1、 掌握金属磨削原理的基础知识，了解磨削工艺分类的系统知识，工件装卸的自动化和成形砂轮的修整方法。熟悉磨床结构。初步了解工艺创新的理念，掌握工艺改革的方法，能促进企业的工艺创新。磨削加工是工件被磨削的金属表层在无数磨粒的瞬间挤压、刻划、切削、摩擦、抛光作用下进行的。表8-1每克白刚玉磨料的磨粒数1.磨粒的挤压、刻划、切削、摩擦、抛光作用图8-1磨屑的形状表8-2磨粒结构2.金属磨削的过程(1)挤压和摩擦阶段当磨粒与工件刚接触时，工件表层的金属受到压力的作用，发生弹性变形。(2)滑移阶段磨粒尖端压入工件金属层，金属受到更大的压力，使金属的晶格沿某方向滑移，在此区域金属表层发生剧烈的塑性变形，这个变
2、形过程较长，如图8-2a所示的刻划区和切削区，在工件表面留下一个刻痕。不同材料的塑性变形也不同。(3)挤裂阶段当磨粒对金属层的压力超过金属的强度极限时，金属沿某方向挤裂。(4)切离阶段磨粒走完切削的全程，形成磨屑，磨屑被切离工件表面，并在工件表面留下一条划痕。综上所述，磨削过程是无数磨刃点对工件表面的挤压、刻划、切削、摩擦抛光的综合作用的结果，故可以获得光洁的加工表面。图8-2磨粒的切削过程a)磨削区域b)理论有效磨刃磨削时，磨粒的切削厚度对磨削力、功率、磨削热、表面粗糙度及砂轮钝化等，都有很大的影响，但是磨削过程相当复杂，要确定磨粒的实际磨屑厚度是很困难的。图8-3单颗磨粒磨屑厚度1.单颗磨
3、粒的磨屑厚度2.磨屑厚度对加工的影响(1)砂轮圆周速度提高砂轮圆周速度，在各种磨削情况下都可以使磨屑厚度减小，这种磨削可称为薄屑磨削。3.影响磨屑厚度的因素高速磨削时，由于砂轮圆周速度的提高和磨屑厚度的减小，每颗磨粒所受负荷便相应减小，因此有利于降低工件的表面粗糙度，延长砂轮使用寿命；同时，增大磨削用量，提高了生产率。图8-4砂轮圆周速度对工件表面粗糙度的影响(2)工件圆周速度工件圆周速度对磨屑厚度的影响与砂轮圆周速度的影响相反。图8-5工件转速对工件表面多角形深度的影响(3)背吃刀量在其它条件不变的情况下，若背吃刀量增加，则磨屑厚度增加，工件表面粗糙度增大。(4)砂轮粒度acgmax公式中的
4、M代表了相应的砂轮粒度。图8-磨削弧a)外圆磨削b)平面磨削c)内圆磨削图8-7磨削区域图8-8工件直径对磨削弧长的影响图8-9渗入磨削弧的切削液磨削时，在砂轮与工件上分别作用着大小相等、方向相反的力，这种相互作用的力叫磨削力。为了便于分析，通常将磨削力分解为三个相互垂直的分力：(1)切削力Fc总切削力在主运动方向上的正投影。1.磨削力.磨削力的形成3.磨削力的分解(2)背向力Fp总切削力在垂直于进给方向上的分力。(3)进给力Ff总切削力在进给方向上的正投影。(1)单位磨削力很大由于磨削厚度极小，单个磨粒的单位磨削力很大。(2)三个分力中背向力最大在磨削力的三个分力中以背向力最大，这是单颗磨粒
5、的负前角切削所致。如图8 10所示，磨粒以负前角切削，切削刃的钝圆半径相对背吃刀量要大。4.磨削力的特点图8-11砂轮杆的弯曲变形图8-11砂轮杆的弯曲变形(3)切入磨削法的磨削力用切入法磨削外圆时进给力为零，背向力最大(图8-12)。图8-12切入磨削法的磨削力(4)恒压力磨削恒压力磨削是在切入磨削时，砂轮以一定的压力压住工件，从粗磨、精磨到无火花磨削，完成磨削循环。(5)磨削周期用纵向法精磨外圆时，需要增加光磨次数，在超精密磨削时为获得低的表面粗糙度值，要光磨46次。图8-13磨削周期1)初磨阶段。2)稳定阶段。3)光磨阶段。光磨阶段对于减小工件表面的粗糙度值至关重要。图8-14光磨时间对
