《磨削加工与磨床》读书报告

第一篇：《磨削加工与磨床》读书报告

《磨削加工与磨床》读书报告

摘要：磨削在机械中是一种使用十分广泛的加工方法，其加工精度等级可达IT6~IT4，表面粗糙度可达Ra1.25~0.01um。磨削的加工工具主要为砂轮。加工方法有外圆磨削、内圆磨削、平面磨削和无心外圆磨削。从1876年第一台具有现代磨床特征的机械问世到今天，各种不同类型的磨床相继问世，本文主要以M1432A型万能磨床为例简单介绍磨床的构造及加工原理。

关键字：磨削加工；砂轮；磨床

0前言

磨削加工作为一种现代加工制造业的主要加工方法，其加工精度等级之高、加工方法之简便获得加工制造业的广泛青睐，因此磨床性能、砂轮性能、加工工艺都在迅猛发展。磨削加工为现代加工制造业中起到了极其重要的作用。磨床的产生及发展状况及M1432A型万能外圆磨床的简单介绍

1.1磨床的产生及发展状况

十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床。1.2 M1432A型万能外圆磨床的简单介绍

M1432A型万能外圆磨床的最高转速 可达15000r/min，主要由床身、头架、工作台、内圆磨装置、砂轮架以及尾座组成。其中床身是磨床的支撑部件，其内部装有液压缸及其它液压元件，用来驱动工作台和横向滑鞍的运动；头架用于安装及夹持工件，并带动其旋转；工作台由上下两层组成，上工作台可以相对下工作台在水平面内转动很小的角度来磨削锥度不大的圆锥面；内圆磨装置用来支撑内孔的砂轮主轴部件，有单独的电机驱动；砂轮架用于支撑并传动高速旋转的主轴；尾座与头架一起起支撑作用。砂轮的组成、特性及选择原则 2.1砂轮的组成

砂轮的磨料，砂轮的磨料具有很高的硬度、适当的强度和韧性，并且耐高温性能较好，目前常用的磨料一般为刚玉类、碳化硅类和高硬度磨料类。结合剂，结合剂的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，结合剂在凝固后应具有较高的强度，耐热性和散热性。组织，砂轮的组织是指磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，不同的比例关系适用于磨削不同材料及硬度的工件。

2.2砂轮的特性及选择原则

磨粒的粒度，指的是磨料尺寸的大小。粒度号越大则磨料的颗粒越细，在磨削加工时粗磨应选用较小的粒度号来提高生产率，精磨则应该选用粒度号较大的砂轮来提高加工精度满足设计精度要求。

砂轮的硬度，指磨粒受力后从砂轮表层脱落的难易程度，砂轮越硬表示越难脱落。在砂轮硬度的选择时，工件材料越硬、磨削接触面积越大、薄壁及导热性较差的零件都应选则较软的砂轮；精磨及成型磨削时应选择较硬的砂轮。当砂轮的粒度较大时也应选择较软的砂轮。磨削加工类型及原理

磨削加工的类型包括外圆磨削（包括纵磨法和横磨发）、内圆磨削、平面磨削、无心外圆磨削（包括贯穿磨法和切入磨发）。

外圆磨削纵磨法工作原理：工件做圆周进给运动，同时随工作台沿工件轴向做纵向进给运动，每单次行程或每往返行程终了时，砂轮做周期性的横向进给从而磨去工件径向的全部磨削余量。

外圆磨削横磨法工作原理：采用这种磨削方法来磨削外圆时，砂轮宽度比工件磨削宽度大，工件不需要做纵向进给运动，砂轮以缓慢的速度连续或断续的沿工件径向做横向进给运动，直至磨到尺寸要求为止。

无心外圆磨削主要有贯穿磨削和切入磨削两种方式，其工作原理主要为：工件处于砂轮和导轮之间的托板上，以工件自身的外圆为定位基准，不以圆心定位，当砂轮旋转时工件就具有与砂轮相同的线速度回转的趋势，但由于受到导轮摩擦力对工件的制约作用，结果使工件以接近导轮线速度的速度回转，从而在砂轮与工件之间形成较大的速度差，因此产生磨削的作用。总结

通过磨削加工与磨床的学习，让我了解了磨床的出现以及发展过程，以及现代先进磨床的发展状况；知道了砂轮的主要组成成分以及在磨削加工时应如何选用砂轮的型号；了解了M1432A型万能外圆磨床的主要组成部分及磨削时的工作原理，相信这些知识都将对我将来的工作起到很大的作用，为将来学习更高的磨床相关知识奠定了一定基础。参考文献

[1]华楚生.机械制造技术基础[M].重庆大学出版社.2006 [2]百度百科.磨床百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/24975.htm

第二篇：磨削加工的发展趋势论文

磨削加工的发展趋势

王 哲

（北京石油化工学院机械工程学院，机G111班）

摘 要 多年以来随着我国制造业技术水平的不断发展进步，机械制造业有了长足的发展，磨削加工作为机械制造业金属切削加工方法中的一种，有着不可替代的位置及十分重要的作用，相对于早期的磨削加工技术，今天的金属磨削加工技术有了很大的变化，无论是从材料性质，刀具材料以及磨削加工技术等都有了很大的发展变化，本文主要就磨床磨削加工及发展趋势做简单的介绍。关键词 超高速磨削相关技术；数控磨床；精密磨削；刀具材料

