第 7章 磨削加工技术
7.1 概述
7.2 砂轮
7.3 磨削加工方法
7.4 先进磨削方法结 束
7,1 概述
磨削加工是用磨料磨具（如砂轮、砂带、油石、研磨料等）为工具在磨床上进行切削的一种加工方法，是零件精加工的主要方法之一。它的应用范围很广，不仅能加工一般材料，如钢、铸铁等，还可加工一般刀具难以加工的材料，如淬火钢、硬质合金、玻璃及陶瓷等。
磨床加工的工艺范围很宽，可磨削内外圆柱面、圆锥面、
平面、齿轮齿廓面、螺旋面及各种成形面等，还可刃磨刀具和切断等。随着磨料磨具的不断发展，机床结构和性能的不断改进，以及高速磨削、强力磨削等高效磨削工艺的采用，
磨削已逐步扩大到粗加工领域。选用小切削余量的毛坯，以磨代车（或镗、铣、刨），既节省原料，又节省工时，为机械加工的方向之一。
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7,2 砂轮
7,2,1概述
砂轮是磨削加工的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的疏松多孔物体 。磨粒、结合剂和空隙是构成砂轮的三要素。
随着磨料、结合剂及砂轮制造工艺的不同，砂轮特性差别很大，对磨削加工的精度及生产率等有着重要的影响,必须根据具体情况选用。
1．砂轮的特性
砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度及组织等五个方面的因素决定。
1)磨料
磨料是制造砂轮的主要原料，在磨削中担负主要的切削工作。磨料必须具备高硬度、高耐热性、耐磨性和一定的韧性。如 表 7-1。
下一页 返回表 7-1 常用磨料的性能与用途返回系列磨料名称代号 特 性 适于磨削的材料氧化物系棕刚玉
GZ
棕褐色，硬度高，韧性大，价格便宜 碳钢、合金钢白刚玉 GB 白色，硬度比 GZ高，韧性比 GZ差 淬火钢、高速钢碳化物系黑碳化硅 TH
黑色，硬度比 GB高，性脆而锋利，导热性较好铸铁、黄铜绿碳化硅 TL
绿色，硬度及脆性比 TH高，有良好的导热性硬质合金、宝石、陶瓷,
人造金刚石 JR
无色透明或淡黄色、黄绿色、黑色、硬度高硬质合金、宝石、光学玻璃、半导体材料等立方氮化硼 CBN
黑色或淡色白，硬度仅次于 JR，耐磨性高、发热小高钒高速钢、不锈钢等难加工材料
2)粒度
表示磨料颗粒的大小。砂轮的粒度对磨削加工生产率和工件表面质量影响较大。一般来说，粗磨时，应选用粗粒度的砂轮，以保证较高的生产率；精磨时，选用细粒度砂轮，
以减低磨削表面的粗糙度值；磨软而粘的材料，应选用粗粒度的砂轮，以防工作表面堵塞；磨削脆、硬材料，则应选用细粒度砂轮。粒度的选用如 表 7-2所示。
3)结合剂
用于黏合磨粒，制成各种不同形状和尺寸的砂轮。结合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性、耐热性和使用寿命。常用的结合剂有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂和金属结合剂等，其中以陶瓷结合剂应用最广。结合剂的性能与用途如 表 7-3。
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7,2 砂轮表 7-2 粒度的选用返回粒 度 号 颗粒尺寸 /μm 使 用 范 围
12#,14#,16# 2000～ 1000 粗磨、荒磨、打磨毛刺
20#,24#,30#,36# 1000～ 400 磨钢锭、打磨铸件毛刺、切断钢坯等
46#,60# 400～ 250 内圆、外圆、平面、无心磨、工具磨等
70#,80# 250～ 160 内圆、外圆、平面、无心磨、工具磨等半精磨、精磨
100#,120#,150#,180#、
240#
160～ 50 半精磨、精磨、珩磨、成型磨、工具磨等
W40,W28,W20 50～ 14 精磨、超精磨、珩磨、螺纹磨、镜面磨等
W14～更细 14～ 2.5 精磨、超精磨、镜面磨、研磨、抛光等表 7-3 结合剂的性能与用途返回名 称 代 号 性 能 应用范围陶瓷结合剂 V
耐热、耐水、耐油、耐酸碱，气孔率大，强度高，但韧性弹性差能制成各种磨具，
适用于成形磨削和磨螺纹、齿轮、曲轴等树脂结合剂 B
强度高，弹性好，耐冲击，有抛光作用，但耐热性差，抗腐蚀性差制造高速砂轮、薄砂轮橡胶结合剂 R
强度和弹性更好，有极好的抛光作用，但耐热性更差，不耐酸，气隙堵塞抛光砂轮、薄砂轮、无心磨导轮金属结合剂 J
强度高，成形性好，有一定韧性，但自锐性差制造各种金刚石磨具，使用寿命长
4)硬度 砂轮的硬度是指在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。如磨粒容易脱落，表明砂轮硬度低，反之则表明砂轮硬度高。砂轮的硬度与磨粒的硬度是两个不同的概念，硬度相同的磨粒，可以制成不同硬度的砂轮。
砂轮硬度的选择，对磨削质量、磨削效率和砂轮损耗都有很大影响。一般来说，磨削较硬的材料，应选用较软的砂轮；磨削较软的材料，应选用较硬的砂轮。磨削有色金属时，
应选用较软砂轮，以免切屑堵塞砂轮；在精磨和成形磨削时，
应选用较硬砂轮。