6、工件表面粗糙度的影响由于影响磨削力大小的因素很多，且目前对磨削机理研究还继续深入，因此理论公式的计算准确度不高。表8-3磨削力公式中的系数和指数例1磨削一个轴类零件，工件材料40Cr，硬度42HRC，工件直径?50mm，工件转速n=125r/min，砂轮径向背吃刀量ap=0.1mm，工件轴向进给量fa=10mm/r，求切削力Fc。5.磨削力的计算解vW=dn/1000=31450125/100020m/min查表8-3得Kz=139920，az=0336，bz=0556，cz=13041)磨削时，进给力Pf很小，对磨削加工的影响很小。2)由于背向力Fp较大，使工艺系统产生的弹性变形也较大，故F
7、p力对工件的加工精度的影响也较大。3)切削力Fc对磨削加工的影响与Ff力相似，但影响的程度较小。4)影响磨削力的因素主要是：工件材料、磨削用量、砂轮特性等方面。6.磨削力对磨削加工的影响及减小磨削力的方法砂轮磨削力的大小主要取决于工件材料的硬度和强度，一般难磨的材料磨削力就很大。图8-15砂轮圆周速度对磨削力的影响图8-16切入速度对磨削力的影响1.磨削热的产生及其特点磨削所消耗的功率将转化为热能。图8-17表面温度场的温度梯度图8-18不同背吃刀量对表面温度场的影响1=0.01mm2=0.02mm3=0.04mm4=0.06mm=30m/min=35m/s2.常用金属材料的热参数及磨削温度的
8、测量图8-19不同进给量对温度场的影响1f=24mm/行程2f=12mm/行程3f=6mm/行程=60m/min=35m/s=0.02mm图8-20不同工件旋转速度对温度场的影响图8-21不同材料的磨削温度表8-4常用金属材料的热参数图8-22平面磨削温度测量示意图(1)磨削热对加工精度的影响在第二章中已作较详细的分析，这里就不再重复。(2)磨削烧伤问题的分析在瞬时高温作用下，工件表层可能被烧伤。3.磨削热对加工的影响图8-23磨削时表面烧伤颜色的变化图8-24内冷却系统1)采用良好的冷却措施，选用合适的切削液冷却工件。2)磨料的切削性能对磨削热有很大的影响。3)砂轮的硬度对磨削热有较大的影响
9、。图8-25大气孔砂轮4)在磨削热特别大的情况下，可选用大气孔砂轮(图8-25)。5)树脂结合剂砂轮要比陶瓷砂轮不易使工件烧伤，目前在滚动轴承磨削中广泛采用。6)磨削的背吃刀量对磨削热影响最大。(3)磨削裂纹如果磨削温度过高，会引起高温塑性变形、金相组织变化，并产生残余应力。这主要是由于磨削热使金属材料的金相组织发生变化（简称相变）引起的。陶瓷砂轮在窑中的烧结过程：1)低温(200)，坯体主要排除残余水份。2)脱水分解(200900)。高岭土（Al2O32SiO22H2O）400600偏高岭土Al2O32SiO2+2H2O3)高温烧成(900)。4)保温48h。1.砂轮烧成过程的物理变化5)冷
10、却。(1)金属切除率z=1000vw faap（8 16）例2粗磨一个零件，vW=25m/min,fa=20mm/r,ap=0.05mm,求金属切除率z？解根据式(8-16)得：z=1000vW faap(2)磨削比如果z值很高，而砂轮的磨耗很快，则砂轮的性能也不能算好。G=磨除金属体积/砂轮消耗体积2.砂轮磨削性能的评定砂轮磨钝的形式有以下三种：(1)磨粒的钝化如图8-26a所示，磨粒的锋利微刃已丧失，磨粒表面平滑，失去磨削性能。图8-26砂轮磨钝的形式a)磨粒的钝化b)磨粒急剧脱落c)砂轮的粘嵌和堵塞1.砂轮的磨钝图8-27磨粒的磨钝磨损表8-5几种磨料的力学性能(2)磨粒急剧脱落如图8-
