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图5-2磨削加工的范围
5.1.3磨削加工的特点
5.1.2.1 优点
(1)加工质量高在正常生产条件下,磨削加工的尺寸精度一般为IT6~IT5,表面粗糙度值Ra为0.8~0.2μm;
精密磨削时的尺寸精度可达IT5以下,表面粗糙度值Ra可达0.05μm以下。
这是由于磨床的本身的制造精度高,又采用液压传动,加之磨削的砂轮是多刃微刃的切削工具且转速很高,此外磨削深度又小。
(2)可加工高硬度材料 磨削不仅能加工如铸铁、碳钢、合金钢及部分有色金属等一般的金属材料,而且可加工一般刀具难以加工的高硬度材料,如淬火钢、硬质合金、陶瓷、玻璃及高硬度的复合材料等。
磨削通常不宜加工塑性较高的材料(砂轮会被金属碎屑堵塞,使磨削无法进行,而且易划伤已加工表面),如较软的铜、铝等有色金属。
(3)应用范围广 一般的工件表面都可采用磨削加工。
5.1.2.2缺点
(1)加工温度高 由于磨削的速度很高,从而产生大量的切削热,使磨削温度可达1000℃以上。
为保证工件的加工质量,磨削时必须使用大量的切削液来冷却。
(2)需要预加工 磨削加工的背吃刀量小,故要求工件在磨削之前先进行半精加工。
(3)径向分力大 由于砂轮与工件的接触宽度大,径向分力较大易使加工工艺系统变形,影响工件的加工精度。
5.2磨床与砂轮
5.2.1磨床
常用的磨床有万能外圆磨床、普通外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等多种类型。
下面以万能外圆磨床为例简单介绍其型号、组成及传动方式等。
5.2.1.1万能外圆磨床的型号
如图5–3所示为M1432A型万能外圆磨床,其中M1432A的字母和数字的含义如下:
M─类别:
磨床类;
1─组别:
外圆磨床组;
4—型别:
万能外外圆磨床型;
32—主参数:
最大磨削直径的1/10,即最大磨削直径为320mm;
A─改进次数:
第一次重大改进。
(a)(b)
图5–3 M1432A型万能外圆磨床及其液压传动系统
5.2.1.2万能外圆磨床的组成
万能外圆磨床由床身、砂轮架、头架、尾架、工作台、内圆磨头等组成。
(1)床身 安装在底座上,主要用来支撑和连接各零部件。
其上部装有工作台和砂轮 架,内部装有液压传动系统(工作平稳,无冲击振动)。
床身上的纵向导轨供工作台移动用,横向导轨供砂轮架移动用。
(2)砂轮架 主要用来安装砂轮,并有单独电动机通过皮带传动使其高速旋转。
砂轮架可在床身后部的的导轨上作横向移动(移动方式有自动间歇进给、手动进给、快速趋向工件和退出)并能绕垂直轴旋转一定的角度。
(3)头架 主要用来在其主轴上安装顶尖、拨盘或卡盘等,以便装夹工件。
头架上的主轴由单独电动机通过皮带和变速机构传动,使与其相连的工件获得不同的转动速度,且头架可在水平面内偏转一定的角度。
(4)尾架 主要用来支承工件的另一端,其内部有顶尖。
尾架在工作台上可做纵向移 动,其位置可根据所要加工工件的长度进行调整。
扳动尾架上的杠杆,顶尖套筒可以伸出或缩进,以便装夹工件。
(5)工作台 主要用来直接安装尾架、换向挡块(操纵工作台自动换向,也可手动)、
砂轮修整工具等,台面上有T型槽供安装使用。
工作台由液压驱动,能沿着床身上的纵向导轨作直线往复运动,并实现工件的纵向进给。
