1、 掌握精密主轴的磨削工艺，了解高精度磨床的结构和带孔主轴的装夹方法及其特点。能进行精密主轴的超精密磨削，并达到以下要求：表面粗糙度Ra0.05m，圆柱度公差0.002mm，圆度公差0.001mm，径向圆跳动公差0.003mm。初步掌握用MG1432B型高精度万能外圆磨床超精密磨削高端技术。精密主轴对圆度、圆柱度、径向圆跳动公差要求和表面粗糙度有较高的技术要求。精密主轴的支承轴颈按主轴结构功能有不同的技术要求，如装配滚动轴承的轴颈要求圆柱度公差为12m。在磨削时若该轴颈为内圆磨削的定位基准，则还要规定圆度公差，以满足内圆磨削的精度要求。精密主轴的圆度公差在20.3m之间。对油膜动压滑动轴承的主轴
2、颈的圆度取较小的圆度公差。因为轴颈的圆度误差会直接影响油膜滑动轴承主轴的回转精度。主轴的内圆锥面或外圆锥面，其锥度用涂色法检验，接触面应在80%以上，表面粗糙度值低于Ra0.4m。锥孔对支承轴颈的径向圆跳动公差为13m。主轴轴向支承面对支承轴颈中心的端面圆跳动公差为12m。各主要表面的表面粗糙度为Ra0.40.05m。精密主轴的材料及热处理见表1-1。这些材料有较高的力学性能和热处理性能。热处理安排在零件加工工艺过程的合适位置上。精密主轴主要表面硬度为5065HRC。磨削时，需要采用高精度外圆磨床作低粗糙度磨削。表1-1精密主轴的材料热处理及其特点 中心孔作为定位基准对精密主轴加工的圆度公差等
3、技术要求影响极大。因此，正确分析中心孔的定位精度具有很重要的意义。用中心钻修整的中心孔，其误差以五棱多角形误差居多，其次是双棱形和三棱形误差。中心孔的圆度误差约以120的比例传递给工件外圆。图1-1a所示为中心孔的三棱形误差的传递，在传递至外圆时有一相位角。经热处理的主轴在精磨前需研磨或磨削中心孔，其加工方法列于表1-2。图1-1中心孔的圆度误差与同轴度误差a)中心孔的圆度误差b)中心孔的同轴度误差表1-2中心孔加工方法 由表1-2可见，方法3、4、5三项中心孔的加工精度较高。研磨中心孔是最常用的中心孔精加工方法，精度次于行星式磨削法。图1-2中心孔磨床及磨头结构1砂轮2主轴套3杠杆4内斜导轨
4、5外斜导轨图1-3单叶双曲形中心孔、中心孔堵头、中心孔圆度仪a)单叶双曲形中心孔b)中心孔堵头c)中心孔圆度仪1顶尖2测量爪3下顶尖4弹簧 图1-4所示为MG1432B型高精度万能外圆磨床，磨削工件外圆的圆度可达到0.001mm，表面粗糙度可达到Ra0.10.012m，可进行低粗糙度磨削。MG1432B由上海机床厂有限公司制造，并在国内最早实现低粗糙度磨削。图1-5所示为其头架结构。头架由宽调速直流伺服电动机传动，可在20200r/min范围内调速。主轴5采用整体式回油楔动静压轴承。动静压轴承是先进轴承，具有较高的旋转精度润滑系统输入的润滑油压力为1MPa。在锥面产生的轴向分力与后端弹簧的弹性
5、力平衡。调整垫圈7的尺寸，可控制主轴轴承的动态间隙。动静压轴承使主轴获得高的旋转精度。头架具有较高刚度，不易变形或振动。图1-4MG1432B型高精度万能外圆磨床(上海机床厂有限公司制造)图1-5MG1432B型高精度万能外圆磨床头架结构1电动机2传动带3传动盘4动静压轴承5主轴6后轴承7垫圈8弹簧图1-7MG1432B型高精度万能外圆磨床砂轮架主轴轴承1、2静压轴承3同步传动带4带轮5主轴图1-8MG1432B型高精度万能外圆磨床液压传动系统 在超精密磨削时，砂轮的背吃刀量很小，砂轮与工件之间维持着极小的压力，以使微刃作极细微的刻划切削和强烈摩擦抛光。磨削指示仪是高精度磨床的主要附件，以达到