11、26b所示，砂轮工作面磨粒的脱落将使砂轮不再保持正确的工作形面，影响加工精度。(3)砂轮的粘嵌和堵塞如图8-26c所示，砂轮的网状空隙被磨屑堵塞。no=100%（8 18）图8-28砂轮孔穴的形状砂轮的使用寿命是指砂轮两次修整之间所经历的实际磨削时间。1)用金属切除率z的变化来判断。2)用工件表面质量的变化来判断。这一标准较易在操作现场应用。3)用砂轮磨削能力系数的大小来判断。影响砂轮耐用度的因素主要是：砂轮特性、磨削用量、冷却方式、工艺系统刚度等方面。2.砂轮的使用寿命表8-外圆砂轮的选择表8-7外圆磨削用量0.02870.01950.01430.02390.01620.01190.0205
12、0.01390.01020.01790.0121表8-8内圆砂轮的特性及其选择表8-9内圆磨削用量表(单位：mm)表8-10平面磨削砂轮选择表8-11平面磨削用量选择表8-12无心磨削砂轮选择表8-13无心磨削用量选择表8-14花键轴磨削砂轮选择2.切入磨削选择较硬的砂轮。3.磨削热导率较低的钢时，选用硬度较低的砂轮表8-15花键轴磨削用量选择8.010.012516.00.0570.0760.0500.0670.0450.0590.0380.0500.0190.0170.0150.013外圆磨削的工艺范围广泛，主要用于磨削轴类，套筒类零件的外圆表面。表8-16外圆磨削的工艺范围3.无心磨削4
13、.端面外圆磨削磨床砂轮主轴轴线相对工件轴线倾斜角，砂轮斜向切入时可同时磨削工件的外圆和台阶面。5.多砂轮磨削6.凸轮轴磨削7.曲轴磨削8.轧辊磨削9.异形轴磨削10.凸键轴磨削11.成形砂轮磨削12.切入成形磨削内圆磨削也是磨工的基本操作之一，主要用于各种零件的内圆表面加工。表8-17内圆磨削的工艺范围5.深孔磨削6.小孔磨削7.多磨头内圆磨8.立式内圆磨削9.内圆成形磨削平面磨削的工艺范围也很广泛。表8-18平面磨削的工艺范围4.双端面磨削能同时磨削工件的两个平行面，磨削时工件可连续送料，常用于自动生产线中。5.平面成形磨削6.深切缓进磨削7.花键磨削成形磨削主要包括样板、模具、螺纹和齿轮的
14、磨削。表8-19成形磨削的工艺范围3.仿形法磨成形面4.展成法磨球面5.坐标磨床磨成形面6.数控凸轮磨削7.用正弦分度夹具装夹磨成形面8.螺纹磨削9.齿轮磨削刀具刃磨的主要工艺内容是铰刀、铣刀、插齿刀、拉刀的刃磨和齿轮滚刀的铲磨、刃磨。表8-20刀具刃磨的主要内容表8-20刀具刃磨的主要内容4.刃磨铰刀前刀面H=D/2sino5.刃磨铰刀后刀面H=D/2sino6.刃磨滚刀前刀面7.刃磨成形车刀z底盘转角x转体转角8.刃磨车刀9.刃磨麻花钻后刀面用金刚钻修整成形砂轮时，多数是将成形面按几何形状分段进行修整，但也有将砂轮整体修整成形，来进行成形磨削。图8-29修整砂轮角度工具1正弦尺2滑块3体座
15、(1)用正弦修整角度工具修整砂轮修整砂轮的角度工具，主要用来修整各种角度的成形砂轮，然后用此砂轮磨削工件的斜面。当需要修整砂轮斜角为时(2)靠模成形砂轮修整器有的工件形状比较复杂，要采用靠模修整器来修整砂轮。图8 31所示为用于平面磨床的砂轮修整器。(3)砂轮圆弧的修整修整砂轮圆弧的方法是调整金刚石尖端到修整器的回转中心的距离来控制半径的。图8-30角度修整器1正弦尺座2滑块3金刚钻4齿条5心轴6小齿轮7捏手8轴套9主体10螺母11螺钉12平板13垫板14圆柱图8-31靠模砂轮成形修整器1手轮2丝杠3、5零件4金刚钻座6弹簧7壳体8靠模图8-32砂轮圆弧修整器1轮盘2定位销3定位板4支架5金刚