1引言

对于目前机械加工领域磨削加工技术发生的变化，磨削加工技术的发展变化，本文作了简要的论述，磨削加工技术的主要发展方向是自动化、集成化、高速化、精密化等方向发展，分别对应的数控磨床、超高速磨削技术、精密磨削技术，此外刀具材料也发生了很大的变化，向能够耐高温、可用于高速加工等。本文主要引用近几年发表的文献，对于研究磨削加工技术发展有一定的帮助，本文就几个磨削加工的主要发展方向作简要的论述。

在机械制造中，有许多金属加工方法，例如切削加工、电加工、冷冲压、铸造、锻造、焊接、粉末冶金、化学加工和特种加工等。金属切削加工时利用切削刀具在工件上切除多余的金属层，从而获得具有一定的尺寸、形状、位置和表面质量的机器零件的一种加工方法。他已被广泛应用于生产实践中。金属切削机床是用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的机床。在各类机械制造部门所拥有的装备中，机床占百分之五十以上，所负担的工作量占总加工量的一半以上，机床的技术水平高低直接影响机械产品的质量和零件制造的经济性。

我们对于磨削技术发展应该有一个简单的了解，一般来讲，按砂轮线速度的高低将磨削分为普通磨削和高速磨削以及超高速磨削。按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。高效磨削包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削、高速重负荷磨削。

高速高效磨、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的 Aachen大学、美国Connecticut大学等，有的在实验室完成了V为250m/s、350m/s、400m/s的实验。据报道，德国Aachen大学正在进行目标为500m/s的磨削实验研究。在实用磨削方面，日本已有200m/s的磨床在工业中应用。在我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史，如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、120m/s的磨削工艺实验，前几年某大学也计划开展250m/s的磨削研究。在实际应用中，砂轮线速度，一般还是45m/s-60m/s。

对于磨削加工是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的切削工具，磨削是由砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合结果。磨削的基本特点如下：

[2][2]（1）磨削的切削速度高，导致磨削温度高。普通外圆磨削时V=35m/s，高速磨削V＞50m/s。磨削产生的切削热80%～90%传入工件(10%～15%传入砂轮，1%～10%由磨屑带走)，加上砂轮的导热性很差，易造成工件表面烧伤和微裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温度。

（2）能获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度可达IT6-IT4，表面粗糙度值可达Ra0.8-0.02μm。磨削不但可以精加工，还可以粗磨、荒磨、重载荷磨削。

（3）磨削的背向磨削力大。因磨粒负前角很大，且切削刃钝圆半径较大，导致背向磨削力大于切向磨削力，造成砂轮与工件的接触宽度较大。会引起工件、夹具及机床产生弹性变形，影响加工精度。因此，在加工刚性较差的工件时(如磨削细长轴)，应采取相应的措施，防止因工件变形而影响加工精度。

（4）砂轮有自锐作用。在磨削过程中，磨粒有破碎产生较锋利的新棱角，及磨粒的脱落而露出一层新的锋利磨粒，能够部分地恢复砂轮的切削能力，这种现象叫做砂轮的自锐作用，有利于磨削加工。

（5）能加工高硬度材料。磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等。但不宜精加工塑性较大的有色金属工件。

磨削加工与其他切削加工方式相比，还具有以下特点：

（1）磨削速度很高，每秒可达30m～50m磨削温度较高，可达1000～1500度。磨削过程历时很短，只有万分之一秒左右。

（2）磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值。

（3）磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料，如瓷件、硬质合金等。

（4）磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄。

（5）当磨削加工时，从砂轮上飞出大量细的磨屑，而从工件上飞溅出大量的金属屑。磨屑和金属屑都会使操作者的眼部遭受危害，尘未吸入肺部也会对身体有害。

（6）由于砂轮质量不良、保管不善、规格型号选择不当、安装出现偏心，或给进速度过大等原因，磨削时可能造成砂轮的碎裂，从而导致工人遭受严重的伤害。

（7）在靠近转动的砂轮进行手工操作时，如磨工具、清洁工件或砂轮修正方法不正确时，工人的手可能碰到砂轮或磨床的其他运动部件而受到伤害。

（8）磨削加工时产生的噪音最高可达110dB以上，如不采取降低噪声措施，也会影响健康。

[1]2超高速磨削

超高速加工的概念是由德国切削物理学家Carl.J.Salomon博士于1931年首先提出，他发表了著名的Salomon曲线，创造性地预言了超越Talor切削方程式的非切削工作区域的存在，提出如能够大幅度提高切削速度，就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削，从而大幅度减少切削工时，成倍地提高机床生产率。他的预言对后来的高速甚至超高速磨削的发展指明了方向，为高速超高速磨削技术研究开辟了广阔的空间，对于高速超高速磨削技术的实用化也起到了直接的推动作用。将砂轮线速度大于150m/s的磨削称为超高速磨削，超高速磨削既能获得高效率，又能达到高精度，能对各种材料和形状进行高效率精密加工。因此，使用超硬磨料磨具的超高速磨削技术是最新的高效率磨削技术，是先进制造学科的前沿技术。