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7,2 砂轮
5)组织砂轮的总体积是由磨粒、结合剂和气孔构成的，
这三部分体积的比例关系，在工程中常称为砂轮的组织。
2．砂轮的形状 常用砂轮的形状、代号及主要用途如 表 7-6
所示。
3．砂轮的平衡、安装与修整
1)砂轮的安装 由于砂轮工作时的转速很高，而砂轮的质地又较脆，因此，必须正确地安装砂轮，以免砂轮碎裂飞出，
造成严重的设备事故和人身伤害。安装砂轮时，应根据砂轮形状、尺寸的不同而采用不同的安装方法。
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7,2 砂轮表 7-6 常用砂轮的形状代号及主要用途返回砂轮种类 断面形状 形状代 号 主要用途平形砂轮 P 磨外圆、内孔、平面及刃磨刀具双斜边砂轮 PSX 磨齿轮及螺纹双面凹砂轮 PSA 磨外圆、刃磨刀具、无心磨的磨 轮和导轮双面凹带锥砂轮 PSZA 磨外圆及台肩薄片砂轮 PB 切断、磨槽筒形砂轮 N 主轴端磨平面碗形砂轮 BW 磨机床导孰、刃磨刀具碟形 1号砂轮 D1 刃磨刀具碟形 3号砂轮 D2 磨齿轮及插齿刀
砂轮安装前必须仔细检查砂轮的外形，不允许砂轮有裂纹和损伤。装拆砂轮时必须注意压紧螺母的螺旋方向。在磨床上，为了防止砂轮工作时压紧螺母在磨削力的作用下自动松开，对砂轮轴端的螺旋方向作如下规定：逆着砂轮旋转方向拧螺母是旋紧，顺着砂轮旋转方向转动螺母为松开。
2） 砂轮的平衡砂轮的重心与旋转中心不重合称为砂轮的不平衡 。 在高速旋转时,砂轮的不平衡会使主轴振动,从而影响加工质量,严重时甚至使砂轮碎裂,造成事故 。 所以砂轮安装后,首先需对砂轮进行平衡调整 。 平衡砂轮是通过调整砂轮法兰盘上环形槽内平衡块的位置来实现的 。
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7,2 砂轮
3)砂轮的修正新砂轮或使用过一段时间后,磨粒逐渐变钝,
砂轮工作表面空隙被磨屑堵塞,最后使砂轮丧失切削能力 。
所以,砂轮工作一段时间后必须进行修整,以便磨钝的磨粒脱落,恢复砂轮的切削能力和外形精度 。 修正砂轮的常用工具是金刚笔 。 修理砂轮时,金刚笔相对砂轮的位置,以避免笔尖扎入砂轮,同时也可保持笔尖的锋利 。
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7,2 砂轮
7,3 磨削加工方法
7,3,1．磨削加工特点
砂轮表面磨粒的外露部分形成参差分布的棱角，每一棱角相当于具有负前角的微小刀刃，随着砂轮的高速旋转，无数的微刃以极高的速度从工件表面切下一条条极细微的切屑，
从而形成了残留面积极小的光滑加工表面。
磨削加工与车、铣削加工比较，具有以下特点：
1)能经济地获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度通常可达 IT8～ IT5，表面粗糙度值一般为 Ra1.25～
0.32μ m。磨削加工不但可精加工，而且可进行粗磨荒磨、重负荷磨削。
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2)砂轮磨料具有很高的硬度和耐热性，因此，能够磨削一些硬度很高的金属和非金属材料，如淬火钢、硬质合金、
陶瓷材料等。这些材料用一般的车、铣等很难加工。但由于磨屑易堵塞砂轮表面的孔隙，所以不宜磨削软质材料，如纯铜、纯铝等。
3)磨削速度大，磨削时磨削区温度可高达 800～ 1000℃ 左右，这容易引起零件的变形和组织的变化。所以在磨削过程中，需进行充分的冷却，以降低磨削温度。
4) 砂轮在磨削时具有“自锐作用”。在磨削力的作用下会部分磨钝的磨粒能自动崩碎脱落，从而形成新切削刃口，
从而使砂轮保持良好的磨削性能。
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7,3 磨削加工方法
7,3,2 磨削加工方法
1．外圆磨削 外圆磨削可以在普通外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行。常用的磨削方法有轴向磨削法、径向磨削法、阶段磨削法和深度磨削法等四种。磨削对象主要是各种圆柱体、圆锥体、带肩台阶轴、环形工件以及旋转曲面。经外圆磨削后的工件表面粗糙度一般能达到 Ra0.2～
0.8μ m，尺寸精度可达 IT6～ IT7级。
1) 砂轮的选择
外圆磨削砂轮的选择必须考虑工件的加工精度、磨削性能、磨削力、磨削热等因素。选择中等组织的平形砂轮，砂轮尺寸按机床规格选用。
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7,3 磨削加工方法
2) 工件的装夹
(1)用前、后顶尖装夹工件
装夹时，利用工件两端的顶尖孔将工件支承在磨床的头架及尾座顶尖间，这种装夹方法的特点是装夹迅速方便，加工精度高。
(2)用三爪卡盘或四爪卡盘装夹工件
三爪卡盘适用于装夹没有中心孔的工件，而四爪卡盘特别适用于夹持表面不规则的工件。
(3)利用心轴装夹工件
心轴装夹适用于磨削套类零件的外圆，常用心轴有以下几种：小锥度心轴 ；台肩心轴 ；可胀心轴 。