6、磨削时砂轮的对刀，控制背吃刀量，使砂轮和工件之间保持一定的压力。图1-9所示为HYQ017型磨削指示仪，其利用磨削时砂轮电动机功率的变化作为信息，反映了磨削功率的变化，也反映了磨削力的变化。如没有磨削指示仪，就难以判别砂轮与工件间的适当压力。磨削指示仪在砂轮电动机的一相中附加一个数量值能得到0.20.4V交流电压的绕组电阻，吸取负载功率变化，经表指示磨削的背吃刀量。操作方法如下：图1-9磨削指示仪1磨削量表2波段开关3细调电位器4指示灯5粗调电位器1)起动砂轮后再开启磨削指示仪的电源波段开关2，亦用作灵敏度选择，共分三档。2)调节电位器3、5以满足对刀要求。3)切入砂轮，待砂轮与工件接触时观察
7、磨削量表指针，指针偏摆即说明砂轮与工件表面已接触。4)不同磨削规范时，磨削量表刻度值与背吃刀量的对应关系用相对比较法(模拟)确定。为了净化切削液，在磨削过程中防止切削液中的碎粒划伤工件表面，需配置切削液的过滤装置。1.砂轮的选择图1-10切削液过滤器a)磁性过滤器b)离心过滤器1水箱2永磁滚筒3刮板4转盘5电动机6水泵(1)磨料的选择磨削时，在高温作用下，如磨料与工件材料选配不当，会出现氧化作用及过早磨损，形成工件表面粗糙不良现象，所以磨料与工件材料选配得适当，也是得到低粗糙度工件的重要条件之一。在普通磨削中，磨料和工件的选配，一般认为刚玉砂轮适于磨削抗拉强度高的材料，如碳钢、普通合金钢及工具
8、钢，而碳化硅砂轮适于磨削抗拉强度低的材料，如铸造、黄铜和铝等。但这个规律不完全适用于低粗糙度磨削，一般可根据以下几点选配：1)钢料零件选用刚玉砂轮比碳化硅砂轮更好，常用WA、SA。2)铸铁零件进行精密磨削和超精磨削时也应选用刚玉砂轮，而不宜采用碳化硅砂轮。3)在几种刚玉磨料中，以单晶刚玉对各种材料磨削比较适应。(2)粒度的选择通常粒度号愈大，加工表面粗糙度值愈小，其中超精密磨削用微粉状磨料，常用F230。(3)硬度的选择精密磨削和超精密磨削，是一种微量的磨削加工，砂轮与工件表面间保持一定的压力，磨削力不大，而不致使磨粒整颗脱落，所以一般采用K为最理想的硬度等级，同时要求砂轮硬度均匀。(4)结合
9、剂的选择在精密磨削和超精密磨削时，应用最多的是陶瓷结合剂，其次是树脂结合剂。2.砂轮的修整图1-11金刚钻安装位置图1-12砂轮微观残留面积及其微刃(1)纵向修整进给量对磨削的影响(2)修整背吃刀量对磨削的影响在低粗糙度磨削时，随着修整背吃刀量apt的减小，金刚钻在砂轮表面的切痕深度减小，砂轮的微刃等高性将进一步提高，工件的表面粗糙度值可减低。(3)修整砂轮背吃刀次数的选择修整砂轮背吃刀次数对磨削效果也有影响。在超精密磨削时，砂轮的磨损比较小。(4)修整砂轮的光修次数的选择在精修砂轮时，对砂轮作无吃刀修整是必要的。3.超精密磨削工艺参数表1-3外圆低粗糙度磨削的工艺参数1)砂轮圆周速度较低，取
10、vs1520m/s。2)工件圆周速度对工件表面粗糙度无显著影响。3)工件纵向进给量直接影响工件的表面粗糙度。4)砂轮的修整参数是超精密磨削的关键技术。5)超精密磨削前，对精密磨削的工艺要求：表面粗糙度达到Ra0.1m，圆度公差0.001mm。6)超精密磨削的总余量一般在0.005mm内。综上所述，超精密磨削工艺涉及MG1432B高精度万能外圆磨床的调整、砂轮的选择及其修整、磨削余量、磨削用量、冷却润滑等方面内容。超精密磨削时，砂轮和工件间保持一定的磨削压力，使微刃达到极细微刻划切削和强烈摩擦抛光作用，工艺的原理及特点表现在下列四个方面：1)微刃性。2)微刃在砂轮表面分布呈等高性。4.超精密磨削
