工件被导轮带动回转时产生一个水平方向的分速度,从导轮与磨削砂轮之间穿过。贯穿法磨削时，工件可以一个接一个地连续进入磨削区，生产率高且易于实现自动化。贯穿法可以磨削圆柱形、圆锥形、球形工件，但不能磨削带台阶的圆柱形工件

4、无心磨削 （2）切入磨削法（横磨法） 用切入法磨削时，导轮轴线的倾斜角度很小，仅用于使工件产生小的轴向推力，顶住挡块5而得到可靠的轴向定位，工件与导轮向磨削轮作横向切入进给，或由磨削轮向工件进给。

§5-3 磨 削 原 理 一、磨削过程分析 磨削过程是由磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件表面的微切削过程所构成的。 §5-3 磨 削 原 理 一、磨削过程分析 磨削过程是由磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件表面的微切削过程所构成的。 单个磨粒的典型磨削过程可分为三个阶段： （１）滑擦阶段：磨粒切刃开始与工件接触，由于磨粒有很大的负前角和较大的刃口圆弧半径，切削厚度非常小，只是在工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹性变形。磨粒继续前进时，随着挤入深度增大而与工件间的压力逐步增大，表面金属由弹性变形逐步过渡到塑性变形。

§5-3 磨 削 原 理 （２）刻划阶段：工件材料开始产生塑性变形，就表示磨削过程进入刻划阶段。此时磨粒切入金属表面，由于金属的塑性变形，磨粒的前方及两侧出现表面隆起现象，在工件表面刻划成沟纹。这一阶段磨粒与工件间积压摩擦加剧，磨削热显著增加。 （３）切削阶段：随着为削厚度的增加，在达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显的滑移而形成切屑。

§5-3 磨 削 原 理 二、磨削阶段 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 在砂轮的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。

§5-3 磨 削 原 理 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 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，而是逐渐减小。

三、磨削力与磨削温度 （1）磨削力 单个磨粒切除的材料虽然很少，但一个砂轮表层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，因此总的磨削力相当大。总磨削力可分解为三个分力：Fz主磨削力（切向磨削力）；Fy切深力（径向磨削力）；Fx进给力（轴向磨削力）。 １、磨削力的主要特征 （１）单位磨削力很大 由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单位磨削力P值很大，可达70000N/mm 2 以上。

§5-3 磨 削 原 理 （２）三向分力中切深力Fy值最大 三向分力中切深力Fy值最大，在正常磨削条件下，Fy/Fz约为2.0～2.5。由于Fy对砂轮轴，工件的变形与振动有关，直接影响加工精度与表面质量，故该力是十分重要的。 （2）磨削温度 磨削时由于速度很高，而且切除单位体积金属所耗的能也高（约为车削时的10－ 20倍）。因此磨削温度很高。