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7,3 磨削加工方法
3)外圆的一般磨削方法
(1) 纵向法
磨削时，工件在主轴带动下作旋转运动，并随工作台一起作纵向移动，当一次纵向行程或往复行程结束时，砂轮需按要求的磨削深度再作一次横向进给，这样就能使工件上的磨削余量不断被切除。磨削特点是：精度高、表面粗糙度值小、生产效率低。适用于单件小批量生产及零件的精磨。
(2) 横向法 (切入磨法 )
磨削时，工件只需与砂轮作同向转动 (圆周进给 )，而砂轮除高速旋转外，还需根据工件加工余量作缓慢连续的横向切入，直到加工余量全部被切除为止。磨削特点是：磨削效率高，磨削长度较短，磨削较困难。横磨法适用于批量生产，
磨削刚性好的工件上较短的外圆表面。
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7,3 磨削加工方法
(3)阶段磨削法
阶段磨削法又称综合磨削法，是横磨法和纵磨法的综合应用，即先用横磨法将工件分段粗磨，相邻两段间有一定量的重叠，各段留精磨余量，然后用纵磨法进行精磨。这种磨削方法既保证了精度和表面粗糙度，又提高了磨削效率。
2．无心外圆磨削
无心外圆磨削是在无心外圆磨床上进行的一种外圆磨削。
无心外圆磨削时，工件不定中心自由地置于磨削轮和导轮之间，由托板和导轮支承，工件被磨削外圆表面本身就是定位基准面，其中起磨削作用的砂轮称磨削轮，起传动作用的砂轮称导轮。导轮由橡胶结合剂制成其轴线在垂直方向上与磨削轮成 θ 角，带动工件旋转和纵向进给运动。
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7,3 磨削加工方法
无心磨削时，磨削轮以大于导轮 75倍左右的圆周速度旋转，由于工件与导轮间的摩擦力大于工件与磨削轮间的摩擦力，所以工件被导轮带动并与它成相反方向旋转；而磨削轮则对工件进行磨削。无心磨削后工件的精度可达 IT6～ IT7级，
表面粗糙度达 Ra0.8～ 0.2。
1)无心外圆磨削的特点
(1)外圆磨削工件两端不打中心孔，不用顶针支承工件。
由于工件不定中心，磨削余量相对减少。
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7,3 磨削加工方法
(2)外圆磨削不能磨轴向带槽沟的工件，磨削带孔的工件时，不能纠正孔的轴心线位置，工件的同轴度较低。
(3)内圆磨削一般情况下只能加工可放于滚柱上滚动的工件，特别适宜磨削套圈等薄壁工件。磨套类零件由于零件是自身外圆为定位基准，因此不能修正内、外圆间的原有同轴度误差。
(4)无心磨削机动时间与上、下料时间重合，易于实现磨削过程自动化，生产效率高。
(5)在无心磨削过程中，工件中心的位置变化大小取决于工件磨削前的原始误差、工艺系统刚性、磨削用量及其他磨削工艺参数 (如工件中心高、托板角等 )。
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7,3 磨削加工方法
(6)无心磨削工件运动的稳定性、均匀性取决于机床传动链、工件形状、重量，导轮及支承的材料、表面形态，磨削用量及其他工艺参数。
(7)无心磨削机床的调整时间较长，对调整机床的技术要求也较高，不适用于单件小批量生产。
2)无心外圆磨削的方法
在无心外圆磨床上磨削工件的方法主要有贯穿法、切入法和强迫贯穿法。
(1)贯穿磨削法：磨削时，工件一面旋转一面纵向进给，
穿过磨削区域，工件的加工余量需要在几次贯穿中切除，此种方法用于磨削无阶台的外圆表面。
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7,3 磨削加工方法
(2)切入磨削法：
磨削时，工件不做纵向进给运动，通常将导轮架回转较小的倾斜角 (θ =30o)，使工件在磨削过程中有一微小轴向力，
使工件紧靠挡销，因而能获得理想的加工质量。切入磨削法适用于加工带肩台的圆柱形零件或锥销、锥形滚柱等成形旋转体零件。采用切入法时需精细修整磨削轮，砂轮表面要平整，当工件表面粗糙度值超出所要求时，要及时修整磨削轮，
磨削时，导轮横向切入要慢而且均匀。
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7,3 磨削加工方法
3．内圆磨削
内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。常用的磨削方法有纵向磨削法与径向磨削法。磨削对象主要是各种圆柱孔、圆锥孔、圆柱孔或圆锥孔端面以及成形内表面。
内圆磨削的尺寸精度可以达到 IT6～ IT7级，面粗糙度 Ra0.8～
0.2μ m。采用高精度内圆磨削工艺，尺寸精度可以控制在
0.005 mm以内，表面粗糙度 Ra 0.1～ 0.025μ m。
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7,3 磨削加工方法
内圆磨削具有以下特点：
(1)由于受到内圆直径的限制，内圆磨削的砂轮直径小，
转速又受内圆磨床主轴转速的限制（一般为 10000～ 20000
