1、机械加工基础 第2版 主编 王增强 马幼祥正文第七章第七章 磨削加工磨削加工正文磨削加工应用范围很广,可磨削内、外圆柱面,圆锥面,平面,齿轮以及花键,还可磨削导轨面及其复杂的成形表面。常见的磨削加工形式如图7-1所示。正文图7-1常见的磨削加工形式a)外圆磨削b)内圆磨削c)平面磨削正文图7-1常见的磨削加工形式(续)d)成形磨削)e)螺纹磨削f)齿轮磨削正文一、磨床的种类及其工作1.外圆磨床及其工作在外圆磨床组中,常见的有外圆磨床和万能外圆磨床两种。外圆磨床可以磨削外圆柱面和外圆锥面,而万能外圆磨床的砂轮第一节磨 床 概 述架、主轴箱可以在水平面内分别转动一定的角度,并带有内圆磨头等附件.所
2、以不仅可以磨削外圆柱面和外圆锥面,而且能磨削内圆柱面、内圆锥面和端平面。图7-2所示为M1432A型万能外圆磨床的外形图正文图7-2万能外圆磨床外形图1床身2主轴箱3工作台4内圆磨具5砂轮架6尾座7控制箱正文(1)床身1 它是磨床的基础件,用来安装各个部件。(2)主轴箱2它是一个小型主轴箱,在其主轴上安装卡盘或顶尖用以夹持工件,并带动工件旋转。(3)尾座6其上装有顶尖,用以支承工件。(4)砂轮架5砂轮架是用来装夹砂轮的,并由单独的电动机带动砂轮高速旋转。(5)工作台3工作台由上下两部分组成,上部相对下部可在水平面内转动一定角度,以适应磨削锥度不大的长圆锥面的需要。正文2.内圆磨床及其工作内圆磨
3、床用于磨削圆柱孔、圆锥孔及孔的端面。图7-3所示为M2120型内圆磨床外形正文图7-3内圆磨床外形图1床身2主轴箱3砂轮修整器4内圆磨具5砂轮架6工作台7横向手动进给手轮8工作台移动手轮正文3.平面磨床及其工作平面磨床用于磨削各种工件的平面。根据砂轮工作面的不同,平面磨床可分为圆周磨削和端面磨削两种类型;根据工作台形状不同,平面磨床又可分为矩形工作台和圆形工作台两类,如图7-4所示。其中卧轴矩台式和立轴圆台式平面磨床应用最广泛。正文图7-4平面磨削形式a)卧轴矩台面圆周磨削b)卧轴圆台面圆周磨削c)立轴圆台面端面磨削d)立轴矩台面端面磨削正文图7-5M7120A型平面磨床1纵向进给手轮2砂轮架
4、3滑座4横向进给手轮5砂轮修整器6立柱7撞块8工作台9垂直进给手轮10床身正文二、磨床的运动1.主运动2.进给运动(1)外圆磨削和内圆磨削的进给运动外圆磨削和内圆磨削有三个进给运动(图7-1a、b):工件的旋转运动是圆周进给运动(单位为r/min),其转速较低,通常是由单速或多速异步电动机经塔轮变速机构传动实现的,也有采用电气或机械无级变速装置传动实现。正文(2)平面磨床的进给运动工作台往复运动的平面磨床也有三个进给运动(图7-1c):工件纵向进给运动、砂轮架横向进给运动和滑座带动砂轮架一起沿立柱导轨的垂直进给运动。3.辅助运动辅助运动的作用是实现磨床加工过程中所必需的各种辅助动作。例如:砂轮
5、架横向快速进退和尾座套筒缩回运动等。正文第二节砂轮砂轮是磨削加工中使用的切削刀具。它是将磨料和结合剂适当混合,经压缩后烧结而成的。磨料是构成砂轮的基本要素,结合剂把磨料粘接在一起,但它并没有填满磨料之间的所有空隙,所以砂轮是由磨料、结合剂和空隙三个要素组成(图7-6)。决定砂轮特性的参数有:磨料、粒度、结合剂、硬度及组织,称为砂轮的五个参数。表7-1列出了上述三个要素和五个参数的内容。正文图7-6砂轮的构造及磨削运动示意图1结合剂2空隙3磨料正文一、砂轮的特性及其选择1.磨料磨料是砂轮的主要成分,它直接担负切削工作。因此,它必须具有很高的硬度、耐磨性、耐热性以及一定的韧性,且磨粒的棱角应锋利。