工作台分为上下两层,上层可在水平面内偏转一个不大的角度(±
8°
),以便磨削锥度较小的圆锥面。
(6)内圆磨头 主要用安装磨削内圆表面用的砂轮。
它的主轴由另外一个电动机带动并可绕支架旋转,使用时翻下,不用时翻向砂轮架上方。
5.2.1.3万能外圆磨床液压传动
万能外圆磨床上工作台的直线往复运动以及砂轮的自动径向进给与快速自动后退和趋近等都采用液压传动,如图5–3所示。
与机械传动相比,液压传动具有工作平稳、无冲击、无振动、调速和换向方便、易实现自动化等特点。
下面以工作台的直线往复运动的实现过程为例,简介液压传动。
工作时,压力油从液压泵13经管路输送到换向阀6,由此流到液压缸15的右或左端,使工作台2向左或向右做进给运动。
同时,液压缸15另一端的油经换向阀6(工作台的换向,油阀16则控制其转换的快慢和平稳性。
)、滑阀10及节流阀11(调节运动速度)流回油箱。
工作台的行程由挡块5来控制,根据工作台的行程长度调整两挡块之间的距离即可。
当工作台向左的行程终了时,挡块5先推动杠杆8到垂直位置,然后在弹簧帽14的作用下使杠杆8和活塞继续向左移动,完成换向动作;
与此同时,换向阀6的活塞位置向左移动到另一工作位置(图中虚线所示),工作台开始向右移动。
溢流阀12防止压力过高。
5.2.1.4其他常见磨床
(1)平面磨床 主要用来磨削工件的平面,如图5–4所示。
(2)内圆磨床 主要用来磨削圆柱孔、圆锥孔、端面等,如图5–5所示。
。
`
(3)无心磨床主要用来磨削大批量的细长轴及无中心孔的轴、套、销等零件的外圆,它是高效率、高自动化的磨床。
其原理是将工件放置在磨轮与导轮之间的托板上,磨轮与导轮同向转动并带动工件旋转磨削外圆。
导轮轴线的略微倾斜所产生的轴向分力是工件自动沿轴向移动进给,如图5–6所示。
(4)其他专用精密磨床。
图5–4M7120A平面磨床 图5–5 M2120内圆磨床
表5-1 其他专用精密磨床
磨床名称
应 用 范 围
工具磨床
主要用来磨削各种工具或刀具
数控磨床
属精密磨床,用于复杂回转型工件的精密加工
坐标磨床
加工有极高加工精度的工件,最小磨削孔径可达Ф0.3mm。
数控坐标磨床
主要用于淬火钢、硬质合金等硬材料制造的各种复杂模具型面、高精度坐标孔距的孔系、各种凸凹轮廓和任意曲面组成的平面图形等
光学曲线磨床
利用光谱跟踪原理实现二维型面的精密加工
精密磨床
用于高精度(IT5以下)和镜面磨削,可磨削外圆、内孔、平面等
螺纹磨床
用于螺纹的精密加工
齿轮磨床
用于齿轮的精密加工
图5–6无心外圆磨削示意图
5.2.2砂轮及其装夹
5.2.2.1砂轮的结构及特性
砂轮是磨削的主要工具,它主要由磨粒和结合剂按一定比例粘结在一起,经压缩后焙烧而成的疏松多孔体,它由磨粒、结合剂、空隙三要素组成,如图5-7所示。
磨粒形成切削刃口,起切削作用;
结合剂则固定各磨粒;
空隙则有助于排屑和冷却。
砂轮的特性有磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定,如表5-1所示。
(1)磨料 磨料是制造砂轮的主要原料,具有很
高的硬度、耐热性、一定的韧性等。
(2)粒度 是磨料颗粒的大小。
常用筛选法来分级
,它是以每英寸筛网长度上筛孔的数目来表示。
(3)结合剂将磨粒粘结成具有一定强度、形状和
尺寸的砂轮。
(4)硬度指砂轮工作表面上的磨粒,在切削力的
作用下自行脱落的难易程度。
砂轮的硬度与磨粒本