r/min)，砂轮的圆周速度一般达不到 30～ 35m/s，因此磨削表面质量比外圆磨削差。
(2)内圆磨削时，直径越小，安装砂轮的接长轴直径也越小，而悬伸却较长、刚性差，容易产生弯曲变形和振动，影响了尺寸精度和形状精度，降低了表面质量，同时也限制了磨削用量，不利于提高生产率。
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7,3 磨削加工方法
(3)内圆磨削时，砂轮直径小，转速却比外圆磨削高得多，
因此单位时间内每一磨粒参加磨削的次数比外圆磨削高，而且与工件成内切圆接触，接触弧比外圆磨削长，再加之内圆磨削处于半封闭状态，冷却条件差，磨削热量较大，磨粒易磨钝，砂轮易堵塞，工件易发热和烧伤，影响表面质量。
为了保证磨孔的质量和提高生产率，必须根据磨孔的特点，合理地使用砂轮和接长轴，正确选择磨削用量，改进工艺。
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7,3 磨削加工方法
4．平面磨削
平面磨削主要在平面磨床上进行，若零件较小或加工一些特殊平面时也可在工具磨床上进行。平面磨削精度可达
IT7～ IT5，表面粗糙度值为 Ra 0.8～ 0.2μ m。常用的平面磨削方式有 4种，分别是卧轴矩台平面磨削；卧轴圆台平面磨削；
立轴矩台平面磨削 ；立轴圆台平面磨削。
1）磨平行面
（ 1)工件的安装
平面零件磨削时最常用的安装夹具是电磁吸盘。凡是由钢、铸铁等磁性材料制成的平行面零件，都可由电磁吸盘安装，利用磁力吸牢工件。这种方法装卸工件方便迅速，牢固可靠，能同时安装许多工件。
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7,3 磨削加工方法
（ 2）砂轮选择
平面磨削时一般根据工件的加工精度、磨削方式以及工件材料等因素来选择砂轮。
（ 3）平行面的磨削方法
常用的平行面磨削方法有以下三种：横向磨削法；深度磨削法 ；阶梯磨削法 。
(4）磨削用量的选择
根据加工方法、磨削性质、工件材料等因素来选择磨削用量：
①砂轮的圆周速度 不宜过高或过低，过高会引起砂轮的碎裂，过低会影响加工质量和生产效率。
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7,3 磨削加工方法
② 工作台纵向进给速度 当工作台为矩形时，纵向进给量选 1～ 12 m/min;当工作台为圆形时，其速度选为 7～ 30
m/min.
③ 砂轮的垂直进给量 磨削中，应根据横向进给量选择砂轮的垂直进给量。横向进给量大时，垂直进给量应小些，
以免影响砂轮和机床的寿命以及加工精度；横向进给量小时，
则垂直进给量可适当增大。一般粗磨时，垂直进给量为
0.015～ 0.05 mm；精磨时为 0.005～ 0.01 mm.
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7,3 磨削加工方法
2）磨垂直面
垂直面是指那些与主要基面垂直的平面。磨削垂直面的关键问题是采用何种装夹方法，以达到相邻面之间的垂直度要求。
3）磨斜面
常用的斜面磨削方法有以下三种。
(1)用正弦规和精密角铁装夹工件磨斜面正弦规是一种精密量具，使用时，根据所磨工件斜面的角度，算出需要垫入的块规高度。
(2)用正弦精密平口钳或正弦电磁吸盘装夹工件磨斜面正弦精密平口钳的最大倾斜角度为 450，而正弦电磁吸盘是用电磁吸盘代替了正弦精密平口钳中的平口钳，它的最大回转角度也是 450。一般可用于磨削厚度较薄的工件。
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7,3 磨削加工方法
(3)用导磁 V形铁装夹工件磨斜面
导磁 V型铁的结构和使用原理与导磁角铁相同。这种导磁
V形铁所能磨削的工件倾斜角不能调整，因而适用于批量生产。
4)磨削加工注意事项
(1) 看清图样，明确要求，规范操作，严格执行成批生产的首检制度。
(2) 正确使用设备及工、夹、量具，做好保养维护工作，
定期更换润滑油。
(3) 合理安放工具、量具和工件，有利于缩短工作的辅助时间，提高生产率。
(4) 正确安装砂轮，经常检查砂轮的运转情况，及时调正砂轮的平衡。
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7,3 磨削加工方法
(5) 工作中，发现异常情况应立即停车，如是设备故障要及时报告，待机修人员排除故障、修复机床后方能重新操作。
(6) 操作时必须精力集中，不得擅自离开工作岗位。
7) 做好交接班工作，通报机床运行情况和加工的有关信息，
并做好记录。
8) 正确穿戴劳动防护用品。
7,3,3典型零件的磨削加工
1．磨削加工实例 下面以 图 7-32所示的心轴磨削为例，说明外圆磨削加工工艺的制订和磨削用量选择。
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7,3 磨削加工方法图 7-32 心轴磨削返回
7,3 磨削加工方法
1）分析零件图
根据技术要求可知，其基准为 Φ58h6,Φ54轴线,轴线对基准轴线有较高的位置精度，同时 Φ58h6,Φ54,及台阶面表面粗糙度要求较高。
