07第七章磨削

7-27一、引入1、简述铣削特点。2、如何来合理的选择铣削用量？二、讲授新课第七章 磨削概述：在机械制造中是一种使用非常广泛的加工方法。加工精度达IT6IT4，表面粗糙度Ra1.250.01um；能加工各种工件材料和各种几何表面；能作为精加工，也能粗加工；并能成为无需进行预先切削加工的最终加工工序。第一节 砂轮的特性与选择概念：磨具以磨料为主制造而成的切削工具。如油石、砂轮、砂带等。砂轮是由一定比例的磨料和结合剂经压制和烧结而成。其特性取决于磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等五个参数。一、磨料（注：类似切削刀具）具有很高的硬度，适当的强度和韧性，高温稳定的物理、化学性能。目前工业上使用的几乎均为人造磨料，常见的有刚玉类、碳化硅类、高硬度类。二、粒度粒度系磨粒尺寸的大小。筛分法来确定，以筛网每英寸孔数，表示为“”；粒度号数越大，颗粒越细。显微镜测量来确定，以测得最大尺寸，表示为“W”；粒度号数越大，颗粒越粗。选择原则：高生产率选小粒度号；表面粗糙度小选大粒度号；材料塑性大或接触面大选小粒度号；材料软选小粒度号，材料硬选大粒度号；成形磨削选大粒度号。三、结合剂作用是将磨料粘合成具有一定强度和各种形状及尺寸的砂轮。四、硬度是指磨粒受力后从砂轮表面脱落的难易程度，也反映出磨粒与结合剂的粘固强度。硬表示难以脱落，软表示容易脱落。选择原则：材料硬、砂轮软，材料软、砂轮硬；有色金属等很软材料，用较软砂轮；磨削接触面积大，选软砂轮；薄壁零件选软砂轮；成形磨选硬砂轮；粒度号大时，选软砂轮。五、组织砂轮的组织系指磨粒、结合剂和气孔三者的体积比例关系。其中：N为组织号；Vg为磨粒在磨具中占有的体积百分数。六、砂轮形状砂轮标志表示：形状代号外径厚度内径磨料、号数、硬度、组织号结合剂允许最高圆周速度如：七、新型磨料磨具SG新型磨料，韧性特别好，自锐性特别好；磨除率高，磨削比大。应用于超硬度材料的精密磨削。第二节 磨削加工类型与磨削运动一、磨削加工类型概念：是用高速回转的砂轮或其它磨具以给定的背吃刀量（或称切削深度），对工件进行加工。分为外园磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削四种主要加工类型。此外还有专用磨床的凸轮、螺纹、齿轮磨削加工。1、外圆磨削用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转表面，如图7-1所示。不仅能加工圆柱面，还能加工圆锥面，端面（台阶部分），球面和特殊形状的外表面。进给方向可分：纵磨法：砂轮旋转no主运动，工件作圆周运动，并沿工件轴向作纵向移动为进给运动fa。横磨法：砂轮旋转no主运动，砂轮径向移动为进给运动fp。2、内圆磨削用砂轮磨削工件内孔的磨削方式，如图7-2所示。可分为普通内圆磨削、无心内圆磨削、砂轮作行星运动磨削。图示砂轮旋转为主运动no，工件旋转作圆周进给运动nW，同时砂轮或工件沿其轴线作往复纵向进给运动fa，砂轮作径向进给运动fP。为了获得所要求的砂轮线速度，就必须提高砂轮主轴的转速，故容易发生振动，影响工件的表面质量。应用中采取减少横向进给量，增加光磨次数来提高质量。3、平面磨削用砂轮的外径表面或端面对工件外表平面进行磨削加工，如图7-4所示。工件安装于矩形或圆形工作台，进行纵向往复运动fV或圆周运动nW。砂轮需周期性沿垂直于工件被磨削表面的方向进给fP。工件在矩形工作台上时，砂轮还需沿轴线方向横向进给运动fa。砂轮主轴呈悬臂，刚性差不能采用较大的磨削用量，生产率较低；呈悬挂，磨削力大，发热量大，冷却条件差，排屑不畅，造成工件的热变形较大，加工精度不高。4、无心外圆磨削如图7-5所示，工件置于砂轮和导轮之间的托板上，工件外形定位，利用导轮摩擦力使工件回转线速度nw导轮转速nt。改变导轮的转速便可以调整工件的圆周进给速度。工件的中心须高于导轮和砂轮的中心线，一般h=(0.150.25)d,其中d为工件直径。有贯穿磨法（工件一面回转，一面沿轴向进给）、切入磨法（砂轮横向切入进给运动）二种加工方法。磨削精度高，表面粗糙度小，易实现自动化，适合大批量生产，但不能磨表面不连续或有较高同轴要求的轴。