[1]2.1超高速磨削砂轮技术

高速超高速磨削砂轮应具有好的耐磨性，高的动平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的刚度和良好的导热性，而且其机械强度必须能承受高速超高速磨削时的切削力等。高速超高速磨削时砂轮主轴高速回转产生的巨大离心力会导致普通砂轮迅速破碎，因此必须采用基体本身的机械强度、基体和磨粒之间的结合强度均极高的砂轮。

超高速砂轮中间是一个高强度材料的基体圆盘，大部分实用超硬磨料砂轮基体为铝或钢。在基体周围仅仅粘覆一薄层磨料。粘覆磨料使用的结合剂有树脂、金属和电镀三种，其中以单层电镀用的最多。这是因为它的粘结强度高，易于做出复杂的形状，使用中不需要修整，而且基体可以重复使用。近几年，美国诺顿（Norton）公司还使用铜焊接法替代电镀研制出砂轮的磨粒突出比已达到70～80%，结合剂抗拉强度超过了1533N/mm2，获得更大的结合剂强度和容屑空间。

日本Noritake公司推出一种被称为CFRP的碳纤维复合树脂基体材料，其比弹性是钢的2.1倍，密度和热膨胀系数分别是钢的1/5 和1/12。使用这种材料基体所做的超高速砂轮的磨料层厚5mm，使用树脂结合剂，它与基体之间用一层氧化铝陶瓷过渡。这种砂轮已较多地应用于日本生产的超高速磨床，使用效果也很好。

高速超高速砂轮可以使用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料。结合剂可以用陶瓷、树脂或金属结合剂等。树脂结合剂的刚玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂轮，使用速度可达125m/s。单层电镀 CBN砂轮的使用速度可达250m/s，试验中已达340m/s。陶瓷结合剂砂轮磨削速度可达200m/s。同其他类型的砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮易于修整。与高密度的树脂和金属结合剂砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮可以通过变化生产工艺获得大范围的气孔率。特殊结构拥有40%的气孔率。陶瓷结合剂砂轮结构特点，使得修整后容屑空间大，修锐简单，甚至在许多应用情况可以不修锐。美国Norton公司研究出一种借助化学粘接力把持磨粒的方法，可使磨粒突出80%的高度而不脱落，其结合剂抗拉强度超过1553N/mm2（电镀镍基结合剂为345～449N/mm2）。我国的南京航空航天大学已成功地研制高温钎焊单层超硬磨料砂轮以减少磨削热，增加磨削比，取得了较好的效果。阿亨工业大学在其砂轮的铝基盘上使用溶射技术实现了磨料层与基体的可靠粘接。

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[1][1]

[1]2.2快速点磨削技术 快速点磨削是由德国Junker公司Erwin Junker先生于1994年开发并取得专利的一种先进的超高速磨削技术。它集成了超高速磨削、CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先进技术，具有优良的加工性能，是超高速磨削技术在高效率、高柔性和大批量生产高质量稳定性方面的又一新发展。该工艺主要用于轴、盘类零件加工。其CBN或人造金刚石超硬磨料砂轮轴线在水平和垂直方向与工件轴线形成一定倾角，使用薄砂轮与工件形成小面积点接触，综合利用连续轨迹数控技术，以超高速度磨削，可以合并车磨工序。它既有数控车削的通用性和高柔性，又有更高的效率和精度，砂轮寿命长，质量非常稳定，是新一代数控车削和超高速磨削的极佳结合，成为超高速磨削的主要技术形式之一。

德国目前在这项新技术的研究开发上处于领先地位。目前已在国外汽车工业、工具制造业中得到应用, 尤其是在汽车零件加工领域，即齿轮轴或凸轮轴等。这些零件大都包括切入、轴颈、轴肩、偏心及螺纹磨削过程，应用此项工艺可以通过一次装夹而实现全部加工，大大提高了零件加工精度及生产率。

快速点磨削的磨削过程不同于一般意义上的超高速磨削，其技术特征如下：

（1）快速点磨削通过数控系统控制砂轮轴线在垂直方向与工件轴线的偏角为±0.5°(图 1）在水平方向根据工件母线特征在0～30°范围内变化，最大限度减小砂轮/工件接触面积和避免砂轮端面与工件台肩干涉。砂轮动平衡可在机自动完成，径向跳动精度在0.002mm内。

（2）快速点磨削采用厚度为4～6mm的超硬磨料薄砂轮，并采用 “三点定位安装系统”专利技术快速安装，重复定位精度高，并可解决离心力造成的涨孔问题。

（3）为获得高磨除率和不使砂轮产生过大离心力，工件也作高速相对旋转（最高可达12000r/min），实际磨削速度是砂轮和工件两者速度的叠加，达到200m/s-250m/s。

（4）磨削外圆时材料去除主要靠砂轮侧边完成，而周边仅起光磨作用。因此，砂轮圆周磨损极慢，使用寿命长（最长可达1年），磨削比可达16000～60000，一片“快速点磨”砂轮可磨去数吨钢，砂轮修整率低（每次修整可加工2×105个零件），生产效率比普通磨削提高6倍。