2）磨削工艺
①坯料采用车削预先加工，留有磨削余量，两端打中心孔。
②磨削加工采用两顶尖装夹方法，工艺过程制订见 表 7-10。
025.0035.062
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025.0035.062
表 7-10 心轴磨削工艺程制返回
025.0035.062
025.0035.062
025.0035.062
工序工步 工 序 内 容设 备砂 轮 机 床
1 除应力，研磨中心孔，要求达到 Ra0.63μm，接触面积 >70%
2 1 粗磨各阶外圆，留余量 0.08～ 0.10mm PA46K M131W2 磨 Ф45至尺寸
3 半精磨各外圆，留余量 0.05mm PA60K M1432A
4 探伤、研磨中心孔。要求达到 Ra0.2μm，接触面积 >75%
5 精磨 Φ58h6,留余量 0.025～ 0.04mm PAl00Ｌ M1432A
7 研磨中心孔,Ra0.1μm，接触面积 > 90%
9 精密磨 Φ58h6,与肩面 WAl00K MMBl420
2.磨削加工实例二
图 7-33是一需磨削加工的支架图样，现将支架磨削加工的过程简析如下。
1)分析零件图
图 7-33是叉架类零件，用于支承和定位。以该零件为例分析其磨削加工的工艺方法。
2．确定工艺路线
锻造 — 退火 — 刨削六面 — 划外形线 — 刨各平面成形 (每面留余量 0.2～ 0.3mm)— 划圆孔线 — 钻镗孔 (留余量 0.2～
0.3mm)— 淬火 — 磨各平面 — 磨孔。
3．编制磨削工艺卡片 见 表 7-11。
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7,3 磨削加工方法图 7-33 支架返回表 7-11 支架磨削工艺卡片下一页 返回
X X厂 机械加工工艺卡片产品名称 磨夹具 图 号零件名称 支架 共 1页 第 1页材料种类 锻 件 材料牌号 45 毛坯尺寸序号工序名称 工 序 内 容车间 设备工 具工时夹具刀具量具
1 粗磨
1．粗磨 54mm两面，留余量 0.2～ 0.3mm，
表面粗糙度值 Ra0.8μm
2．粗磨 45mm两面，留余量 0.2～ 0.3mm表粗糙度值 Ra0.8μm
3.粗磨底平面，及内角尺面，每面留余量
0.07～ 0.10mm，表面粗糙度值 Ra0.8μm
金工
M7120
A
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2 精磨精磨内角尺面,54mm,45mm
至尺寸，保证垂直度、平行度公差和表面粗糙度值要求 金工
M7
12
0A
3
内圆磨粗、精磨 Φ28mm圆孔至要求金工
M1
43
2A
专用夹具编制 校对 审定标记数量文件代号 姓名 日期
4．工艺分析
1) 为提高表面硬度和耐磨性，零件采用锻件毛坯。
2）为保证零件的定位精度与粗糙度 Ra0.4μ m，磨削时应划分粗、精加工工序、以逐步达到加工精度要求。
3) 圆孔可在工具磨床上磨削，也可在内圆磨床上磨削。
前者装夹找正比较方便，但尺寸精度不易达到；后者装夹找正较为复杂，但尺寸精度能够保证。该零件选用 M1432A型万能外圆磨床；工件装夹采用专用夹具装夹找正。
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7,3 磨削加工方法
4)磨削圆孔安排在磨削全部平面之后，是为了方便装夹找正，并易于控制位置精度。
5)零件的相互位置要求较高，工件的有关精度从粗加工起就需加以控制。如支架的粗加工，可以刨削，也可以铣削。
为了保证尺寸 27精度，钻镗圆孔可在车床上加工。
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7,3 磨削加工方法
7,4,1 珩磨加工
对于产品零件质量要求很高，尺寸精度达 IT6～ IT7，形状公差达 0.01mm,表面粗糙度 Ra0.25μ m以上的内孔，生产批量较大时，通常采用珩磨加工方法。
珩磨能获得很高的尺寸精度和形状精度，珩磨孔的尺寸精度可达到 IT6，圆度和圆柱度可达 0.003～ 0.005mm,珩磨后孔的表面粗糙度 Ra值通常为 0.63～ 0.04μ m，有时也可达到
Ra0.02～ 0.01μ m的镜面。
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7,4 先进磨削方法
珩磨加工特点：
1）珩磨运动
珩磨是一种低速磨削，将珩磨油石用粘结剂粘结或用机械方法装夹在特制的珩磨头上，由珩磨机床 (如 图 7-34)
主轴带动珩磨头做旋转和上下往复运动，通过珩磨头中的进给胀锥使油石胀出，并向孔壁施加一定的压力以做进给运动，实现珩磨加工。
2）珩磨头
珩磨头（ 图 7-35）与珩磨机主轴一般采用浮动连接，
或采用刚性连接但配以浮动夹具，这样可以减少珩磨机主轴回转中心与被加工孔的同轴度误差对珩磨质量的影响。
因此，珩磨加工只能提高内孔的尺寸精度和表面粗糙度，
纠正不了内孔的位置精度。