二、磨削用量磨削中以砂轮的高速为主运动，再配置各种进给运动。1、磨削速度VS是指砂轮外圆的线速度。 （m/s）式中：ds为砂轮直径；no为砂轮转速。2、工件圆周进给速度Vw是指工件外加圆的线速度。内外圆磨削： (m/min)式中：dw为工件直径；nw为工件转速。平面磨削：式中：L为工件台行程；ntab为工件台往复频率。3、轴向进给量fa(mm/r)是指工件转一周沿轴线方向相对于砂轮移动的距离。fa=(0.020.08)B式中：B为砂轮宽度。4、径向进给量fp(mm/dstr或mm/str)是指砂轮相对于工件在工作台每双（单）行程内径向移动的距离。三、新课小结本节主要是使学生掌握磨削加工的特点及应用场合；掌握砂轮的各个主要特性；了解常用砂轮的形状、代号及用途；了解磨削加工的各种常见加工类型；掌握磨削用量的性质和计算方法。四、布置作业1、磨削基本概述。2、砂轮磨料粒度和硬度的选择原则。3、磨削的切削要素的性质和计算方法。一、引入1、磨削基本概述。2、砂轮磨料粒度和硬度的选择原则。3、磨削的切削要素的性质和计算方法。二、讲授新课第三节 磨削厚度与磨削过程一、磨削厚度磨削是一个十分复杂的加工过程，其影响因素较多。从单粒磨粒最大切削厚度分析，考虑fa、B因素：平面磨削：内、外圆磨削：分析各因素对磨削效果的影响：工件速度Vw、轴向进给量fa和径向进给量fP增大时，hDgmax随之增大，对砂轮磨损、磨削温度和表面质量产生消极影响，但其中fP增大一倍时，hDgmax约增大40%左右。所以在工艺系统刚性较好，而且Ra要求不高情况下，采用增大fP减少fa来提高生产率。砂轮速度Vs、砂轮直径ds和砂轮宽度B增大时，hDgmax将相应减小，工件表面质量提高。m值增大，hDgmax值减小，选用粒度号大和组织较紧密的砂轮，提高工件表面质量。结论：hDgmax越小，工件表面质量提高，hDgmax越大，生产率提高。二、磨削过程1、磨粒的形状及切削特点磨粒工作位置具有随机性，顶尖角在90120为负前角切削。磨削时产生强烈的摩擦和挤压作用。2、磨屑形成过程分三个阶段：滑擦阶段：磨粒并未切削工件，工件仅产生弹性变形；刻划阶段：磨粒还未切下切屑，只在工件表面刻划出沟痕，工件仅产生塑性变形；切削阶段：被磨粒挤压的金属材料产生滑移而形成切屑。第四节 磨削过程中的力效应和热效应一、磨削力1、磨削力的特征来源：工件材料变形时所产生的阻力；磨粒与工件表面之间的摩擦力。以切除加工余量为主要目的，磨削力以阻力为主；以加工质量为主要目的，磨削力以摩擦力为主。2、磨削阶段分三个阶段：初磨阶段，稳定阶段，光磨阶段。粗磨时，为提高生产率，可选用较大的fP，缩短初磨、稳定的时间；精磨时，为提高工件表面质量，延长光磨时间。3、影响磨削力的因素砂轮速度增大时，磨削速度越大，磨削力减小；工件速度、轴向进给量、径向进给量增大，使磨削力增大；砂轮的磨损使磨削力增大。二、磨削温度温度变化的来源：消耗的切削能转化为热，大部分转入工件。结果：表层金相组织变化，产生磨削烧伤；更高的瞬时温度产生热效应。1、磨削温度磨粒磨削点温度：接触点1000以上瞬时高温，即热源点；磨削温度：接触面平均温度4001000，产生不良后果。2、影响磨削温度的主要因素工件材料：强度越高，韧性越大，导热性越差，磨削温度越高；磨削用量：磨削速度、径向进给量提高，温度上升；砂轮特性：较软、粒度号小，温度低，反之则高。三、砂轮的磨损与修整1、砂轮磨损有三种形态：磨耗磨损；磨粒破碎；磨粒脱落。2、砂轮的修整目的：除去已经磨损或被磨屑堵塞的砂轮表层；使砂轮表面有更多的切削刃。工具：单粒金刚石笔，多粒细碎金刚石笔，金刚石滚轮。修整质量取决于修整进给量fa和修整深度ad，fa和ad越小，修整质量越高。三、新课小结本节主要是使学生掌握磨削厚度的定义和磨削各切削要素对磨削效果的影响；了解磨削过程及特点；掌握磨削力的特征及在各阶段的特点和影响因素；了解磨削温度的概念；了解砂轮磨损的类型、原因和解决措施。四、布置作业1、简述磨削各切削要素对磨削效果的影响。2、简述影响磨削力的主要因素。3、简述影响磨削温度的主要因素。一、引入1、简述磨削各切削要素对磨削效果的影响。