1、 第三节 磨具与磨削过程 一、磨具 （1）定义：磨具是用磨料为主制造而成的一类切削工具。它是用结合剂或粘结剂将许多细微、坚硬和形状不规则的磨料磨粒按一定要求粘结制成的。（2）种类：砂轮、油石、砂纸、砂布、砂带、油剂调制的研磨膏等。砂轮和油石称为固结磨具，气孔在切削过程中起裸露磨粒棱角、容屑和散热的作用；砂纸、砂布、砂带称为涂覆磨具。1.磨料：担负切削工作，在切削过程中受力破碎后能行程尖锐的棱角。常用磨料性能见表1.3。表1.3 磨料性能及应用范围类别磨料名称代号磨料性能应用范围刚玉类棕刚玉A含9192的Al2O3，棕色，硬度高，韧性好，价廉加工硬度较低的塑性材料，如低、中碳钢和普通合金钢白刚玉
2、WA含9799的Al2O3，白色，比A硬度高，韧性低，自锐性好，磨削时发热少加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等。碳化硅类黑色碳化硅C含95SiC，硬度比WA高，性脆而锋利，导热性和导热性良好加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、青铜等。绿色碳化硅GC含97SiC，绿色，硬度和脆性比C高，导热导电性能良好加工硬度较高的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷等2.粒度：磨料颗粒的大小。GB2477-83规定了磨粒和微粉两种粒度号。(1)磨粒：筛选法分类，粒度号以1英寸长度上筛孔数表示。颗粒号越大，磨粒的颗粒越小。粒度号有：4、536、40、46240、280等，共27个号。一般粗磨选角粗的磨粒
3、，如3646；精磨选较细的磨粒，如60120。(2)微粉：用水力按不同沉降速度进行分级，粒度号用该级颗粒的实际最大尺寸来表示。粒度号有：W63、W50、W40W1.5、W1.0、W0.5等，共14个等级。多用于研磨等精密加工和超精密加工。3.结合剂：粘结磨料的材料。GB2484-84中常用结合剂有：(1)陶瓷结合剂（V）：性能稳定，不怕油、酸、碱的腐蚀，适应各种冷却液，气孔率大，磨削效率高；脆性大，弹性差，不能承受侧向力。适用于 m/s的内外圆、平面、无心磨削和成形磨削等。(2)树脂结合剂（B）：由环氧树脂、酚醛树脂等有机化合物组成。强度高、弹性好、耐冲击；耐热性和耐腐蚀性差。适用于切断和开槽
4、的薄片砂轮及 m/s的高速磨削砂轮。5035 (3)橡胶结合剂（R）：强度和弹性比树脂结合剂更高；气孔率小，易堵塞，耐热性差，具有较好的抛光作用。适用于无心磨削导轮、抛光砂轮等。(4)金属结合剂（M）：用青铜作结合剂，韧性和成形性好，强度大，自锐性差。适用于金刚石砂轮和磨具。4.硬度：磨具工作时在外力作用下磨料颗粒脱落的难易程度。磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。GB2484-84规定了16个级别。D，E，F（超软）；G，H，J（软）；K，L（中软）；M，N（中）；P，Q，R（中硬）；S，T（硬）；Y（超硬）。普通磨削常用GN级硬度的砂轮。硬度选取：软材料，硬砂轮；硬材料，软砂轮；成型磨削和
5、精磨，硬砂轮；薄壁、薄片、细长零件磨削，软砂轮，断续表面磨削，硬砂轮。5.组织：表示磨具中磨粒、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。组织号以磨粒所占磨具体积的百分比来确定，磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。GB2484-84规定了15个组织号：0、1、214，0号最致密，14号最疏松。组织选取：普通磨削钢和铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精密磨削，组织紧密砂轮；韧性大硬度不高的材料，组织疏松砂轮；硬质合金、热敏性材料（如磁钢）、有色金属，组织更疏松的大气孔砂轮。（6）形状和尺寸（图1.23）7.标记 磨具标记的书写顺序为：形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高工作线速度（此项为砂