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7,4 先进磨削方法图 7-34 MJ4220A珩磨机床返回图 7-35 中等孔径通用珩磨头返回
1-本体前导向 2-弹簧圈 3-进给胀锥 4-油石座
珩磨头可以选用多条油石或超硬磨料油石（如人造金刚石油石），提高珩磨头的往复速度以增大网纹交叉角，能较快地去除珩磨余量与误差。也可以采用强力珩磨工艺，以有效地提高珩磨效率。精珩时可以选择粒度较小的油石，实现平顶珩磨，可以使相对运动的摩擦副获得较理想的表面质量。
薄壁孔和刚性不足的工件，或较硬的工件表面，用珩磨进行光整加工不需复杂的设备与工装，操作方便。
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7,4 先进磨削方法
2．珩磨加工的应用范围
1)广泛应用于汽车、拖拉机和轴承制造业中的大批量生产，也适用于各类机械制造中的批量生产。如珩磨缸套、连杆孔、油泵油嘴与液压阀体孔、轴套、齿轮孔，珩磨汽车制动分泵、总泵缸孔等。
2)大量应用于各种形状的孔的光整或精加工，孔径范围为 Φ5～ Φ1200 mm，长度可达 12000 mm。国内珩磨机工作范围 Φ5～ Φ250 mm，孔长 3000 mm。
3)用于外圆、球面及内外环形曲面加工，如镀铬活塞环、
顶杆球面与滚珠轴承的内外圈等。
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7,4 先进磨削方法
4)适用于金属与非金属材料的加工，如铸铁、淬火钢与未淬火钢、硬铝、青铜、硬铬与硬质合金、玻璃、陶瓷、晶体与烧结材料等。
7,4,2 研 磨
研磨是使用研具和研磨剂从工件表面上去除一层极薄的金属，使工件达到精确的尺寸、准确的几何形状和很小的表面粗糙度。这种加工方法称为研磨。它属于精加工工序，广泛应用于工具、量具及精密机械制造中。当前，研磨也由手工操作逐渐走向机械化。
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7,4 先进磨削方法
1.研磨的基本原理
研磨是一种微量的金属切削运动，它的基本原理包含着物理和化学的综合作用。
1）物理作用
即磨料对工件的切削作用。研磨时，要求研具的材料比工件的材料软。当受到一定压力后，研磨剂中的微小颗粒 (磨料 )被压嵌在研具的表面，成为无数个刀刃，由于研具和工件的相对运动，使磨料对工件产生微量的切削与挤压，工件表面被均匀地削去一层极薄的金属，借助于研具的精确型面，
从而使工件逐渐得到准确的尺寸精度及表面粗糙度。
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7,4 先进磨削方法
2）化学作用
当采用氧化铬、硬脂酸或其他化学研磨剂对工件进行研磨时，与空气接触的金属表面很快形成一种氧化膜，而且氧化膜又很容易被研磨掉，这就是研磨的化学作用。
在研磨过程中，氧化膜迅速形成 (化学作用 )，又不断地被磨掉 (物理作用 )，经过这样多次反复，工件表面就很快地达到预定要求。由此可见，研磨加工实际体现了物理和化学的综合作用。
2.研磨的作用
1)减少表面粗糙度
一般情况，经过研磨加工后的表面粗糙度为 Ra0.8～
0.05μ m，最小可达到 Ra0.006μ m。
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7,4 先进磨削方法
2)能达到精确的尺寸
通过研磨后的工件，尺寸精度可以达到 0.001mm～
0.005mm。
3)提高零件几何形状的准确性
工件在一般机械加工方法中产生的形状误差，可以通过研磨的方法来校正。
4)延长工件使用寿命
由于经过研磨后的工件，表面粗糙度值很小，形状准确，
所以工件的耐蚀性、抗腐蚀能力和抗疲劳强度也相应得到提高，从而延长了零件的使用寿命。
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7,4 先进磨削方法
3．研具和研磨剂
研具是研磨加工中保证被研零件几何精度的重要因素，
因此对研具的材料、精度和粗糙度都有较高的要求。
1）研具材料
研具的组织结构应细密均匀，要有很高的稳定性和耐磨性，具有较好的嵌存磨料的性能，工作面的硬度应比工件表面硬度稍软。常用的研具材料有灰铸铁、球墨铸铁、软钢,
铜。
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7,4 先进磨削方法
2）研具的类型
生产中需要研磨的工件是多种多样的，不同形状的工件应用不同类型的研具。常用的研具有以下几种：
(1)研磨平板 如 图 7-36所示 。
(2)研磨环 如 图 7-37所示 。
(3)研磨棒 如 图 7-38所示 。
3）研磨剂
研磨剂是由磨料和研磨液调和而成的混合剂。
（ 1）磨料
磨料在研磨中起切削作用，研磨工作的效率、精度、表面粗糙度及研磨成本，都与磨料有密切的关系。常用的磨料有氧化物磨料、碳化物磨料、金刚石磨料。
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7,4 先进磨削方法图 7-36 研磨平板返回
(a)光滑平板 (b)有槽子板研磨平板图 7-37 研磨环返回