2、简述影响磨削力的主要因素。3、简述影响磨削温度的主要因素。二、讲授新课第五节 M1432A型万能外圆磨床一、 机床布局主要由下列部件组成：1、床身 磨床的支承部件。上部装有砂轮架、头架、尾座及工作台等部件。内部装有液压缸及其它液压元件。2、头架 用于安装及夹持工件，并带动其旋转，在水平面内可逆时针方向转动90。3、工作台 由上、下两层组成，二工作台可相对转动很小的角度（10）（上、下工作台转动）。工作台沿导轨作纵向往复运动。4、内圆磨装置 用于支承磨内孔的砂轮主轴部件，由单独的电动机驱动。5、砂轮架 砂轮架用于支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架可在30内调整位置。6、尾座 尾座和头架的前顶尖一起支承工件。二、机床的运动与传动图7-15是机床几种典型加工方法。从中可以看出，磨削加工中需要几个表面成型运动：砂轮的旋转运动n0，工件的圆周进给运动nw，工件纵向进给运动fa，砂轮横向进给运动fp。砂轮横向快速进退，尾座套筒缩回为二个辅助运动。机床的传动系统如图7-16所示。1、砂轮主轴的旋转运动n0磨外圆：旋转由电动机经V型带直接传动。n0=1620r/min磨内圆：旋转由另一电动机经平带直接传动。更换带轮位置可得到二种转速。n01=10000r/min， n02=15000r/min2、工件圆周进给运动nw由双速(700/1360r/min)电机驱动，经塔轮、带轮，使头架的拨盘或卡盘带动工件，实现圆周进给。共有六种转速， nwmax=250r/min 、nwmin=26r/min。3、工件纵向进给运动fa采用液压传动，保证运动的平稳性并便于实现无级调速和往复运动循环的自动化。在调整加工位置时也可采用手动驱动工作台。为了防止液压传动和手轮之间的干涉，设置了联锁装置，不能使液压与手动同时进行工作。4、砂轮架的横向进给运动fp（mm/str，每往复一次位移量）可用手动实现连续横向和周期性自动进给两种方式.手动还可分粗进给和细进给二种,每周分别为2或0.5，每格分别为0.01或0.0025。周期性自动进给定程磨削由机床性能来定。三、主要部件结构1、砂轮架由壳体、砂轮主轴部件、传动装置等组成。其中砂轮主轴部件结构直接影响工件的加工质量，应具有较高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性。砂轮主轴前后径向支承为“短三瓦”动压滑动轴承，如图7-17所示。三块轴瓦与轴颈间形成0.010.02间隙，这类主轴部件只有在较高的转速下才能形成压力油膜，承受载荷，而且转速愈高，承载能力愈大；在低速时无法形成压力油膜。静压滑动轴承靠液压系统保证油膜压力，与主轴的转速和旋转方向无关，因而带有静压滑动轴承的主轴部件有很高的刚度，可以在较大的转速范围内工作，且回转精度高。如MMB1420精密外圆磨床的主轴部件就采用了静压滑动轴承。轴向定位利用止推滑动轴承。用弹簧给推力轴承预加载荷，同时当止推环磨损后能自动进行补偿。由于砂轮的磨削速度很高，砂轮主轴运转的平稳性对磨削表面质量影响很大，所以对装在主轴上的零件都要进行校正静平衡，特别是砂轮。整个主轴部件还要校正动平衡。为了安全，砂轮要加防护罩，以防伤人，主轴部件必须浸在油中。2、内圆磨具为了使内圆磨具在高转速下运转平稳，主轴轴承应具有足够的刚度和寿命，并采用平带传动内圆磨具的主轴。轴承用4个P5级精度角接触球轴承（7系列），两端各两个中间；中间用8根弹簧控制预紧力。润滑采用锂基润滑脂。3、头架头架主轴直接支承工件，因此它的回转精度和刚度直接影响工件的加工精度。轴承采用4个D级精度的角接触球轴承（7系列）。润滑采用锂基润滑脂。根据不同的加工需要，头架主轴有下列三种工作方式：工件支承在前后二个不转动的顶尖上，由拨盘上的拨杆拨动鸡心夹头带动工件旋转。用卡盘夹持工件，拨盘上螺钉带动法兰盘旋转。自磨顶尖。拨盘通过连接板带动主轴旋转。三、新课小结本节主要是使学生了解M1432A型万能外圆磨床的基本情况；了解M1432A型万能外圆磨床的传动系统；了解M1432A型万能外圆磨床的主要部件结构。四、布置作业无宁波技师学院 机械技术系 机械制造技术 胡 岗 主讲