11、的原理3)微刃的强烈摩擦抛光作用，可将工件表面的微观不平度误差减小至最小值。微刃的强烈摩擦抛光和塑性挤压作用则把工件表面的塑性隆起辗平，达到极低的表面粗糙度。4)低应力磨削。超精密磨削的低应力磨削主要表现在光磨中。在超精密磨削时，车间的恒温问题日益得到重视。(1)用卡盘和中心架装夹工件其方法在中级本第一章中已有讲述。5.超精密磨削的恒温条件(2)用顶尖和中心架装夹工件图1-13所示是装夹方法的一种改进。图1-13用顶尖和中心架装夹工件1拉杆2拨盘3中心架4顶尖(3)用双中心架装夹工件如图1-14所示，工件装夹在同一轴线的两个中心架上，工件经万向接头由头架主轴传动。图1-14用双中心架装夹工件图
12、1-15V形成组夹具1万向接头2压块3硬质合金垫块4垫片5V形架(4)用V形成组夹具装夹工件如图1-15所示为可调整的V形夹具。(5)用轴承型夹具装夹工件如图1-16所示，夹具的定位元件为半圆轴承。(6)用定位圆柱夹具装夹工件如图1-17所示，工件用两个圆柱定位，其定位功能与V形块相同。图1-16轴承型夹具图1-17用定位圆柱夹具装夹工件 图1-18所示为外圆磨床砂轮主轴，材料为9Mn2V，热处理淬火硬度6062HRC。主轴的65h7为主轴的支承轴颈，圆度和圆柱度公差为0.002mm，径向圆跳动公差为0.003mm，表面粗糙度为Ra0.025m。圆锥15用于安装砂轮法兰和带轮，其径向圆跳动公差
13、为0.003mm。台阶面表面粗糙度为Ra0.20m。1.阅读分析图样技术要求1.材料9Mn2V，淬火硬度6062HRC。2.15锥体用涂色法检验，接触面大于80%。图1-18外圆磨床砂轮主轴2.磨削工艺表1-4磨削工艺 用两顶尖装夹工件。中心孔经研磨，用涂色法检查工件中心孔与顶尖的接触情况，并清理中心孔。为减少顶尖工作面的磨损，应采用硬质合金顶尖。工件装在两顶尖间，夹紧力要适当。夹紧力过小，会影响加工的精度；反之，则会加大中心孔的磨损。粗磨砂轮特性：AF60K。精磨砂轮特性：WAF80K。精密磨砂轮特性：WAF100L。超精密磨砂轮特性：WAF230K。由砂轮厂定制。4.选择砂轮3.工件的定位
14、夹紧 选择M1432B型万能外圆磨床、MG1432B型高精度万能外圆磨床，分别用于精磨和超精密磨削。精密磨削要迭用另一台精度较高的M1432B型万能外圆磨床。1)研磨中心孔。2)在外圆磨床上粗磨?650mm和?65h7，留余量0.200.25mm。3)热处理人工时效。4)研磨中心孔。5)磨?83mm至尺寸，磨台阶面至尺寸要求，半精磨?650mm、?65h7至?65+005mm。5.选择设备6)粗磨15锥面，留余量0.0030.005mm。7)精磨15锥面至尺寸。8)精磨?650mm至尺寸，磨?65h7，留余量0.010.012mm。9)精密磨?65h7，留余量0.004mm。10)超精磨?65
15、h7至尺寸。超精磨注意事项：1)先起动砂轮主轴润滑泵电动机，当主轴静压轴承建立压力后，再起动砂轮主轴电动机。2)机床的空运转，热平衡。3)调整、找正好工作台。4)修整砂轮是超精磨的关键技术。5)合理对刀。6)将工件在两顶尖间装夹，顶紧力应适当。7)影响工件表面粗糙度的因素是砂轮修整不良和划痕。8)将切削液箱调至过滤位置，并检查或更换过滤片。9)当工件表面出现振动痕迹时，应重新平衡砂轮。10)当工件表面出现螺旋痕迹时，应重新修整砂轮，并减小背吃刀量。1.阅读分析图样图1 19所示为螺纹磨床主轴。表1-5螺纹磨床主轴的磨削工艺2.磨削工艺(见表1-5)磨削工艺见表1 5。表1-5螺纹磨床主轴的磨削