（5）装有两坐标数控金刚石滚轮修整器，在砂轮宽度方向磨损达10%以上时自动精确修整，避免过早修整以控制成本。

（6）砂轮与工件接触面积小，磨削力大大降低、磨削热少，同时砂轮薄、冷却效果好，因此磨削温度大为降低，甚至可以实现“冷态”加工，提高了加工精度和表面质量。

（7）由于磨削力极小，靠顶尖摩擦力即能使方便夹紧工件，被称为“顶尖磨削”和“削皮磨削”。

（8）由于采用 CNC 实现复杂表面磨削，一次安装后可完成外圆、锥面、曲面、螺纹、台肩和沟槽等所有外形加工。它还可以使车磨工序合并，进一步提高加工效率。

（9）使用高速磨削油喷注进行冷却。由于高速旋转砂轮将磨削油甩成油雾，加工必须

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[4]在封闭环境中自动进行，并需配有吸排风系统和高效率磨屑分离与油气分离单元。用快速点磨削方法磨削主轴，装夹一次可完成外圆、轴肩、沟槽和紧固螺纹4个部位的磨削；磨凸轮轴，装夹一次可完成轴颈、止推面肩部和端部外径3个部位的全部磨削，尺寸精度达到IT6，Ra≤0.8µm，周期时间150s，与传统工艺比较，大大节约了成本。

[9]

图1 快速点磨削接触区

2.3高速超高速磨床

对于高速超高速磨床，主要是大功率高速超高速主轴系统和机床的高抗振性。高速超高速加工不但要求机床有很高的主轴转速和功率，而且同时要求机床工作台有很高的进给速度和运动加速度，还需尽可能组合多种磨削功能，实现在一台磨床上能完成所有的磨削工序，高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性，高度自动化和可靠的磨削过程。

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磨床支承构件是砂轮架、头架、尾架、工作台等部件的支撑基础件。要求它有良好的静刚度、动刚度及热刚度。对于高速超高速磨床，国内外都有采用聚合物混凝土(人造花岗岩)来制造床身和立柱的，也有的将立柱和底座采用铸铁整体铸造而成，还有采用钢板焊接件，并将阻尼材料填充其内腔以提高其抗震性，这些都收到了很好的效果。

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进给系统是评价高速超高速磨床性能的重要指标之一，而随着高速高超高速加工的发展，国内外都普遍采用了直线伺服电机直接驱动技术，高动态性能的直线电机结合数字控制技术。[11]

3数控磨床

现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。

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数控平面磨床相对于车床，铣床等采用数控系统较晚，因为他对数控系统的特殊要求。近十几年来，借助CNC技术，磨床上砂轮的连续修整，自动补偿，自动交换砂轮，多工作台，自动传送和装夹工件等操作工能得以实现，数控技术在平面磨床上逐步普及。CNC磨床在整个磨床类产品中已占大多数。

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4精密磨削

磨削加工是主要的精密加工和超精密加工方法，一般分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削加工，它们能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围。

目前，普通磨削一般指加工表面粗糙度为精度Rａ在0.16-1.25μｍ，加工精度大于１μｍ的磨削方法。精密磨削当前可以达到的精度一般为表面粗糙度Rａ在0.04-1.25μｍ，加工精度为1-0.5μｍ。超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可达到Rａ≤0.01μｍ，精度≤0.01μｍ，甚至进入纳米级。精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处：

（1）超微量切除。应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒细微破碎而产生微刃。一颗磨粒变成多颗磨粒，相当于砂轮粒度变细，微刃的微切削作用就形成了低粗糙度。

（2）微刃的等高切削作用。微刃是砂轮精细修整而成的，分布在砂轮表层同一深度上的微刃数量多，等高性好，从而加工表面的残留高度极小。

（3）单颗粒磨削加工过程。磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体，单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中，开始是弹性区，继而是塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区，这与切屑形成形状相符合。超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切入工件，则产生塑性流动、弹性破坏以及滑擦。

（4）连续磨削加工过程。工件连续转动，砂轮持续切入，开始磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切入量（磨削深度）和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀量。此后，磨削切入量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等，磨削系统处于稳定状态。最后，磨削切入量到达给定值，但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态。

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5刀具材料

切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。提高加工效率将会带来巨大的社会、经济效益。前北美机械工程师协会主席Hom曾说“每节省加工工时一分钟，美国就可节省一亿美元”可见提高加工效率对国民经济具有十分重要的意义。陶瓷刀具由于高温性能好，其切削速度可比传统刀具提高3-10 倍，因而可以在现有的厂房、设备、动力条件下，使产品产量成倍增长，大幅度提高社会生产力。其次，由于现代科学技术和生产的发展，越来越多地采用超硬难加工工件，以提高机器设备的使用寿命和工作性能。有资料介绍，难加工材料己超过43%。这些难加工材料的采用，给制造技术带来很大的困难，传统刀具是难以对付的，往往要采用费时费电的退火加工和磨加工等方法。新型陶瓷刀具由于有很高的硬度(HRA93-95)，因而可以加工硬度高达HRC65的各类难加工材料，免除退火加工所消耗的电力和时间;可以提高工件的硬度，延长机器设备的使用寿命。第三，硬质合金刀具大量消耗着W、Co等战略性贵重金属，节约这些资源是各国的基本政策，而广泛采用陶瓷刀具则是有效措施。陶瓷刀具的主要原料二氧化硅和三氧化二铝是地壳中最丰富的成分，是取之不尽，用之不竭的资源。