身的硬度是两个不同的概念。
磨粒易脱落,表明砂
轮硬度低;
反之,则表明砂轮硬度高。
一般情况下,
未淬火钢选L~N,淬火合金钢选H~K,高表面质
量选K~L,硬质合金刀具选H~J。
图5-7砂轮的结构
(5)组织指磨料、结合剂、空隙三者之间的比例关系,也指砂轮的疏密程度。
(6)形状和尺寸是保证磨削各种形状和尺寸工件的必要条件。
为方便使用和保管,根据GB2484—84《磨具代号》规定,砂轮的特性参数全部以代号形式标志在砂轮的端面上(非工作面)。
其顺序为:
砂轮的形状、尺寸、磨料、磨料粒度、硬度、组织、粘结剂及安全工作线速度。
例如:
P400×
40×
127A60L5V35,即表示:
形状—平行,尺寸—大径400mm、厚40mm、孔径127mm,磨料—棕刚玉,粒度—60目(0.256mm),硬度—中软,组织—中等级,粘结剂—陶瓷,安全工作线速度—35(n/s)。
表5-2砂轮的特征参数、用途及选择
磨料
系别
名称
代号
特性
应用
选择原则
氧化物
棕刚玉
白刚玉
铬刚玉
单晶刚玉
微晶刚玉
A
WA
PA
SA
CW
棕褐色,硬度较高、刚性大、价廉
白色,硬度较A高,自锐性好,磨削力和热较小;
但韧性比A差
粉红色,硬度与WA相近,但韧性较好
浅灰或浅黄色,硬度和韧性比WA高,自锐性好
棕黑色,硬度高,韧性和自锐性都好
碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等
淬火钢、高速钢、高碳钢、薄壁件、细长轴及成形件(螺纹、齿轮、刀具)等
合金钢、高速钢、锰钢、及高表面质量件和成形件等
不锈钢、高钒钢、高速钢等
不锈钢、特征球墨铸铁等
一般根据被磨削工件的材料和形状来选择磨料
碳化物
黑碳化硅
绿碳化硅
碳化硼
C
GC
BC
黑色或深蓝色,硬度比刚玉类高,导热性好,但脆
硬度和脆性比C高,导热性好
黑色,硬度比GC高,耐磨性好,但高温易氧化
铸铁、黄铜耐火材料及其他非金属材料等
硬质合金、钛合金、宝石、陶瓷、光学玻璃等
硬质合金的研磨
金钢石
人造金钢石
天然金钢石
MBD
JT
白、黑、淡绿色,硬度最高,磨削性能好,但耐热性较差
硬质合金、宝石、光学玻璃、陶瓷等高硬度材料
氮化硼
CBN
黑色,硬度仅次于MBD,切韧性比MBD好
钛合金、高性能高速钢、不锈钢、耐热钢及其他难加工材料
结合剂
陶瓷
V
耐热、油、酸、碱等的侵蚀,强度较高,成本低;
但脆性大
除薄片砂轮外的各种砂轮,最常用,用于各类磨削
选择与磨削方式及工件表面质量有关。
除切断砂轮外,一般都选用陶瓷砂轮
树脂
B
强度比V高,弹性和抛光作用好,不耐热、酸、碱
荒磨、窄槽、切断、镜面等砂轮,用于高速磨削
橡胶
R
强度比B高,弹性和抛光作用更好,不耐油、酸,易堵塞
轴承沟道、切割薄片、抛光、无心磨导轮等砂轮,用于切断、开槽等
青铜
J
强度最高,磨耗少,导电性好,自锐性差
用于金钢石砂轮
粒
度
类别
粒 度 号
应 用
选择与被加工件的表面粗糙度、加工硬度和生产率有关。
一般粗磨或磨软金属,选粗磨料;
反之,选细磨料
磨粒
8#、10#、12#、14#、16#、20#、22#、24#
30#、36#、40#、46#
54#、60#、70#、80#、90#、100#
120#、150#、180#、220#、240#
说明:
粒度号越大,砂轮越细。
荒磨
一般磨削,Ra可达0.8
半精磨、精磨和成形磨,Ra可达0.8~0.16
