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磨床基础知识

磨工基础知识

一、砂轮：

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。

砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。

由于磨料、结合剂及制造工艺不同，砂轮的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。

砂轮的特性主要是由磨料、力度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。

（1）磨料

磨料是砂轮的主要组成部分，它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性，以承受磨削时的切削热和切削力，同时还应具备锋利的尖角，以利磨削金属。

常用磨料代号、特点及应用范围简表6.6

表6.6常用磨料代号、特性及适用范围

系别

名称

代号

主要

成分

显微硬度

（HV）

颜色

特性

适用范围

氧化物系

棕刚玉

AL2O3

91-96%

2200-2288

棕褐色

硬度高，韧性好，价格便宜

磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜

白钢玉

AL2O3

97-99%

2200-2300

白色

硬度高于棕刚玉，磨粒锋利，韧性差

磨削淬硬的碳钢、高速钢

碳化物系

黑碳化硅

SiC

>95%

2840-3320

黑色带光泽

硬度高于钢玉，性脆而锋利，有良好的导热性和导电性

磨削铸铁、黄铜、铝及非金属

绿碳化硅

SiC

>99%

3280-3400

绿色带光泽

硬度和脆性高于黑碳化硅，有良好的导电性和导热性

磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢

高硬磨料

立方

氮化硼

CBN

立方

氮化硼

8000-9000

黑色

硬度仅次于金刚石，耐磨性和导电性好，发热量小

磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料

人造

金刚石

MBD

碳结

晶体

10000

乳白色

硬度极高，韧性很差，价格昂贵

磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料

（2）粒度

粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。

粒度分为磨粒和微粉两类。

对于颗粒尺寸大于40μm的磨料，称为磨粒。

用筛选法分级，粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数来表示。

如60#的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有60孔眼的筛网。

对于颗粒尺寸小于40μm的磨料，称为微粉。

用显微测量法分级，用W和后面的数字表示粒度号，其W后的数值代表微粉的实际尺寸。

如W20表示微粉的实际尺寸为20μm。

砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。

磨粒粗，磨削深度大，生产率高，但表面粗糙度值大。

反之，则磨削深度均匀，表面粗糙度值小。

所以粗磨时，一般选粗粒度，精磨时选细粒度。

磨软金属时，多选用粗磨粒，磨削脆而硬材料时，则选用较细的磨粒。

粒度的选用见表6.7。

表6.7磨料粒度的选用

粒度号

颗粒尺寸范围/μm

适用范围

粒度号

颗粒尺寸范围/μm

适用范围

12-36

2000-1600

500-400

粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺

W40-W20

40-28

20-14

精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨

46-80

400-315

200-160

粗磨、半精磨、精磨

W14-W10

14-10

10-7

精磨、精细磨、超精磨、镜面磨

100-280

165-125

50-40

精磨、成型磨、刀具刃磨、珩磨

W7-W3.5

7-5

3.5-2.5

超精磨、镜面磨、制作研磨剂等

（3）结合剂

结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。

砂轮的强度、抗冲击性、耐热性极耐腐蚀性，主要取决于结合剂的种类和性质。

常用结合剂的种类、性能及适用范围见表6.8。

表6.8常用结合剂的种类、性能及适用范围

种类

代号

性能

用途

陶瓷

耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、易保持轮廓、弹性差

应用广泛，适用于v<35m/s的各种成形磨削、磨齿轮、磨螺纹等

树脂

强度高、弹性大、耐冲击、坚固性和耐热性差、气孔率小

适用于v>50m/s的高速磨削，可制成薄片砂轮，用于磨槽、切割等

橡胶

强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落

适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割的薄片砂轮、抛光砂轮等

金属

韧性和成形性好、强度大、但自锐性差

可制造各种金刚石磨具

（4）硬度

硬度等级

大级

超软

软

中软

中

中硬

硬

超硬

小级

超软

软1

软2

软3

中软1

中软2

中1

中2

中硬1

中硬2

中硬3

硬1

硬2

超硬

代号

砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。

砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示砂轮容易脱落。

砂轮的硬度等级见表6.9。

表6.9砂轮的硬度等级及代号

砂轮的硬度与磨料的硬度是完全不同的两个概念。

硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮，砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。

例如，结合剂与磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。

砂轮硬度的选用原则是：

工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。

但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。

粗磨时，应选用较软砂轮；而精磨、成型磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮的必要形状精度。

机械加工中常用砂轮硬度等级为H至N（软2-中2）。

（5）组织

砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。

通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。

砂轮有三种组织状态：

紧密、中等、疏松；细分成0-14号间，共15级。

组织号越小，磨粒所占比例越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒比例越小，砂轮越疏松，见表6.10。