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6结论

伴随着我国机械制造业不断发展进步，我国的磨削加工制造技术也在不断地向前发展，本文中介绍了超高速磨削相关技术、精密磨削技术、数控磨床在实际中的应用和磨削用刀具材料的发展，文章主要借鉴近几年发表的文章对目前磨削加工技术发展作了简要的介绍。对于生产实际也有一定的借鉴意义。

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第三篇：高速磨削加工工艺及应用

高速磨削加工工艺及应用

班级：测控技术与仪器 1122240 姓名：叶成权

指导教室：赵世萍

摘要

高速磨削加工属于先进制造方法。与普通磨削比，它有很多优点，且集粗精加工于一身，能达到与车、铣、刨等切削加工相媲美的金属磨除率，能实现对难磨材料的高性能加工。阐述了高速磨削加工工艺的确定，高速磨削加工在工业中的具体应用，以及进一步提高磨削速度的设想。

关键词：高速磨削；加工工艺；应用 高速磨削概述

高速磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削效率和磨削质量的工艺方法。它与普通磨削的区别在于很高的磨削速度和进给速度，而高速磨削的定义随时间的不同在不断推进。20 世纪60年代以前，磨削速度在50 m/ s 时。即被称为高速磨削；而20世纪90 年代磨削速度最高已达500 m/s。在实际应用中，磨削速度在100 m/ s 以上即被称为高速磨削。高速磨削可大幅度提高磨削生产效率、延长砂轮使用寿命、降低磨削表面粗糙度值、减小磨削力和工件受力变形、提高工件加工精度、降低磨削温度，能实现对难磨材料的高性能加工。随着砂轮速度的提高，目前比磨削去除率已猛增到了3 000 mm3/mm·s 以上，可达到与车、铣、刨等切削加工相媲美的金属磨除率。近年来各种新兴硬脆材料（如陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅等）的广泛应用，更推动了高速磨削技术的迅猛发展。高速磨削技术是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术，集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术于一体。日本先进技术研究会把高速加工列为五大现代制造技术之一。国际生产工程学会（CIRP）将高速磨削技术确定为面向21 世纪的中心研究技术之一。高速磨削加工工艺

高速磨削的加工工艺涉及磨削用量、磨削液及砂轮修整等方面，下面将分别进行阐述。

2.1 磨削用量选择

在应用高速磨削工艺时，磨削用量的选择对磨削效率、工件表面质量以及避免磨削烧伤和裂纹十分重要。表1 给出了磨削用量与砂轮速度的关系。除了砂轮速度以外，决定磨削用量的因素还有很多，因此应用中需综合考虑加工条件、工件材料、砂轮材料、冷却方式等因素，以选择最优的磨削用量。

2.2 磨削液

在高速磨削过程中，所采用的冷却系统的优劣常常能决定整个磨削过程的成败。冷却润滑液的功能是提高磨削的材料去除率，延长砂轮的使用寿命，降低工件表面粗糙度值。它在磨削过程中必须完成润滑、冷却、清洗砂轮和传送切削屑四大任务，与普通磨削液要求类似。

2.3 砂轮的修整

目前应用较为成熟的砂轮修整技术有：（1）ELID在线电解修整技术在线电解修整（electrolytic in—process dressing，简称ELID）是专门应用于金属结合剂砂轮的修整方法，与普通的电解修整方法相比，具有修整效率高、工艺过程简单、修整质量好等特点，同时它采用普通磨削液作为电解修整液，很好地解决了机床腐蚀问题。经ELID修整的4000 号铸铁结合剂金刚石砂轮成功地实现了工程陶瓷、硬质合金、单晶硅、光学玻璃等多种材料的精密镜面磨削，表面粗糙度Ra 可达2～4 nm。（2）电火花砂轮修整技术

利用电火花修整可对任何以导电材料为结合剂的砂轮进行在线、在位修整，易于保证磨削精度，不会腐蚀设备，修整力小，对小直径及极薄砂轮的修整较为方便，同时整形效率高、修锐质量好；磨料周围不残留结合剂，修锐强度易于控制。（3）杯形砂轮修整技术

采用杯形砂轮修整器修整超硬磨料成形砂轮，其修整效率及修整精度都比传统的成形砂轮修整方法要高，可达到零误差的砂轮表面。砂轮修整后的磨削性能实验表明磨削力明显减小，磨削性能良好，且砂轮使用寿命长。