1-开口调节圈； 2一外圈； 3一调节螺钉图 7-38 研磨棒返回
(a)光滑研磨棒 (b)带槽研磨棒 (c)可调式研磨棒
（ 2）研磨液
研磨液在研磨中起调和磨料、冷却和润滑的作用。常用的研磨液有煤油、汽油,10号和 20号机油、工业用甘油、透平油及熟猪油等。
4.研磨方法
研磨分手工研磨和机械研磨两种。手工研磨时，要使工件表面各处都受到均匀的切削，应合理选择运动轨迹，这对提高研磨效率、工件表面质量和研具的耐用度都有直接的影响。
1)手工研磨运动轨迹的形式
手工研磨的运动轨迹，一般采用直线、摆线、螺旋线和 8
字形或仿 8字形等几种（如 图 7-39）。
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7,4 先进磨削方法图 7-39 手工平面研磨的运动轨迹返回
(a)直线 (b)直线摆动 (c)螺旋形 (d)8字形
2)平面的研磨
(1)一般平面的研磨
平面的研磨一般是在平面非常平整的平板上进行的，平板分有槽的和光滑的两种。粗研时可在有槽的平板上进行，
有槽平板能保证工件在研磨时整个平面内有足够研磨剂。这样，粗研时就不会使表面磨成凸弧面。精研时，则应在光滑的平板上进行，工件在研磨平板上作 8字形运动，研磨出平面。
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7,4 先进磨削方法
（ 2）狭窄平面的研磨
在研磨狭窄平面时，应采用直线研磨的运动轨迹，保证工件的垂直度，可用金属块作导靠，金属块的工作面与侧面应具有良好的垂直度，使金属块和工件紧紧地靠在一起，并跟工件一起研磨。
（ 3）圆柱面的研磨
圆柱面的研磨一般都采用手工与机床互相配合的方式进行研磨。
①研磨外圆柱面
研磨外圆柱面一般是在车床或钻床上用研磨环对工件进行研磨。研磨环的内径应比工件的外径略大 0.025mm～ 0.05mm，
研磨环的长度一般为其孔径的 l～ 2倍。
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7,4 先进磨削方法
② 内圆柱面的研磨
内圆柱面与外圆柱面的研磨恰恰相反，是将工件套在研磨棒上进行。研磨棒的外径应比工件内径小 0.Olmm～ 0.025mm，
研磨棒工作部分的长度应大于工件长度，但不宜太长，否则会影响工件的研磨精度。一般情况下，是工件长度的 1.5～ 2
倍。
(4)圆锥面的研磨
圆锥表面的研磨，包括孔和外圆锥面的研磨。研磨时必须要用与工件锥度相同的研磨棒或研磨环。研磨时，一般在车床或钻床上进行。
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7,4 先进磨削方法
7,4,3砂带磨削
砂带磨削是用砂带代替砂轮作切削工具的一种先进的磨削方法。砂带磨削不受工件尺寸和形状的限制，广泛地应用于外圆、内圆、平面、曲面或复杂形状零件的磨削加工。
1．砂带磨削的一般机理
砂带磨削是由砂带、接触轮、张紧轮、工作台等基本部件组成。其磨削加工机理参见 图 7-44。
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7,4 先进磨削方法图 7-44 砂带磨削机理图返回
1一砂带 2一工件 3一输送带 4一张紧轮
5一接触轮 6一电磁盘 7一脱磁器 8一清洗刷子
2．砂带磨削的特点
1)砂带磨削效率高，有很高的金属切除率。其效率已达到铣削的 10倍、普通砂轮磨削的 5倍。
2)由于摩擦产生热量少，且磨粒散热时间间隔长，可有效减少工件变形、烧伤，有“冷态”磨削之称。加工精度一般可达普通砂轮磨削的加工精度，有的尺寸精度可达 0.005
mm，最高可达 0.0012 mm,平面度可达 0.001 mm。
3)砂带与工件柔性接触，具有较好的跑合、抛光作用，
可磨削各种复杂的成形面，工件表面粗糙度可达 Ra0.8～
0.2μ m。
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7,4 先进磨削方法
4)适应性强，可在普通车床、立车、龙门刨床等利用砂带磨头对外圆、内圆、平面等进行磨削加工。
3．砂带磨削应用范围
砂带磨削的应用范围远比砂轮磨削广泛，凡是砂轮磨床不能磨削的大型平面，难以加工的材料等都能用砂带磨削。
1)外圆（锥）：中、大尺寸的轴类、管件、圆柱形大型容器外表面，以及半径为 3 mm的线材等。
2)内圆：一般通孔、深孔、大型圆柱形容器内表面以及直径 1 mm左右的小孔。
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7,4 先进磨削方法
3)平面：各类大型金属板材、卷板材、带材、难磨的不锈钢、钦合金板材，及电子印刷线路板、硅钢片、各种材料的薄片工件、箱体平面、电气轻工产品的平面工件等。
4)曲面：各类汽轮机、涡轮机、导航器的叶片等，还可加工手表表壳及大型球体容器的内表面。
5)各类非金属材料：木材、塑料、石料、混凝土、橡胶及各种高硬度材料，如单晶硅体、宝石等。
6)其他：打磨铸件浇冒口、结渣、飞边，大件及桥梁的焊缝以及大型容器壳体、箱体的大面积除锈、除残漆等。