精磨、精密磨、超精磨、珩磨、成形磨、刀具等
微粒
W60、W50、W40、W28
W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1.0、W0.5
精磨、精密磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等
超精密磨、镜面磨、精研等,Ra可达0.05~0.012
硬
等
级
大级
超软
软
中软
中
中硬
超硬
根据工件的软硬选择。
工件越硬,应选软砂轮;
相反选硬砂轮
小
超
2
3
4
1
E
F
G
H
K
L
M
N
P
Q
S
T
Y
组织
组织号-磨粒率(%)
0-62、1-60、2-58、3-56(紧密)
重负荷、精密、成形、间断、自由磨削及脆性材料磨削
粗磨选疏松砂轮,精磨选紧密砂轮
4-54、5-52、6-50、7-48(中等)
内外圆、无心磨、淬火钢、刀具、工具磨削
8-46、9-44、10-42、11-40、12-38(疏松)
粗磨及韧性大而硬度不高材料磨削,如平面、接触面积大、细长工件等
13-36、14-34(大气孔)
有色金属、塑料、橡胶及热敏性大的材料磨削
形状与尺寸
断面图
应用
一般根据工件的加工要求(形状和尺寸)和所用机床来选用
平行砂轮
P
图1
根据不同尺寸分别用于外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具磨、螺纹磨及砂轮机上
双斜边一号砂轮
PSX1
图2
磨齿轮的齿面和单线螺纹磨削
单、双凹砂轮
PDA单
PSA双
图3
内圆、平面、外径较大的外圆磨削
外圆、工具及无心磨削
薄片砂轮
PB
图4
切断及开槽等
筒形砂轮
N
图5
用于立式平面磨床上磨削各种平面
杯形砂轮
B
图6
用其端面刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具,用其圆周磨平面和内孔
碗形砂轮
BW
图7
刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具,也用于磨机床导轨
蝶形砂轮
D
图8
刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具及齿轮的齿面
平行砂瓦
图9
由数块拼装而成,用于平面磨削
5.2.2.2砂轮的安装与修整
磨削时砂轮高速旋转,而且由于制造误差,使其重心不与安装的法兰盘中心线相重合,从而产生不平衡的离心力,加速砂轮轴承的磨损。
因此,如果砂轮安装不当,不但会降低磨削工件的质量,还会突然碎裂造成较严重的事故。
砂轮的安装如图5–8所示。
(1)检查砂轮安装前可先进行外观检查并用敲击法检查其是否有裂纹。
(2)平衡试验将砂轮装在心轴上,放在平衡架轨道的刀口上。
如果砂轮不平衡,较重的部分总是转在下面,通过改变法兰盘端面环形槽内的若干个平衡块的位置平衡后,再进行检查。
如此反复进行,直到砂轮可以在刀口上的任意位置都能静止(也即砂轮的重心与其回转中心重合)。
一般进行两次平衡试验,先粗平衡,然后装在磨床上修整后取下再进行精平衡,如图5–9所示。
一般直径大于125mm的砂轮,安装前必须进行平衡试验。
(3)安装安装时要求砂轮不松不紧地套在砂轮主轴上,在砂轮两端面与法兰盘之间垫上弹性垫片(一般为1~2mm厚)。