表6.10砂轮组织分类

组织号

磨粒率%

类别

紧密

中等

疏松

应用

精磨、成型磨

淬火工件、刀具

韧性大和硬度低的金属

（6）形状与尺寸

砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。

常用砂轮名称、形状简图、代号和主要用途见表6.11。

表6.11常用砂轮形状、代号和用途

（7）磨具标记

磨具标记的书写顺序是：

形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度。

例如：

砂轮的标记为

P400×40×127WA60L5V35

↓↓↓↓↓↓↓↓

平行砂轮外径×厚度×孔径磨料粒度硬度组织号结合剂最高工作线速度（m/s）

二、砂轮的安装、平衡与修整：

（1）砂轮的安装

在磨床上安装砂轮应特别注意。

因为山论在高速旋转条件下工作，在使用前必须仔细检查：

1、核对砂轮的特性是否符合使用要求，砂轮与主轴尺寸是否相匹配。

2、将砂轮自由地装配到砂轮主轴上，不可用力挤压。

砂轮内径与主轴和卡盘的配合间隙适当，避免过大或过小。

配合面清洁，没有杂物。

3、砂轮的卡盘应左右对称，压紧面径向宽度应相等。

压紧面平直，与砂轮侧面接触充分，装夹稳固，防止砂轮两侧面因受不平衡力作用而变形甚至碎裂。

4、卡盘与砂轮端面之间应夹垫一定厚度的柔性材料衬垫（如石棉橡胶板、弹性厚纸板或皮革等），使卡盘夹紧力均匀分布。

5、紧固砂轮的松紧程度应以压紧到足以带动砂轮不产生滑动为宜，不宜过紧。

当用多个螺栓紧固大卡盘时，应按对角线成对顺序逐步均匀旋紧，禁止沿圆周方向顺序紧固螺栓，或一次把某一螺栓拧紧。

紧固砂轮卡盘只能用标准板手，禁止用接长扳手或用敲打办法加大拧紧力。

其检查方法是目测和音响检查：

1、目测检查是直接用肉眼或借助其他器具察看砂轮表面是否有裂纹或破损等缺陷。

2、音响检查也称敲击试验，主要针对砂轮的内部缺陷，检查方法是用小木锤敲击砂轮。

正常的砂轮声音清脆，声音沉闷、嘶哑，说明有问题。

3、砂轮的回转强度检验。

对同种型号一批砂轮应进行回转强度抽验，未经强度检验的砂轮批次严禁安装使用。

（2）砂轮的平衡

砂轮不平衡的原因有两点：

1、砂轮的制造误差，如砂轮组织不均匀、砂轮内外径不同轴以及砂轮端面和轴线不垂直等原因引起的；2、砂轮的安装误差，砂轮安装偏离，法兰盘中有异物、法兰盘有损坏等原因造成的；

砂轮和经第一次修整的砂轮，以及发现运转不平衡的砂轮平衡试验。

调整砂轮的平衡方法有动平衡和静平衡两种方法。

动平衡法：

该方法借助安装在机床上的传感器，直接显示出旋转时砂轮装置的不平衡量，通过调整平衡块的位置和距离，将不平衡量控制到最小，这种方法大多用在高精度专用磨床上或者砂轮线速度大于50m/s的高速磨削中。

。

静平衡法：

静平衡调整在平衡架上进行，用手工办法找出砂轮重心，加装平衡块，调整平衡块位置，直到砂轮平衡，一般可在八个方位使砂轮保持平衡，这种方法是目前比较普遍使用的方法:

砂轮的平衡

1-砂轮2-心轴3-法兰盘4-平衡块5-平衡轨道6-平衡架图

砂轮在平衡前，必须要用水平仪调整平衡架至水平，因为砂轮平衡架是检验砂轮的一个工具，大家知道如果检验工具失去精度，那么检验出来的产品也就失去了精度，所以很多企业都把砂轮平衡架用水平仪校正好后固定在一个比较安全的地方，防止经常被碰到，影响其水平位置；

砂轮在平衡时，将平衡芯轴连同砂轮装好固定后放在平衡架的圆形导轨上，若砂轮不平衡，则砂轮会来回摆动，直到砂轮停止转同为止，那么如图所示，那么砂轮的不平衡量必然在砂轮的下方。

在砂轮的另一侧做记号A，在A位置装一块平衡块，并在A位置两侧分别装B、C两块平衡块。

装好后再次把砂轮放到平衡架上，以A点为水平位置，若不平衡则调整平衡块B和C，直到砂轮放到任何位置都可以静止说明砂轮平衡已经结束；在第一次平衡后装上磨床，把砂轮的两个侧面和正面修整后要取下来进行第二次精平衡，第二次平衡特别对高精度磨床有特别的要求，一般要达到使砂轮在圆周上八个点进行平衡，所以针对磨床操作人员来讲，砂轮是否平衡好是检验磨床操作人员素质最基本的体现。

三、砂轮的磨削过程：

磨料切削加工方法有磨削、珩磨、研磨和抛光等，其中以磨削加工应用最为广泛。

磨削时各个磨粒表现出来的磨削作用有很大的不同，如图所示。

（1）砂轮上比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用这些磨粒在开始接触工件时，由于切入深度极小，磨粒棱尖圆弧的负前角很大，在工件表面上仅产生弹性变形；随着切入深度增大，磨粒与工件表层之间的压力加大，工件表层产生塑性变形并被刻划出沟纹；当切深进一步加大，被切的金属层才产生明显的滑移而形成切屑。