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7,4 先进磨削方法
7,4,2数控磨削
数控磨床是采用数字控制装置或电子计算机进行控制的一种高效能自动化机床，与普通磨床相比，数控磨床的特点是十分突出的，尤其是计算机数控技术和砂轮自动平衡、自动检测技术等新技术的综合应用，使得磨床不仅在加工精度、
工作效率方面取得质的飞跃，而且在机床的稳定性、可靠性、
易维护等方面也得到很大的提高。
1．数控磨床的一般结构
数控磨床的结构一般由下面几个主要部分组成：床身、
数控系统、主轴机构、进给机构、砂轮平衡装置、砂轮修整装置、在线测量系统、润滑及冷却系统。
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7,4 先进磨削方法
数控磨床除了上述的硬件结构外，还要有一个完整的软件系统，这是数控机床的控制中心。软件系统中的参数包括驱动、测量、加工程序、各运动轴及主轴等部件的控制运行设置，是由机床生产厂家设置、调整好的，用户一般无需修改，用户只需根据需要，以人机对话的形式，填入所要加工的零件尺寸和加工工艺参数，即可完成零件加工程序的编制。
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7,4 先进磨削方法
2．数控磨床的三个概念
1）机床原点
机床坐标系是以机床原点为坐标原点所建立的坐标系，
双轴外圆磨床一般是以卡盘或头架的端面和工件主中心线的交点作为机床原点。机床原点是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，出厂前已经调整好，一般不允许用户随意变动。
2）机床参考点
机床参考点是机床生产厂家设置好的一个固定点，并将该点相对于机床原点的坐标值存入机床参数中，数控机床每次开机时，必须先确定机床参考点，即各轴回参考点，这样数控系统中就建立了精确的机床坐标，数控加工程序就是根据这个坐标系完成零件加工任务的。
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7,4 先进磨削方法
3）砂轮磨损的补偿
对数控磨床来说，主要体现在对砂轮磨损的补偿，每次砂轮修整后，修整程序自动修改相应的刀具补偿参数，补偿砂轮的修整量，使得下一次的加工尺寸正确。
3．数控磨床磨削加工的特点
1）加工精度高
随着驱动技术和检测技术的飞速发展，数字驱动技术和高分辨率的光栅检测技术在数控磨床上的广泛应用，数控磨床保证了高精度加工的实现。
2）工作效率高
数控技术的应用提高了机床的加工效率，数控系统的自动补偿功能在磨床上得到充分发挥。自动测量等自动控制技术的运用大大缩短了机床的辅助加工时间。
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7,4 先进磨削方法
3）稳定性强、可靠性高
电子技术的高速发展以及计算机技术的深入运用，软件技术的不断提高，使数控系统的功能也在不断增强。
4)机床调整、操作、维护方便
随着计算机技术在数控机床的深入运用，机床厂家根据各种类型的磨削加工方式，编好通用的数控加工程序，用户只需根据所需加工零件的工艺，选择相应的数控程序，填入零件尺寸及工艺参数即可，砂轮修整、补偿等也是采用人机对话方式完成的程序编制。主轴、导轨等润滑采用中央集中润滑，由控制系统自动完成。
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7,4 先进磨削方法
4．注意事项
数控加工是一种先进的机械制造技术，有广阔的发展前景。要掌握这新技术，除了要能熟练掌握普通机床的操作技能外，还必须了解和掌握数控技术方面的基本知识，特别要熟悉编程的计算和程序内容。必须注意：不同的数控机床可能有不同的指令代码，虽然大多数数控装置采用了一般国际上的通用指令；但亦有按机床加工需要所设定的指令，需要加以识别，以利于应用。
5．适应控制磨削简介
为实现加工过程的最佳化，数控加工中必须预先确定最佳工艺参数，数控程序一旦编好，加工过程中就不能改变。
但是，许多参数都是变化的，大约有 30多种变量影响着切削过程。如工件材质不均、硬度不一、砂轮变钝、微刃等高性改变、径向切削力变化、工件变形、热传导大小、速度、方向的不同以及冷却润滑条件的差异等，都对切削过程有不同程度的影响。因此，在发展数控加工的基础上开拓了适应控制技术。
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7,4 先进磨削方法
适应控制磨削采用了适应控制的新技术。它是指在未知的变化的工作条件下，通过调整磨削用量来控制磨削的一种工艺方法。其原理是，先由传感器测量机床的某些参数，如主轴的转矩和功率、磨削力、磨削温度、砂轮磨损、工件尺寸等参数，然后输人性能测量装置，以极限参数的形式再输入最佳值装置进行比较。若有偏差则反馈出信息，通过控制装置调节输入变量，使磨床在最佳状态下工作。这种方法可最大限度地合理利用机床和砂轮的切削能力，在保证质量的前提下，提高加工效率。
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7,4 先进磨削方法