砂轮工作一段时间以后,磨粒逐渐变钝,工作表面的空隙被堵塞,正确的几何形状被改变。
砂轮必须进行修整,以恢复其切削能力和精度。
砂轮常用金刚石刀修整,且修整时要用大量切削液,以避免因温升损坏金刚石刀。
图5–8砂轮的安装 图5–9砂轮的静平衡试验 图5–10砂轮的修整
5.2.3磨削液的选用
磨削液不仅能起冷却作用,防止工件烧伤;
还能将磨屑和脱落的磨粒冲走,以免划伤工件和堵塞砂轮,达到润滑的目的。
因此,正确选用磨削液可提高工件的加工质量。
磨削钢、铸铁、硬质合金、铜(软铜除外)等较硬材料时常选用苏打水(用于粗磨、高速磨削、强力磨削等产生磨削热较多的情况)、乳化液(用于要求表面粗糙度低的情况)等;
磨削软铜、铝及其合金等较软的材料时选用煤油(或松节油)再加10%的机油、2%左右的四氯化碳(阻燃)组成的冷却液;
磨削螺纹、齿轮等复杂形面时选用润滑性能好的冷却液,如由92%的硫化油、6%的油酸、20%的松节油组成的冷却液,也可采用10#或20#机械油。
5.3磨削各种表面
5.3.1磨床夹具及工件的装夹
5.3.1.1万能外圆磨床上工件的装夹
万能外圆磨床上工件的装夹与卧式车床的装夹基本相同,一般采用前后顶尖装夹、三爪卡盘、四爪卡盘、花盘、心轴等。
不同之处在于用前后顶尖装夹时,磨削顶尖不随工件一起转动且中心孔在装夹前需要修研,以提高加工精度。
中心孔修研后和顶尖一起擦净,并加上适当的润滑脂,如图5–11所示。
修研的方法一般采用四棱硬质合金顶尖(与研磨孔相配)在车床或钻床上挤研(工件
不旋转),研亮即可。
对较大或修研精度高的中心孔采用油石或铸铁顶尖,如图5–12所示。
图5–11万能外圆磨床上工件的装夹图5–12中心孔的修研
5.3.1.2平面磨床上工件的装夹
(1)电磁吸盘直接装夹 用于装夹定位面为平面且与电磁吸盘接触面积足够大的中小型导磁工件。
装夹前,工件应去刺并将电磁吸盘和工件擦净。
工件一般装夹在电磁吸盘能吸牢的地方,必要时可在工件的端面增加挡块,如图5–13所示。
(2)永磁吸盘 主要由可移动的永久磁铁块组成,工件热变形小,可获得较高的加工精度且能圆弧分度磨削斜面。
其应用与电磁吸盘基本相同,但在磁力减弱时要注意及时充磁。
(3)夹具装夹 将精密平口钳、方箱、直角弯板、垫铁、角铁、低熔点材料粘固、专用夹具等简易夹具直接吸附在电磁吸盘上装夹工件。
不但用于磨削斜面及装夹面不是平面的工件,还可用于铜、铝、非金属等不导磁工件,如图5–14所示。
图5–13 电磁吸盘直接装夹 图5–14 简易夹具装夹
联想:
在电磁吸盘上可进行多工件装夹。
5.3.1.3内圆磨床上工件的装夹
内圆磨床上工件的装夹一般采用三爪卡盘、四爪卡盘、花盘及压板等。
对批量生产的工件可以采用专门设计制造的专用夹具进行装夹。
5.3.2磨削外圆
磨削外圆一般在普通外圆磨床、万能外圆磨床及无心磨床上进行。
5.3.2.1磨削方法
磨外圆时一般采用以下几种基本方法,其中常用的有纵磨法和横磨法。
(1)纵磨法 磨削时,砂轮高速旋转为主运动,工件低速旋转并随工作台作纵向直线往复的进给运动。
在工件往复行程的终点,砂轮再作周期性的径向间歇进给,如图5–14所示。
该法可以用同一砂轮磨削不同长度的工件,而且由于砂轮前部磨削后部起抛光作用且磨削深度很小(一般为0.005~0.01mm左右);
因此,加工质量高,但加工效率较低。
一般用于单件、小批量生产中磨削长度与直径之比较大的工件(即细长件)及精磨,在目前的实际生产中应用最广。