这是磨粒的典型切削过程，其本质与刀具切削金属的过程相同（如图a）。

（2）砂轮上凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用这些磨粒的切削作用很弱，与工件接触时由于切削层的厚度很薄，磨粒不是切削，而是在工件表面上刻划出细小的沟纹，工件材料被挤向磨粒的两旁而隆起（如图b）。

（3）砂轮上磨钝的或比较凹下的磨粒这些磨粒既不切削也不刻划工件，而只是与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光作用（如图c）。

即使比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段（如下图所示）。

在第一阶段，磨粒从工件表面滑擦而过，只有弹性变形而无切屑。

第二阶段，磨粒切入工件表层，刻划出沟痕并形成隆起。

第三阶段，切削层厚度增大到某一临界值，切下切屑。

磨削过程实际上是无数磨粒对工件表面进行错综复杂的切削、刻划、滑擦三种作用的综合过程。

一般地说，粗磨时以切削作用为主；精磨时既有切削作用，也有摩擦抛光作用；超精磨和镜面磨削时摩擦抛光作用更为明显。

四、砂轮的修整

用砂轮修整工具将砂轮工作表面已经磨钝的表层修去，以恢复砂轮切削性能和正确几何形状的过程，称为砂轮的修整。

当砂轮在使用一段时间后，砂轮工作表面就会在磨削过程中砂轮的磨粒在摩擦、挤压作用下，它的棱角逐渐磨圆变钝，或者在磨韧性材料时，磨屑常常嵌塞在砂轮表面的孔隙中，使砂轮表面堵塞，最后使砂轮丧失切削能力。

这时，砂轮与工件之间会产生打滑现象，并可能引起振动和出现噪音，使磨削效率下降，表面粗糙度变差。

同时由于磨削力及磨削热的增加，会引起工件变形和影响磨削精度，严重时还会使磨削表面出现烧伤和细小裂纹，所以这就需要对砂轮工作表面进行修整。

1、金刚石刀车削法：

是将大颗粒的金刚石镶焊在特制的刀杆上。

金刚石的尖端被修磨成70-80°的尖角，修整时砂轮磨粒碰到金刚石坚硬的尖角，就会破裂形成微刃。

这种方法是目前被广泛使用的一种。

在使用金刚石刀修整砂轮时应注意的几个方面：

1）、应该根据砂轮的直径选择金刚石颗粒的大小。

一般情况下，砂轮直径为φ100mm以下时，可选0.25克拉的金刚石；砂轮直径为φ300-φ400mm时，可选用0.5-1克拉的金刚石。

2）、由于金刚石比较昂贵，在使用前应该检查其焊接是否牢固，以免脱落。

在修整砂轮时要不间断的进行冷却，以免金刚石碎裂。

3）、金刚石的安装角度一般取10°-15°，金刚石安装高度要低于砂轮中心1-2mm，且装夹要牢固，防止金刚石振动或扎入砂轮；

4）、必须根据加工要求选择修整余量。

粗休时，可以增大吃刀量和纵向进给速度；精修时则相反。

一般要做2-3次吃刀，然后在无吃刀量的情况下进行往复修整一遍；

2、金刚石笔修整法：

金刚石笔是有较小颗粒的金刚石或金刚石粉，用结合力很强的合金结合并压入金属刀杆而制成。

根据金刚石分布的情况，金刚石笔有三种：

层状、链状、粉状金刚石笔。

其使用方法和金刚石刀相同，在一些要求不高的工序中可以代替金刚石刀修整砂轮，不过其中粉状金刚石笔主要用于修整细粒度砂轮。

3、滚轮式割刀滚压法：

割刀片时多片渗碳淬火钢制成的金属盘。

其形状为尖角形，修整时金属盘随砂轮高速转动，并对砂轮表面滚压。

这种工具只用于大型砂轮的整形粗修整。

4、金刚石滚压磨削法：

我们又称金刚滚轮，是将细小的金刚石颗粒均匀的粘固在滚轮体上，一般采用电镀法，滚轮外形可以做成比较复杂的形状，具有较高的修整精度。

但是价格比较昂贵，只有在批量较大和高附加值产品磨削中使用，普通情况一般不采用。

五、实际操作中要注意的事项

1、每次起动砂轮前，应将液压开停伐放在停止位置，调整手柄放在最低速位置，砂轮座快速进给手柄放在后退位置，以免发生意外。

2、每次起动砂轮前，应先启动润滑泵或静压供油系统油泵，待砂轮主轴润滑正常，水银开关顶起或静压压力达到设计规定值，砂轮主轴浮起后，才能启动砂轮回转。

3、刚开始磨削时，时给量要小，切削速度要慢些，防止砂轮因冷脆破裂，特别是冬天气温低时更注意。

4、砂轮快速引进工件时，不准机动进给，不许进大刀，注意工件突出棱角部位、防止碰撞。

5、砂轮主轴温度超过60°C时必须停车，待温度恢复正常后再工作。

6、不准用磨床的砂轮当作普通的砂轮机一样磨东西。

7、在使用冷却液的机床，工作后应将冷却泵关掉，砂轮空转几分钟甩净冷却液后再停止砂轮回转。

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