6、常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。常用磨料的代号、特性及应用范围见表7-1。正文表7-1砂轮的三个要素和五个参数正文2.粒度粒度用来表示磨料颗粒的大小。粒度代号有两种表示方法:1)磨粒直径大于40m者,称为砂粒,用筛选法区分,即以它所能通过的哪一号筛网的网号来表示磨粒的粒度。2)磨粒直径小于40m者,称为微粉,常用沉淀法来区分,并用颗粒的尺寸表示其粒度号。正文3.结合剂结合剂的作用是将磨粒粘合在一起,使砂轮具有所需要的形状、强度及其他性能(包括冲击韧度、耐腐蚀性、耐热性等)。常用结合剂的种类、性能及应用范围见表7-1。4.砂轮的硬度砂轮的硬度是指砂轮表面磨粒在磨削力作用下脱落的难
7、易程度。砂轮的硬度分级见表7-1。正文选择砂轮硬度时,应参照下列原则:(1)工件材料的硬度(2)工件材料的导热性导热性差的材料(如不锈钢、硬质合金),因不易散热,工作表面经常被烧蚀,故要选择较软的砂轮。正文(3)其他因素1)砂轮与工件接触面积越大,磨粒参加切削的时间越长,磨粒越易磨损,则应选择较软的砂轮。2)成形磨削时,为了能较长时间地保持磨轮的廓形,应选较硬的砂轮。3)清理铸件、锻件和粗磨时,为使砂轮不致消耗过快,应选较硬的砂轮。正文5.砂轮的组织砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别,细分为15级,详见表7-1。正文二、砂轮的形状与尺寸常用砂轮的形状、代号及用途见表7-2。砂轮的各种
8、特性以及代号标注在砂轮的端面上,其次序是:磨料粒度硬度结合剂组织号形状及尺寸。正文表7-2常用砂轮的形状、代号及用途正文三、砂轮的使用和修整1.砂轮的安装2.砂轮的平衡3.砂轮的修整正文图7-7金刚石笔的形状及安装位置正文金刚石砂轮由三层构成(图7-8)。四、金刚石砂轮正文图7-8金刚石砂轮的结构1基体2过渡层3金刚石磨料正文第三节 磨 削 方 法一、外圆表面磨削外圆磨削的形式,可分为中心外圆磨削和无心外圆磨削。(一)中心外圆磨削1.工件的装夹正文常用装夹工件的方法有以下几种:(1)用前、后顶尖装夹这种装夹方法如图7-9所示。图7-9用前、后顶尖装夹工件正文图7-10夹头a)圆环夹头b)鸡心夹
9、头c)对合夹头正文(2)用心轴装夹磨削套类零件外圆时,常以内孔为定位基准,把零件套在心轴上,心轴再装到磨床前、后顶尖上。1)锥形心轴。2)带台肩的圆柱心轴。图7-11锥形心轴3)带台肩的可胀心轴。正文图7-12带台肩的圆柱心轴正文(如套筒等)时,可用自定心卡盘或单动卡盘装夹。(4)用卡盘和顶尖装夹工件当工件较长,一端能钻中心孔而另一端不能钻中心孔时,可一端用卡盘,另一端用顶尖装夹工件。2.外圆磨削方式(1)纵磨法磨削时,砂轮高速旋转做主运动,工件旋转(圆周进给运动)并与工作台一起做纵向往复运动。(3)用自定心卡盘或单动卡盘装夹磨削端面上不能钻中心孔的短工件(2)横磨法采用横磨法(切入磨削法)时
10、,工件无纵向进给运动。(3)综合磨法这种磨削法是横磨法和纵磨法的综合应用。(4)深磨法深磨法也称阶梯磨法。正文图7-13筒夹式可胀心轴1头架主轴2筒夹3工件4外锥体5螺钉正文图7-14纵磨法磨外圆正文图7-15横磨法磨外圆正文图7-16综合磨削外圆正文(二)无心外圆磨削1.无心外圆磨床的工作原理无心外圆磨床如图7-18所示,它主要由砂轮架3、导轮架6、工件托板4、砂轮修正器2和导轮修正器5等组成。砂轮和导轮分别由各自的电动机带动。正文图7-17深磨法磨外圆正文图7-18M1080型无心外圆磨床1床身2砂轮修正器3砂轮架4工件托板5导轮修正器6导轮架正文图7-19工件中心与砂轮、导轮中心等高将产