16、工艺采用硬质合金顶尖装夹。砂轮特性为：AF40K、PAF60K、PAF100L、WAF80L、WAF100L、WAF230K。在批量生产中，需将外圆粗磨、半精磨、精密磨、超精密磨分四台磨床完成，如M1432B、MM1332、MG1432B。1)在M1432B型万能外圆磨床上粗磨各外圆，留余量0.070.09mm。2)调整工作台角度，磨15锥度，留精磨余量0.070.09mm。3.工件的定位夹紧4.选择砂轮5.选择设备3)在另一台M1432B型万能外圆磨床上，半精磨各外圆，留余量0.05mm。4)热处理渗氮，磁性探伤，退磁。5)研磨中心孔。6)精磨外圆?68mm、?45mm、?35g6、?65h
17、7、?1100mm至尺寸，径向圆跳动误差不超过0.005mm。7)在M8612A型花键磨床上磨花键至尺寸。8)在S7332型螺纹磨床上磨螺纹M363LH-6g至尺寸。9)研磨中心孔。10)在精密外圆磨床上磨15锥度至尺寸上限，用圆锥量规接触面大于80%，表面粗糙度Ra0.8m。11)在精密外圆磨床上加工。12)在高精度万能外圆磨床上超精密磨?70-0025mm至尺寸。注意事项：1)超精密磨削时，要注意防止产生多角形波纹。2)在对刀时，可以在使用指示仪的同时辅以在工件表面涂红油观察的方法，以便加快对刀过程，使砂轮和工件之间保持一定的磨削压力。3)金刚钻的7080尖角磨损后应及时修研，以保证砂轮微
18、刃的等高性和切削性能，并防止磨削时工件产生自激振动。4)超精磨砂轮修整后，需再光修整一次，以修整个别凸出微刃或即将脱落的磨粒，并使砂轮与工件有最佳的接触面，防止砂轮与工件单边接触，产生螺旋痕迹。5)材料38CrMoAlA易产生磨削裂纹，磨削时要减小背吃刀量，减小磨削热，并注意冷却。6)超精密磨削的环境条件是恒温20，且机床应避振。7)当磨削指示仪指针始终有摆动时，说明工件有径向圆跳动误差，注意调整机床。1.阅读分析图样2.磨削工艺磨削工艺见表1 6。表1-6内圆磨具主轴的磨削工艺外圆磨削工件采用两顶尖装夹。内圆砂轮特性：WAF46K，AF36K。M1432B型万能外圆磨床。1)研磨中心孔。2)
19、粗磨外圆?45至?45+01mm，?35-0003mm留余量0.20.3mm。3)工件用V形夹具装夹，粗磨Morse No.3圆锥孔，留余量0.25mm。4)热处理人工时效。3.工件的定位夹紧4.选择砂轮5.选择设备5)研磨中心孔。6)磨?45mm、?28mm至尺寸。7)半精磨?35-0003mm，留余量0.040.06mm。8)调整工作台，磨15锥度至尺寸，径向圆跳动误差小于0.01mm。9)精磨?35-0003mm外圆，表面粗糙度Ra0.4m，圆跳动误差小于0.001mm，留余量0.004mm。10)精密磨?35-0003mm至尺寸。11)精磨Morse No.3至尺寸，用圆锥量规测量接触面大于80%。注意事项：1)精密磨时，若中心孔磨损应修研中心孔，用磨床顶尖检验中心孔接触良好。2)磨?45mm外圆时易引起工件的弯曲变形和振动。3)磨Morse No.3圆锥孔时，传动要平稳，以减少磨床头架主轴回转误差对加工的影响。