16、石6螺钉7可调节撞块8固定块9手轮10量块图8-33修整器的调整图8-34圆弧砂轮的形状图8-35多圆弧砂轮的修整用非金刚钻修整砂轮，主要是代替昂贵的金刚钻，以降低工艺成本。(1)基本原理将滚压轮制成所需的形状后作为修整工具，对砂轮施加压力，使砂轮上的磨料和结合剂被挤碎脱落下来，达到修整成形砂轮的目的。(2)分类常用的滚压轮有两种：1)硬质合金滚压轮，即滚压轮由YG6、YG8、YG15硬质合金制成；2)金属滚压轮，即滚压轮由合金工具钢或碳素钢等制成，淬火硬度至6365HRC。(3)滚压轮修整成形砂轮用滚压轮修整砂轮时，滚压轮本身也会有少量的磨损，因而会影响成形面的精度。当工作滚压轮磨损后，可用
17、标准滚压轮将砂轮精修成形，再用此砂轮来磨工作滚压轮，以修复工作滚压轮的精度。图8-36滚压砂轮装置及滚压轮1前座2滚压轮3后座(1)用金刚石滚轮修整成形砂轮金刚石滚轮修整器在复杂成形面修整中，应用广泛，修整精度高。图8-37金刚石滚轮修整器(2)用金刚石模板修整成形砂轮金刚石模板的制造类似于金刚滚轮，也是用电镀法将金刚石层电镀在工作表面上，用以修整砂轮。图8-38多齿金刚石模板修整平面砂轮成形砂轮磨削所获得的工件的精度，首先决定于砂轮修整的精度和正确性，所以对于砂轮修整还需要注意以下几点：1)在夹具上用金刚钻修整成形砂轮时，工具的回转中心必须垂直于砂轮主轴中心线，金刚钻刀尖应在通过砂轮主轴轴线
18、的垂直面或水平面内运动，这样才能保证修整出的砂轮形状准确。图8-39砂轮与工件的关系a)凸圆弧b)凹圆弧2)被磨削的工件是凸圆弧，如图8-39a所示，则修凹圆弧砂轮的半径R砂比工件的实际尺寸R工大0.010.02mm。3)被磨削的工件是凹圆弧，如图8-39b所示，则修凸圆弧砂轮的半径R砂比工件的实际尺寸R工小0.010.02mm。4)在修整成形砂轮时，均需在修整前用碳化硅砂条作粗修整，这样不仅减少金刚钻的损耗，同时可提高修整砂轮效率。5)由于砂轮和工件接触面比较大，故产生较大磨削力，因此需要使用功率较大、刚度较好的磨床。6)成形磨削热量较大，故需要进行充分地冷却，磨削用量不宜过大，砂轮也不宜修
19、得太细。图8-40下落式自动装料器动作顺序图8-41上下料机构a)带滑道的上料机构b)带横梁、移动架的下料机构图8 42a所示为斜置式机械手。图8-42双臂机械手a)斜置式机械手b)回转式机械手1、2机械手3、4转臂图8-43工业机器人的组成1机身2控制系统3驱动系统4上臂5腰部6前臂7腕图8-44机器人的分类及示例a)机器人的分类b)示例1手指2腕3手臂4柱5基座工艺是指原材料经过加工，改变其几何形状、物理和化学性质，生产出具有使用价值的产品的方式或过程。(1)工艺创新是不断提高企业经济效益的客观要求一定的工艺技术水平决定了企业的经济效益，要想持续不断地提高企业的经济效益，就必须不断地开展工
20、艺创新。(2)工艺创新使企业在知识经济大潮中立于不败之地通过工艺创新，降低产品生产过程的资源、能源消耗，提高材料使用率，降低生产成本。(3)工艺创新的几项基本原则工艺创新应符合下列五项基本原则：经济效益原则；可替代原则；技术先进原则；切合实际原则；可持续发展原则。如第二章所阐述的世界磨削工艺的发展趋势，表明了在磨削领域技术创新的特点。(1)低熔点材料粘固法磨薄片零件这种工艺改革的特点是消除工件的夹紧变形，以提高工件的形状精度(平面度)和位置精度(平行度)。(2)电磁无心夹具滚动轴承的磨削原来用弹性膜片多点夹紧。(3)展成法磨球面杯形砂轮与工件安装成轴线交角，砂轮与工件同时绕各自的轴线旋转，展成