6、轮所独有）。砂轮标记：P400150203A60L5B35 P形状代号，平行砂轮 400外径尺寸 150厚度 203内径尺寸 A磨料代号，棕刚玉 60粒度号 L硬度，中软 5组织号，中等 B结合剂代号，树脂结合剂 35最高工作线速度（m/s）油石标记：SF1080GCW40M8V SF形状代号 1080正方边长和长度尺寸 GC磨料代号 W40粒度号 M硬度 8组织号 V结合剂代号 砂带标记：DWBN802500WAP60 DWBN形状代号，耐水无接头环形布砂带 802500宽度和周长尺寸 WA磨料代号 P60涂覆砂带粒度号二、磨削过程1.磨削过程的实质 磨削也是一种切削加工。砂轮表面上分布着为
7、数甚多的磨粒，每个磨粒相当于多刃铣刀的一个刀齿，因此磨削过程可以看作是众多刀齿铣刀的一种超高速铣削。砂轮表面磨粒形状各异，排列很不规则，其间距和高低随机分布。据测量，刚修正后的刚玉砂轮，平均为6580，磨削一段时间后增大到85。由此可见，磨削时是负前角切削，且负前角远远大于一般刀具切削的负前角。负前角切削是磨削加工的一大特点。o 磨粒的切削过程如图所示。（1）砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒，切入工件较深且有切屑产生，起切削作用（图a）。（2）突起高度较小和较钝的磨粒，只能在工件表面刻画细微的沟痕，工件材料被挤向两旁而隆起，此时无明显切屑产生，仅起刻划作用（图b）。（3）比较凹下和已经钝化
8、的磨粒，既不切削也不刻划，只能从工件表面滑擦而过，起摩擦抛光作用。磨削过程的实质是切削、刻划和摩擦抛光的综合作用过程，由此可获得较小的表面粗糙度值。粗磨时以切削作用为主，精磨时切削作用和摩擦抛光作用同时并存。2.磨削过程的特点 磨削过程与刀具切削过程一样，也要产生切削力、切削热、表面变形强化和残余应力等物理现象。由于磨削是以很大的负前角切削，所以磨削过程又有自身特点。（1）背向磨削力Fp 大：磨削时砂轮作用在工件的力为总磨削力F。F可分解为三个相互垂直方向的分力，即磨削力Fc、背向力Fp和进给磨削力Ff。磨削时，由于背吃刀量很小，所以磨削力Fc较小，进给磨削力Fc则更小，一般可忽略不计。但背向
9、磨削力Fp很大，这是因为砂轮的宽度较大，磨粒又是以很大的负前角切削的缘故。在刀具切削加工中，一般切削力Fc最大，而磨削时是背向磨削力Fp最大，这是磨削加工的一个显著特点。影响：Fp作用于砂轮切入方向，砂轮以很大的力推压工件，加速砂轮钝化，使砂轮轴和工件均产生弯曲变形，工件易出现圆柱度o45.1cpFF误差，直接影响工件的形状精度和表面质量。解决方法：精磨:增加光磨次数，或采用辅助支承，以消除或减少因Fp所引起的形状误差。光磨：工件磨到接近最后尺寸（余量一般为0.0050.01mm)时不再吃刀的磨削。光磨可提高工件的形状精度，降低表面粗糙度。磨削质量随着光磨次数的增多而提高。（2）磨削温度高：产
10、生的切削热比刀具切削多，而且散热条件与切削加工不同。磨削属于高速切削，切屑和工件分离时间短，砂轮导热性又很差，切削热不能较多的通过砂轮和切屑传出，一般有80切削热传入工件（刀具切削低于20），而且瞬时聚集在工件表层，形成很大的温度梯度。工件表层温度可高达1000 以上，而表层1mm以下接近室温。当局部温度很高时，表面易产生热变形，甚至烧伤。因此，磨削时需施加大量切削液，以降低磨削温度。（3）表面变形强化和残余应力严重：与刀具切削加工相比，虽然磨削的表面变形强化和残余应力层要浅很多，但程度更为严重。影响零件的加工工艺、加工精度和使用性能。解决方法：及时用金刚石工具修整砂轮，施加足够切削液，增加光