11、生棱圆1工件2磨削轮3托板4导轮5工件产生棱圆正文2.无心外圆磨削的两种方法(1)贯穿法这种方法如图7-21所示(2)切入法切入法如图7-22所示。正文图7-20无心磨削时工件变圆的原理1工件2导轮3托板4磨削轮正文图7-21贯穿法无心磨正文图7-22切入法无心磨1工件2挡销3托板4砂轮5导轮正文二、内孔磨削1.工件的装夹短工件就用自定心卡盘或单动卡盘装夹,长工件可以在万能外圆磨床上采用以下两种装夹方法:1)一端用卡盘夹紧,另一端用中心架支承,如图7-23所示。2)用V形夹具装夹,如图7-24所示。以上两种方法均应仔细校正,方可达到较高的精度。正文图7-23用卡盘和中心架装夹工作正文图7-24
12、用V形夹具装夹工件1万向接头2传动套3螺钉4支臂5销轴6压块7支架8硬质合金9垫块10V形块11底座正文2.磨内圆的特点内圆磨削与磨外圆相比有如下特点:1)内圆磨削的砂轮直径受到工件孔径的限制,尺寸较小(一般为工件孔径的0.50.9倍),为了使砂轮有一定线速度,砂轮转速要比较高,则砂轮上每一磨粒在单位时间内参加切削的次数增多,所以砂轮很容易变钝。2)因为砂轮直径小,内圆磨削的线速度低,故要获得较小的表面粗糙度值比较困难。3)砂轮轴比较细,而悬伸长度较长,刚性很差,容易发生弯曲变形和振动,加工精度和表面质量相对降低;同时,磨削用量不能过高,故磨削的生产率也正文比较低。4)内圆磨削砂轮与工件接触面
13、积大,如图7-25所示,磨削力和磨削热增大,而切削液又很难直接浇注到磨削区域,故磨削温度高。由于内圆磨削的生产率和加工精度都比外圆磨削差,所以磨孔的应用远没有磨外圆那样普遍。目前,磨孔主要用于不能或不宜用镗孔、铰孔、滚压等方法加工的场合,如磨削淬硬零件上的孔,精度要求高、表面粗糙度Ra值要求很小的孔以及断续表面的孔(如带键槽的孔)等。正文图7-25砂轮与工件接触面积的比较a)内圆磨削b)平面磨削c)外圆磨削正文3.磨内圆的方法(1)砂轮直径的选择砂轮的直径根据孔径确定。(2)纵磨法由于砂轮轴刚性差,内圆磨削一般都采用纵磨法。砂轮越出内孔两端的长度L为砂轮宽度的1/31/2,如图7-27所示。(
14、3)切入磨法只有孔径较大,磨削长度较短的特殊情况下,内圆磨削才采用切入磨法,如图7-29所示。正文图7-26接长轴的选择a)正确b)错误正文图7-27砂轮的越程正文图7-28砂轮在工件孔内的位置a)后接触b)前接触正文图7-29切入磨法正文三、平面磨削1.工件的装夹对钢、铸铁等磁性材料磨平面时,工件一般都用电磁吸盘(又称电磁工作台)装夹。电磁吸盘是利用直流电产生的磁力把工件吸牢的,其工作原理如图7-30所示。正文使用电磁吸盘时应注意以下问题:1)当磨削小尺寸工件或壁厚薄、高度较大的环形工件(如薄套等)时,因工件与电磁吸盘的接触面积小、吸力弱,磨削过程中工件容易被砂轮弹出去,甚至使砂轮碎裂,因此
15、,装夹这类工件时,一方面要使工件跨在电磁吸盘的绝磁层上,另一方面必须在工件周围或前后两端用吸着面积较大的铁条围住,如图7-31所示,以防工件“走动”。2)关掉电磁吸盘的电源后,工件和电磁吸盘上仍将保留一部分磁性(称为剩磁),因此工件不易取下。3)工作结束后,应将电磁吸盘擦干净,避免切削液经过盖板上细微的缝隙渗入吸盘体内部,从而使线圈受潮损坏。正文4)电磁吸盘的工作表面要平整、光洁。图7-30电磁吸盘的工作原理1吸盘体2工件3绝磁层4盖板5线圈2.圆周磨削、端面磨削分析正文图7-31磨削小面积工件时用铁条围住正文为了改善端面磨削的条件,降低磨削温度,避免工件烧伤与热变形,常采用下列措施:1)选用粒度号小、硬度软、组织疏松的砂轮,甚至采用大空隙砂轮。2)采用多块扇形砂瓦组成的镶块砂轮,使排屑与冷却情况都得到改善,而且价格便宜,可以更换个别损坏的砂瓦,而整体的筒形砂轮就得报废。3)将砂轮轴偏斜一个很小的角度,如图7-32所示,一般偏斜0.51,以减少砂轮与工件的接触面积。正文图7-32砂轮偏斜以减少接触面积