(2)横磨法(又称径向切入磨法) 磨削时,工件无往复直线进给运动,砂轮以很慢的速度作连续或断续的径向进给,直至加工余量全部磨去,如图5–15所示。
该法充分发挥了砂轮的切削能力,生产效率高;
但在磨削时,工件与砂轮的接触面积大,工件易变形和烧伤(温度高);
因此,加工质量差。
一般用于成批或大批量生产中刚性好且磨削长度较短的工件、台阶轴及其轴颈、工件的粗磨等。
(3)综合磨法 先用横磨法粗磨(相邻两段的搭接长度为5~10mm),当工件上的加工余量为0.01~0.03mm时,再采用纵磨法精磨。
(4)深磨法 磨削时,用较小的纵向进给量(一般为1~2mm/r)和较大的切深(一般为0.03mm左右),在一次行程中去除全部加工余量。
该法生产效率很高,但要求加工表面两端有较大的距离,以便砂轮切入和切出。
一般只用于成批或大批量生产中刚性好的工件。
图5–15 磨削外圆的方法
5.3.2.2磨削加工过程
(1)磨削前,先识图弄清零件的加工部位和加工要求,并选择适当的装夹方法。
(2)正确装夹零件和调整机床,检查砂轮是否需要修整。
(3)开动机床,使砂轮和工件旋转;
将砂轮慢慢靠近工件,直至与工件稍微接触。
打开切削液,调整背吃刀量,使工作台纵向往复进给进行磨削。
(4)当磨至尺寸后,停止砂轮的横向进给,但要继续使工作台纵向往复进给几次,直到几乎不产生火花为止。
拆卸工件后检查。
5.3.3磨削平面
5.3.3.1平面磨削方法
平面磨削一般在平面磨床上进行,根据磨削时砂轮工作表面的不同,磨练削方法有两种,如图5–16所示。
(1)周磨法 用砂轮的圆周面磨削工件上的平面。
其特点是砂轮与工件的接触面积小、排屑及冷却条件好、工件的发热量少、砂轮圆周表面磨损均匀等;
所以能得到较高的加工质量,但效率较低。
一般用于精磨及易翘曲变形的工件。
(2)端磨法 用砂轮的端面磨削工件上的平面。
其特点是砂轮与工件的接触面积大、排屑及冷却条件比较差、工件的发热量大、砂轮磨损不均匀等;
所以加工质量较低,但砂轮刚性好,磨削效率高。
一般用于粗磨及形状简单的工件。
为改善磨削条件和提高磨削精度,可以选用大粒度、低硬度的杯形或碗形砂轮及镶块砂轮等。
图5–16磨平面的方法
当工件的磨削余量较大时可将砂轮修整为多台阶状(一般台阶高度为0.05mm),同时采用较大的横向进给量,该法称为台阶砂轮磨法(相当于多刀磨削),不但能提高磨削效率,还能获得较高的加工质量。
5.3.3.2其他平面磨削
(1)垂直面磨削 采用方箱、直角弯板装夹磨削,也可采用端磨法磨削。
(2)斜面磨削 采用永磁吸盘、斜垫支承装夹磨削,也可成形刀法将砂轮修整成所需斜面磨削。
5.3.4磨削内圆
内圆磨削可在普通内圆磨床、万能内圆磨床、无心内圆磨床及行星磨床上完成。
磨削内圆时,多数以工件的外圆或端面定位,一般采用三爪卡盘装夹。
其磨削方法与外圆磨削基本相同,一般采用纵磨法,当磨削短孔或内成形面时采用横磨法,如图5–17所示。
内圆磨削时,砂轮刚性较差、易堵塞、磨损较
快,磨削的速度较低,冷却和排屑条件差,工件易
发热变形;
因此,其生产效率及加工质量都比外圆磨
削低。
为改善磨削条件和提高磨削精度,除及时修整
和更换砂轮外,一般选用较软和直径较大的砂轮并尽
可能缩短砂轮轴伸出的长度。
图5–17内圆
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