11、磨次数。第四节 普通刀具切削加工方法综述 一、车削加工 （1）定义：工件旋转做主运动，车刀做进给运动的切削加工方法称为车削加工。（2）可进行车削加工的机床：卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、自动机床、数控机床、各种专用车床。（3）主要用来加工各种回转表面：外圆（含外回转槽）、内圆（含内回转槽）、平面（含台肩端面）、锥面、螺纹和滚花面等。（4）车削种类尺寸公差等级表面粗糙度Ra 粗车IT12IT112512.5m 半精车IT10IT96.33.2m精车IT8IT7（外圆可达IT6）1.60.8m（精车有色金属可达0.80.4m）1.车外圆 左偏刀主要用于需要从左向右进给车削右边有直角轴肩的
12、外圆以及右偏刀无法车削的外圆。2.车孔 车孔是用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面。车盲孔和台阶孔时，车刀先纵向进给，当车到孔的根部时再横向从外向中心进给车端面或台阶端面。3.车端面 车平面主要是车端面。图（a）是用弯头刀车平面，可采用较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，大小平面均可切削；图（b）是90右偏刀从外向中心进给车平面，适宜车削尺寸较小的平面或一般的台肩端面；图（c）是90右偏刀从中心向外进给车平面，适宜车削中心带孔的端面或一般的台肩端面；图（d）是左偏刀车平面，刀头强度较好，适宜车削较大平面，尤其是铸锻件的大平面。4.车锥面 锥面可看作是内外圆的一种特殊形式。内锥面具有配合紧
13、密、拆卸方便、多次拆卸后仍能保持准确对中的特点，广泛用于要求对中准确和需要经常拆卸的配合件上。常用的标准圆锥有莫氏圆锥、米制圆锥和专用圆锥三种。种类规格说明应用莫氏圆锥0，1，2 6等7个号0号尺寸最小（大端直径9.045mm），6号最大（大端直径63.348mm）其中锥角/2 在130 左右车床主轴锥孔及顶尖、钻头、铰刀的锥柄等 米制圆锥4，6，80，100，120，140，160，200共8个号号数系指大端直径尺寸（mm），各号锥度固定不变，均为1：20同上专用圆锥1：4，1：12，1：50，7：24等多用于机器零件或某些刀具的特殊部位。例如，1：50圆锥用于圆锥定位销和锥铰刀，7：24用
14、于铣床主轴锥孔及铣刀杆的锥柄。车锥面的方法：（1）小滑板转位法：主要用于单件小批生产中精度较低和长度较短（100mm）的内锥面。（2）尾座偏移法：用于单件或成批生产中轴类零件上较长的外锥面。（3）靠模法：用于成批和大量生产中较长的内外锥面。（4）宽刀法：用于成批和大量生产中较短（20mm）的内外锥面。二、钻削加工 （1）定义：用钻头或铰刀、锪刀在工件上加工孔的方法统称为钻削加工。（2）可进行钻削加工的机床：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、车床、铣床、铣镗床等机床。1.钻孔 用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔。钻孔属于粗加工，其尺寸公差等级为IT12IT11，表面粗糙度Ra 值为2512.5
15、m。（1）麻花钻头结构特点 两个前刀面（螺旋槽）两个主后刀面 两个副后刀面（棱边）两条主切削刃 两条副切削刃 一条横刃（两主后刀 面交线）（2）麻花钻加工特点：三差一大 刚度差（因为有两条又宽又深的螺旋槽）导向性差（只有两条很窄的棱带与孔壁接触导向）切削条件差（钻孔时，孔内的实体材料要全部变成卷曲的切屑，体积急剧膨胀。而钻孔又属于半封闭式切削，切削只能沿钻头的螺旋槽从孔口排出，致使切屑与孔壁剧烈摩擦，一方面划伤和拉毛已加工的孔壁，一方面产生了大量的切削热，半封闭切削又使切削液难以进入切削区域。）轴向力大（主要因为横刃的存在）另外，钻头的两条主切削刃手工刃磨难以准确对称，致使钻孔具有易引偏、孔径
16、易扩大和孔壁质量差等工艺问题。（3）改进措施：修磨横刃，使其为原长的1/51/7，增大该处前角，减少横刃的 不利影响。直径大于15mm的钻头，磨分屑槽，切屑变窄便于排出。在两个主切削刃上磨出对称凹圆弧面，改善定心性能。2.扩孔 用扩孔刀具扩大工件孔径的方法称为扩孔。扩孔所用机床与钻孔相同。可用扩孔钻扩孔，也可用较大直径的麻花钻扩孔。扩孔钻的直径规格为10100mm，其中常用的是1550mm。直径小于15mm的一般不扩孔。扩孔的余量（Dd）一般为孔径的1/8。由于专用扩孔钻的排屑槽浅而窄，致使钻芯粗壮；有34个刀齿，每个刀齿周边上有一条螺旋棱带；中心部位不切削，无横刃；切削薄而窄，不易划伤孔壁，