21、球面。(4)偏心后刀面磨立铣刀的圆周齿用金刚石将砂轮修整出较窄的工作面。(5)特殊结构顶尖在较大磨床磨削小直径尺寸的细长轴时，机床尾座的顶尖顶紧力就相对较大。(6)中心孔行星磨削用中心孔磨床磨削中心孔，中心孔的圆度可达到0.0008mm。(7)弦线传动的V形成组夹具工件由弦线传动，消除传动惯性力对加工精度的影响，定位精度高。(8)内冷却心轴能使切削液流入工件的内壁，冷却工件，防止工件热变形。(9)密珠心轴心轴定心圆直径与孔壁能保持2m的过盈量，达到较高的中心定位精度。(10)深孔磨具在万能外圆磨床上的深孔磨具适合磨削大直径的深孔。(11)高频电动磨具转速为5000090000r/min,磨削轴
22、承滚道的表面粗糙度值达到Ra0.1m。通常，可针对加工的问题对磨削工艺进行改革。1)在工作台液压缸上增加一个放气阀，以便排除液压缸中的空气，其结构如图8-45所示。图8-45放气阀的安装图2)提高工作台与床身导轨面的接触精度。3)改善导轨润滑效果。图8-46改善工作台油槽结构图8-47专用百分表座图8-48摩擦片图8-49磨摩擦片的夹具图8-50用正弦规和精密角铁装夹磨斜面图8-51开槽砂轮举两个例子来说明设备改进的方法。图8-52薄膜可变节流静压轴承工作原理图8-53内圆磨具沟槽节流静压轴承图8-54供油系统图8-55静压轴承的结构图8-56动静压轴承图8-57螺纹磨床工件喷淋恒温控制系统外
23、圆磨床分为无心外圆磨床、宽砂轮无心外圆磨床、普通外圆磨床、万能外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床、多砂轮架外圆磨床、多片砂轮外圆磨床等。图8-58MB1332B半自动外圆磨床图8-59MA1420/750H万能外圆磨床图8-0MK1620数控端面外圆磨床表8-21MK1620数控端面外圆磨床的主要技术规格及参数图8-1MK1320数控外圆磨床表8-22主要技术参数同样，磨床制造厂也在不断地开发数控内圆磨床。图8-2MK2710数控内圆磨床常用平面磨床有卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床、立轴圆台平面磨床和双端面磨床等。图8-3M7163/3000H(H238)卧轴矩台平面
24、磨床表8-23主要技术规格及参数图8-4MB7150/H半自动卧轴矩台平面磨床表8-24主要技术规格及参数表8-25主要技术规格及参数图8-65MM7132A精密卧轴矩台平面磨床1床身2电磁吸盘3磨头4立柱5、6工作台7操纵箱8冷却箱9、10、11手轮12、13手柄图8-67MM7132A精密平面磨床横向进给机构1手轮2齿轮3、8、9手柄4、5、14、15、16、17齿轮6螺母7丝杠10蜗杆11斜齿轮12轴13直流电动机图8-68MM7132A精密平面磨床工作台纵向液压传动机构1弹簧片2换向阀3齿条4拨叉5齿轮轴6、7齿轮8电动机9轴10转子11定子12定量泵13偏心轴图8-69MM7132A精密平面磨床磨头1螺钉2塞铁3磨头体壳4主轴5轴承图8 70所示为M6025型万能工具磨床，备有多种附件，可刃磨各种工具。图8-70M6025型万能工具磨床1、2、3、4、11手轮5立柱6磨头架7导轨8纵向工作台9调节捏手10手柄12横向滑板13床身表8-26M6025型万能工具磨床主要技术规格表8-27MQ6025A型万能工具磨床主要技术规格图8-71MQ6025A型万能工具磨床1床身2、3工作台4床头架5尾座6、7、8、13手轮9滑板10升降机构11磨头12操纵盒