（4）电解—机械复合整形技术

运用此法可在短时间内将砂轮修整到较高的表面质量及形状精度，为砂轮的精密修整提供了良好的条件。高速磨削的应用

高速磨削的应用技术有高速深切磨削、高速精密磨削、难磨材料及硬脆材料的高速磨削。

3.1 高速深切磨削

以砂轮高速、高进给速度和大切深为主要特点的高效深磨（high efficiencydeep grinding，简称HEDG）技术是高速磨削在高效加工方面的应用之一。高效深磨技术起源于德国。1979年德国P.G.Werner博士预言了高效深磨区的存在合理性，开创了高效深磨的概念，并在1983 年由德国Guhring Automation公司创造了当时世界上最具威力的60 kW强力磨床，转速397 0 0 1 为10000 r/min，砂轮直径为400 mm，砂轮圆周速度达到100～180 m/s，标志着磨削技术进入了一个新纪元。1996 年由德国Schaudt 公司生产的高速数控曲轴磨床，是具有 高效深磨特性的典型产品，它能把曲轴坯件直接由磨削加工到最终尺寸。德国Aachen工业大学宣称，该校已采用了圆周速度达到500 m/s的超高速砂轮，此速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。高速深切磨削可直观地看成是缓进给磨削和高速磨削的结合。与普通磨削不同的是高效深磨可通过一个磨削行程，完成过去由车、铣、磨等多个工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率（磨除率比普通磨削高100～1 000 倍），表面质量也可达到普通磨削水平。例如，采用陶瓷结合剂砂轮以120m/s 的速度磨削，比磨削率可达500～1000 mm3/mm·s，比车削和铣削高5倍以上。英国用盘形CBN砂轮对低合金钢51CrV4进行了146 m/s 的高效深磨试验研究，材料去除率超过400 mm3/mm·s。高效成形磨削作为高效深磨的一种也得到广泛应用，并可借助CNC系统完成更复杂型面的加工。此项技术已成功地用于丝杠、螺杆、齿轮、转子槽、工具沟槽等以磨代铣加工。日本丰田工机、三菱重工等公司均能生产CBN高速磨床。GP-33 型高速磨床采用CBN砂轮以120 m/s 磨削速度实现对工件不同部位的自动磨削。美国Edgetrk Machine公司也生产高效深磨 机床，该公司主要发展小型3 轴、4轴和5 轴CNC成型砂轮，可实现对淬硬钢的高效深磨，表面质量可与普通磨削媲美。高速深切磨削具有加工时间短（一般为0.1～10 s）、磨削力大、磨削速度高的特点，除了应具备高速磨削的技术要求外，还要求机床具有高的刚度。

3.2 高速精密磨削

高速精密磨削（precision high speed grinding）是采用高速精密磨床，并通过精密修整微细磨料磨具，采用亚微米级切深和洁净加工环境获得亚微米级以下的尺寸精度。高速精密磨削主要是高速外圆磨削。即使用150～200 m/s的砂轮周速和CBN 砂轮，配以高性能CNC 系统和高精度微进给机构，对凸轮轴、曲轴等零件外圆回转面进行高速精密磨削加工的方法。它既能保证高的加工精度，又可获得高的加工效率。这一技术在日本应用最为广泛。例如，使用丰田工机株式会社GCH63B型CNC高速外圆磨床来磨削加工余量达5 mm的球墨铸铁凸轮轴，比磨削率可达174 mm3/mm·s，砂轮磨削比可达33500。以表面粗糙度Rz3 μm为上限，砂轮经过一次修整可连续磨削60 个工件，磨后表面呈现残余压应力，并可从毛坯直接磨为成品，省去了车工序及工序间的周转。丰田工机GZ50 型CNC高速外圆磨床上装备了其最新研制的Toyoda State Bearing 轴承，使用转速在200 m/s 的薄片陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮对轴类零件进行一次性纵磨来完成整个工件的柔性加工过程，并首先在曲轴销加工中应用成功。在M104CNS/CBN 高速外圆磨床上安装了带有神经网络自学习功能的数控系统，使得磨床的加工性能更加完善。德国Guhring Automation 公司RB625高速外圆磨床上，使用CBN 砂轮可将毛坯一次磨成主轴，每分钟可磨除2 kg金属。高速磨削技术的研究

高速磨削技术正为世界工业发达国家所重视，并已开始进入实用化阶段。我国在高速磨削技术研究利用方面和国外相比有较大差距，大力加强高速磨削技术的研究、推广和应用，对提高我国机械制造业的加工水平和加快新产品开发具有十分重要的意义。

高速磨削技术的研究，主要从制约切削速度的各个方面进行研究。（1）发展高功率高速主轴。

（2）研制适应高速磨削的新颖砂轮，这样才能提高磨削速度。（3）磨床结构的改进。

为了尽可能降低机床在高速时由于砂轮不平衡引起的振动，应配置在线自动平衡系统，以使机床在不同转速时，始终处于最佳的运行状态。为了提高生产效率和工件的加工精度，则应采用高速、高效和高精度进给驱动系统。比如在平面磨床上采用直线电机替代丝杠螺母传动；在进行偏心磨削时，外圆磨床除了须具备高速滑台系统外，还要配备高速数控系统，以保证工件的精度及较高的生产率。（4）优化冷却润滑系统。除了要注意冷却润滑液本身的化学构成外，其供给系统也十分重要。因此，在研制高速磨床时，必须配置高压的冷却润滑供给系统。（5）磨削速度向超音速迈进。

高速磨削应用研究的下一个目标将是冲破音速大关，把磨削速度提高到350 m/s 以上，进而使500 m/s 的磨削速度在工业应用上成为可能。当然，单就磨削速度一个参数并不能全面评价磨削过程的优劣，最佳的磨削速度应是磨削过程经济效益最好时的速度。这一最佳速度，必须经过改进机床设计，优化切削条件和配套系统等深入研究才能达到。