17、使切削条件改善。与麻花钻相比，刚度、导向性和切削条件较好，轴向力较小，因此扩孔的加工精度比钻孔高些，可在一定程度上纠正原孔轴线偏斜，属于半精加工，其尺寸公差等级为IT10IT9，表面粗糙度Ra 值为6.33.2 m。3.铰孔 用铰刀在工件孔壁上切除微量金属层，以提高尺寸精度和降低表面粗糙度的方法称为铰孔。铰孔所用机床与钻床相同。铰孔可加工圆柱孔和圆锥孔，可机铰和手铰，铰孔余量一般为 0.050.25mm。铰刀分为圆柱铰刀和圆锥铰刀，两者又有机铰刀和手铰刀之分。圆柱铰刀多位锥柄，其工作部分较短，直径规格为10100mm，其中常用的为1040mm；圆柱手铰刀为柱柄，直径规格为140mm；锥度铰刀常
18、见的有1：50锥度铰刀和莫氏锥度铰刀两种。铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度，而取决于铰刀的精度、安装方式以及加工余量、切削用量和切削液等条件。因此，铰孔时，应采用较低的切速，精铰Vc0.083m/s（即5m/min），避免产生振动、积屑瘤和过多的切削热；宜选用较大的进给量，要施加合适的切削液；机铰时铰刀与机床最好用浮动连接方式，以避免因铰刀轴线与被铰孔轴线偏移而使铰出的孔不圆，或使孔径扩大；铰孔之前最好同材料试铰一下，以确保铰孔质量。铰孔属于定径刀具加工，适宜加工中批或大批大量生产中不宜拉削的孔；适宜加工单件小批生产中的小孔（D1015mm）、细长孔（L/D5）和定位销孔。钻扩铰、
19、钻铰、粗车孔半精车孔铰孔联用，是常用的加工线路。铰孔属于精加工，它又分为粗铰和精铰。粗铰的尺寸公差等级为IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.8m；精铰的尺寸公差等级为IT7IT6，表面粗糙度Ra值为0.80.4m。4.锪孔 用锪钻（或带用刀具）加工平底和锥面沉孔的方法称为锪孔。锪孔一般在钻床上进行。三、镗削加工 镗刀旋转作主运动，工件或镗刀作进给运动的切削加工方法称为镗削加工。镗削加工主要在铣镗床、镗床上进行。在铣镗床上镗孔的方法如图149和150所示。单刃镗刀是把镗刀头安装在镗刀杆上，其孔径大小靠调整刀头的悬伸长度来保证，多用于单件小批生产中。在普通铣镗床镗孔，与车孔基本类似，粗镗的的
20、尺寸公差等级为IT12IT11，表面粗糙度Ra值为2512.5m，半精镗的的尺寸公差等级为IT10IT9；表面粗糙度Ra值为6.33.2m；精镗的的尺寸公差等级为IT8IT7，表面粗糙度Ra值为1.60.8m。可调浮动镗刀片（图150（b）的两切削刃之间的距离为孔径尺寸，可通过调节用百分尺检测获得。铣镗床主要用于机座、箱体、支架等大型零件上孔和孔系的加工。此外还可加工外圆和平面，主要加工箱体和其他大型零件上与孔有位置精度要求，需要与孔在一次安装中加工出来的短而大的外圆和端平面等，如图151所示。四、铣削加工（1）定义：铣刀旋转作主运动，工件作进给运动的切削加工方法称为铣削加工。（2）铣削加工机
21、床：可在卧式铣床（卧铣）、立式铣床（立铣）、龙门铣床、工具铣床及各种铣床上进行。（3）加工对象：平面（水平面、垂直面、斜面）、沟槽（直角槽、键槽、V形槽、燕尾槽、T形槽、圆弧槽、螺旋槽）、成形面、孔（钻孔、扩孔、铰孔、铣孔）和分度工作。铣削种类尺寸公差等级表面粗糙度Ra 粗铣IT12IT112512.5m 半精铣IT10IT96.33.2m精铣IT8IT73.21.6m（直线度可达0.080.12mm/m）1.铣平面：端铣、周铣和两种兼有（1）镶齿端铣刀：刀齿为硬质合金，切削速度Vc100m/min，生产率高，主要加工大平面。（2）套式立铣刀：高速钢，切削速度Vc为3040 100m/min，生产率低，用于铣削各种中小平面和台阶面。（3）圆柱铣刀：高速钢，卧铣铣削中小平面。（4）三面刃铣刀：卧铣铣削小型台阶面和四方、六方螺钉头等小平面。（5）立铣刀：铣削中小平面。2.铣沟槽：
