关于高效和小粗糙度的几种磨削方法

    高精度、小粗糙度磨削的出现，可代替研磨加工。这样可节省工时和减轻劳动强度。高效磨削的出现，提高了生产率；特别是强力磨削，它可在铸、锻件毛坯上直接磨出合乎要求的零件，使粗、精加工工序合并在一个工序中完成，使生产率得到很大的提高。

一、高精度、小粗糙度磨削

    前面已谈到：磨削表面微观不平度变大的主要原因，是磨床主轴振动和砂轮表面的磨粒切削刃高度不一致。这就是影响进行高精度、小粗糙度磨削的主要障碍。因此，需从下列两方面入手解决这个问题。

1.对砂轮的要求

    实现高精度、小粗糙度磨削时，对砂轮表面状态的要求是：砂轮表面的磨粒应具有微刃性和等高性。

    磨削时，磨粒在工件表面上只切下微细的切屑，同时在适当的磨削压力下，借助半钝状态的微刃与工件表面间产生的摩擦而起抛光作用来获得高精度和小粗糙度的磨削表面。例如用小修整导程和小修整深度修整的较细粒度(60﹟一320﹟)的砂轮来磨削工件，能获得小粗糙度Rz0.1—0.2μm（▽12）；若用更细的粒度(W14—W5)、树脂结合剂并加有石墨填料的砂轮，经过更精细地修整砂轮，在适当的磨削压力下，经过一定时间的磨削—抛光作用，则可获得Rz0.05μm（▽14）的表面—镜面。

2.对磨床的要求

    进行高精度、小粗糙度磨削的磨床，其砂轮主轴应有高的回转精度；运转部件要求经过很好地动平衡；进给机构运动精度要高、灵敏和稳定，其中特别要求工作台在低速修整砂轮时无爬行现象，往复速度差不超过10％，这是位砂轮表面磨粒切削刃获得微刃性和等高性的基本要求。

其次还要求切削液供应充分，并需进行精细的过滤。

二、高效磨削

    采用高效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。

1.高速磨削

    普通磨床的砂轮速度为30—35m／s。当砂轮速度高于45或50m/s以上时，称为高速磨削。

(1)高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。因此，高速磨削有如下特点：

①生产率高。如果高速磨削切削厚度保持与普通磨削一样，则高速磨削可相应提高进给量，所以生产率比普通磨削高30％—100％。

②砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。

③可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。同时，由于速度提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。

    由于切削厚度薄，所以径向磨削力Fp也相应减小，从而有利于保证工件(特别是刚性差的工件)的加工精度。

④改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。

(2)磨床改装及其他措施：由于高速磨削的速度(50—80m／s)比普通磨削高，因此磨床的功率应相应增加，同时，在防振和防止砂轮破裂的安全方面部要采取有效的措施。

    高速磨削过程中，磨削温度较高。为了减少和避免磨削烧伤和裂纹，可采用加有极压添加剂的切削液，以减少磨粒和工件之间的摩擦，从而减少磨削热的产生。

(3)砂轮的选择：由于高速磨削的特点，应用的砂轮需作恰当选择。

    高速磨削一般碳钢或合金钢时，最好采用棕刚玉(A)和微晶刚玉(MA)。磨球墨铸铁时则可采用棕钢玉(A)和绿色碳化硅(GC)的混合磨料。

(4)高速磨削参数 以后介绍

2.强力磨削

    强力磨削就是以大的径向进给量(可达十几毫米)和缓慢的纵向进给量进行磨削。

(1)强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为0.033—0.042m／s(2—2.5m／min)，而强力磨削的纵向进给速度则为0.000166—0.005m/s(0.0l一0.3m／min)。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小，因而作用在每个磨粒上的力也减小。

(2)强力磨削的特点：

①生产效率高：由于采用缓速纵向进给和大的径向进给，这样就可在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时，由于径向进给大，故砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大得多。这样，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得以提高。

②扩大磨削工艺范围：由于径向进给量fr很大，对毛坯加工能一次成形，所以能有效地解决一些难加工材料(如燃气轮机的叶片)的成型表面的加工问题。

③不易损伤砂轮：强力磨削时，工件作缓慢的纵向进给，这样便减轻了磨粒与工件边缘的冲击。同时也减少了机床的振动，已加工表面的波纹小。

④精度稳定：由于单个磨粒的切削厚度小，每个磨粒上所受的力也小，因而能在较长的时间内保持砂轮的轮廓形状，所以被磨削零件的精度比较稳定。

⑤磨削力和磨削热大：大的径向进给，使同时参加工作的磨粒数增加。这样虽然大大地提高生产率，但也增大了切削力和切削热。因此，进行强力磨削时必须充分供应切削液，以降低磨削温度，保证磨削表面质量。

    采用强力磨削时，磨床须进行必要的改装。砂轮的选择亦应适应上述特点；例如，宜用粗粒度和大气孔或琉松组织的砂轮，以利于排屑和散热等。

3.砂带磨削

    砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％—60％。

    砂带磨削具有下列几个特点：

(1)设备简单：砂带磨削设备一般都比较简单，砂带安装在压轮(接触轮)和张紧轮上，由回转运动实现切削运动；工件自传送带送至支承板上方的磨削区，实现进给运动，经过砂带磨削区即完成加工任务。

(2)生产效率高：砂带磨削的生产效率很高，它比铣削的生产效率高10倍；如以切除同样金属余量的加工时间作比较，则铣削、拉削或砂轮磨削比砂带磨削要多4—10倍。

(3)加工质量好：砂带磨削的粗糙度，一般达到及Ra0.63—0.16μm(▽7—▽9)，加工精度也比较高。

(4)能磨削复杂形面：砂带具有一定的柔曲性，能磨削复杂形面的工件。导向板外形是和工件成形表面相适应的，改变导向板的外形，就可磨削所需的工件成形表面。也可将压轮设计成相应的成形表面，用以加工回转体或平面的成形表面。如果工件成形表面的截面变化较大，为避免砂带折裂和磨粒脱落，可采用分段成形磨削。砂带成形磨削的应用比较广泛，如导弹头外形、航空喷气发动机叶片的复杂形面等精密加工。

    由于砂带磨削的应用十分广泛，故有七十年代万能工具的称誉。目前，强力砂带磨削和宽砂带(宽度达3m甚至更宽)应用，使生产率进一步得到提高；与此相应出现了高刚性、高强度的砂带磨床，有的磨床电动机功率高达182.5KW(250HP)。砂带磨削总的趋势是向着高生产率和砂带高使用寿命方向发展。

4.适应控制磨削

    磨削的适应控制，是在变化着的工作条件(如工件毛坯余量、硬度和工件刚性等)变化较大、难以预知的情况下，利用适控系统，使有关的磨削用量与之相适应，从而使磨削过程始终处于或接近一个稳定的最佳状态，这样就能最大限度地合理利用机床和砂轮的切削能力，在保证工件质量的前提下提高加工效率，降低加工成本，防止设备和工具发生事故，使磨削过程实现最优化。

    适应控制可分为约束适控和最佳适控。约束适控是按照某个预定目标，根据给定的约束值或约束函数进行切削用量的调节。最佳适控是能够在给定的约束条件范围内按照确定的评价函数(数学模型)来处理测量数据，并计算出相应的校正参数值，使加工系统达到预期的最佳目标。与约束适控相比，它的特点是在磨削过程中能够按照预定的逻辑来确定用以作为适控根据的最佳条件，亦即可实现加工最优化。