第四篇：磨床调研报告

大连交通大学2013届本科毕业生设计（论文）实习（调研）报告

调研报告

一、课题的来源及意义

磨削是历史悠久的切削加工方法之一。古代的刀、枪、剑戟都要经过磨削加工；在现代机器制造业中，磨削加工也是金属切削加工的一种重要方式。

磨床就是用砂轮，油石或者研磨料等作为工具对工件表面进行切削加工的一种机床。通常把使用砂轮进行加工的机床称为磨床，而用油石和研磨料进行加工的机床称为精磨机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。

采用导轮的无心外圆磨床已被广泛采用于成批大批量生产中，用以高生产率制造宽广品种的任精度的制件，其中包括精密制件。这种磨削方法的广泛采用是由于其具有一系列的磨削特点。

本课题的目的是设计M2110A外圆磨床砂轮轴、磨床进给机构、砂轮修整器以及摩擦轮，并满足相关的技术指标要求。由于工件运动是由磨轮、工作台共同控制的，工件运动的稳定性、均匀性，不仅取决于机床运动传动链，还与工件、导轮及托板的实际情况以及采用的磨削用量和磨削工艺参数有关。砂轮架主轴及其轴承是磨床上最关键的部件之一。磨削支承刚性好，易实现强力、高速、宽砂轮及多砂轮磨削，并易实现磨削过程的自动化。课题对研究和开发各种其他类型的磨床结构有一定的参考价值。

二、国内外发展状况

十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。

1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。

1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。1

例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。

自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。

随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。

由于长期以来对新技术的应用相对滞后，国内机床产品的总体技术水平比之先进国家同类型机床还有着相当大的差距，劳动生产率低下，在国际市场中竞争力不足，经济效益不高。在国外高档机床大举进攻中国市场的情况下，我们只有以积极的姿态面对这一严峻的形势。尽快应用先进的设计技术，能快速开发出结构合理、自动化水平高、加工精度高、低振动、低成本的机床新产品响应市场，我国的机床工业才有出路。为了达到这一目的，掌握先进的机床设计方法就显得尤为重要。我国机床工业的竟争能力的提高也就取决于机床新品的开发和关键技术的研究、掌握、应用和迅速推广。随着我国加入世界贸易组织和全球经济一体化环境的形成，机床行业的市场竞争将会愈演愈烈。目前，国内外机床产品技术水平之间的差距仍然很大，主要表现为:产品仿制多，创新少，市场竞争力不足，利润低:设计方法落后，机床结构设计，尚处于传统的经验、静态、类比的设计阶段，很少考虑结构动、静态特性对机床产品性能产生的影响，产品精度低，质量难以保证;设计周期长，成功率低，反复设计、试制与修改，产品更新换代慢，且成本高。

三、课题研究目标和研究内容

（1）M2110A内圆磨床技术主要包括砂轮主轴、进给系统以及机床整体结构设计。

（2）本课题进行内圆磨床设计，其重点在于选取单元部件类型和确定参数，使设计满足技术指标，而要使设计完成后的机床具有良好的动静态特征。

（3）在设计时，确定单元部件后在CAD中做出给设计组件零号图。详细标出个部件的技术要求，并对各关键部位进行分析，确保设计的合理性。

四、研究方法

理解实际要求、明确课题目的；通过阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料；以及掌握的知识、资料来确定正确的设计方案对确定的方案进行论证；对主体结构设计及计算；然后对其绘图；最后检验设计的可行性。

五、研究手段

查阅国内外现有相关的资料进行分析比较，到生产公司进行实际观看或者操作。咨询有经验的工人师傅，详细了解实际生产中机械的运行情况、遇到的问题和相关保养知识。

六、进度安排

1—4周：查找相关资料，了解课题的主要内容和总体的框架。

2—4周：学习机床传动系统原理，重点掌握砂轮、进给系统结构和砂轮修整器，完成相关的外文翻译。

5—8周：通过前面的准备进行总体的规划设计，设计砂轮轴、进给系统结构和砂轮修整器，画出相关简图，并计算强度、功率等，检验主要设计部件是否符合要求。

9—12周：学习运用CAD制图软件，检验图草稿并完成CAD图。

13—14周：对整个的系统进行全方位的调试及完善，编写设计说明书，修改图纸和说明书，最后进行论文整理与装订。

七、实验方案的可行性分析和已具备的实验条件

通过对机构运动规律和结构特点的分析,建立该机构的运动学模型,分析了关键构件的位移、速度和加速度特性。以主运动构件在工作行程内速度均匀为优化目标建立目标函数,以该机构的各个构件尺寸为设计变量确定约束条件,建立数学模型,应用优化软件,求解出优化结果。以三维建模软件SolidWorks和AutoCAD 等软件为设计平台,建立了机构的三维几何模型。将该模型导入到机械系统仿真软件ADAMS/View中,利用其交互的图形界面和仿真单元库,构建了该机构的运动仿真模。本设计就磨床传动设计、轴、轴承的选用、键联接、销联接、螺纹联接等问题做了比较详细的说明。在借鉴了其它磨床的基础上，对M2110A磨床做了一些新的改进，在保证经济性的前提下尽可能 保证各零件的强度和精度。

根据磨床总体结构尺寸及位置要求，结合优化的机构尺寸，建立该机构的模型，并进行机构设计的结构品评价，在物理样机制造前，消除设计缺陷。在此基础上惊醒工程详细设计，绘制出结构装备图。对设计出的机构再次进行运动分析。有限元分析软件的发展也为分析相关动态静力运动分析提供保障，为磨床的研究提供参考依据。

八、参考文献

[1] 张世昌.机械制造技术基础.高等教育出版社,2010.2

[2] 郑州纺织机电专科学校，南通纺织专科学校.金属切削机床概论.上海科学技术文献出版社，1987.8

[3] 戴曙.金属切削机床.机械工业出版社,2009.3

[4] 刘文剑.夹具工程师手册.黑龙江科学技术出版社，1992.8

[5] 华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学.机床设计图册.上海科学技术出版社，1979.

第五篇：磨床实习报告

名称

磨床铣床实训报告 姓

名

吴志浩

指导教师

祝光源

1、实习目的

掌握各种加工技术、熟悉模具制造、维修、维护、装配、试作等技术，提高模具设计的能力。

2、实习内容

（1）熟悉磨床的一般操作以及磨床在模具加工的用途（2）熟悉一般的图纸

3、实习情况简介

（1）磨床的具体操作及安全规范

1、工具磨床启动前润滑机床各部位，检查机械传动是否正常，开关按钮是否可靠，确保砂轮完好无破损。

2、以点动方式启动砂轮到正常加工速度，空转五分钟。

3、安装砂轮时应注意； 安装前检查砂轮外型是否完整，轻敲砂轮应听到清脆声，确保砂轮完好无破损。夹持砂轮部位要垫上石棉垫，夹紧后进行首次平衡，装机修整后再次平衡，新砂轮需空转五分钟。

4、砂轮禁止超速运行,不得大于警告速度。

5、合理选择磨削量，严禁超负荷磨削。

6、磨削前应检查工件是否吸牢或装夹牢固，装夹高工件及底面积较小的工件时要用挡块靠住或专用夹具装夹，以防发生故障。

7、开机时砂轮旋转的正前方位置不准站人，防止砂轮破碎飞出或工件打飞。

8、工作结束，机床擦干净，切断电源，零件摆放整齐，工作场地保持清洁。

9、发现故障配合维修人员检修.（2）磨床操作的一般作业流程

1、作业流程图

2、查看当班作业计划

3、阅读图纸及工艺

4、按图纸领取需磨零件

5、校对量具；零件磨前自检

6、加工并自检

7、送检

（3）学会的基本的磨床的操作

1、打砂轮

2、对砂轮打R角

3、磨冲头

4、磨角尺

5、看懂基本的图纸 铣床实训操作规章及注意事项：

1工作前要检查机床各系统是否安全好用，各手轮摇把的位置是否正确，快速进刀有无障碍，各限位开关是否能起到安全保护的作用。

2．每次开车及开动各移动部位时，要注意刀具及各手柄是否在需要位置上。扳快速移动手柄时，要先轻轻开动一下，看移动部位和方向是否相符。严禁突然开动快速移动手柄。

3．安装刀杆、支架、垫圈、分度头、虎钳、刀孔等，接触面均应擦干净。4.机床开动前，检查刀具是否装牢，工件是否牢固，压板必须平稳，支撑压板的垫铁不宜过高或块数过多，刀杆垫圈不能做其它垫用，使用前要检查平行度。5．在机床上进行上下工件、刀具、紧固、调整、变速及测量工件等工作时必须停车，更换刀杆、刀盘、立铣头、铣刀时，均应停车。拉杆螺丝松脱后，注意避免砸手或损伤机床。

6．机床开动时，不准量尺寸、对样板或用手摸加工面。加工时不准将头贴近加工表面观察吃刀情况。取卸工件时，必须移动刀具后进行。7．拆装立铣刀时，台面须垫木板，禁止用手去托刀盘。

8．装平铣刀，使用扳手扳螺母时，要注意扳手开口选用适当，用力不可过猛，防止滑倒。

9．对刀时必须慢速进刀，刀接近工件时，需要手摇进刀，不准快速进刀，正在走刀时，不准停车。铣深槽时要停车退刀。快速进刀时，注意手柄伤人。万能铣垂直进刀时，工件装卡要与工作台有一定的距离.10．吃刀不能过猛，自动走刀必须拉脱工作台上的手轮。不准突然改变进刀速度。有限位撞块应预先调整好。

11．在进行顺铣时一定要清除丝杠与螺母之间的间隙，防止打坏铣刀。

12.开快速时，必须使手轮与转轴脱开，防止手轮转动伤人，高速铣削时，要防止铁屑伤人，并不准急刹车，防止将轴切断。13.铣床的纵向、横向、垂直移动，应与操作手柄指的方向一致，否则不能工作。铣床工作时，纵向、横向，垂直的自动走刀只能选择一个方向，不能随意拆下各方向的安全挡板。

14.工作结束时，关闭各开关，把机床各手柄扳回空位，擦拭机床，注润滑油，维护机床清洁