了解磨床的磨削概念為設(shè)計(jì)磨床提供基礎(chǔ)和注意面

　　一、光滑表面的形成

　　在磨削過(guò)程中，磨具（砂輪）與工件雙方既斗爭(zhēng)而又相互依賴，構(gòu)成了磨削加工。現(xiàn)以一般外圓磨削為例，砂輪除作高速旋轉(zhuǎn)（一般v=35m/s左右）外，又定期作橫向進(jìn)給，工件一面旋轉(zhuǎn)，一面作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。加工時(shí)砂輪對(duì)工件表面進(jìn)行“切除”，而工件由于內(nèi)部分子的結(jié)合力反抗砂輪的“切除”，這樣，“切除”與“反切除”斗爭(zhēng)的結(jié)果，砂輪在工件表面上“切除”了部分材料，磨出具有一定形狀、尺寸和精度要求的光滑表面。在這一過(guò)程中，砂輪是矛盾的主要方面。

　　砂輪的結(jié)構(gòu)，它是由磨料、結(jié)合劑組成，在磨料和結(jié)合劑之間有一定的空隙。如果我們將砂輪表面放大，就可看到在砂輪表面上雜亂無(wú)章地布滿很多硬度很高的棱形多角的顆粒——磨粒，這些鋒利的磨粒，就像車刀、刨刀、銑刀的刀刃一樣。對(duì)于每一個(gè)顆粒，它又有很多微小的切刃，這種微小的切刃，稱為磨粒的微刃。磨削工作就是依靠這些小顆粒，在砂輪高速旋轉(zhuǎn)下，主攻切入工件表面的，因此說(shuō)砂輪是矛盾的主要方面。整個(gè)磨削加工也可以說(shuō)是一種多刀多刃的高速切削方法。

　　在磨削過(guò)程中，上述磨粒切刃（微刃）是不斷發(fā)生變化的，開始是銳化的，稱為銳利期（一般磨削需要的）；逐漸磨損變得較鈍，稱為半鈍化期（高光潔度磨削需要的）；繼續(xù)磨損后完全變鈍，稱為鈍化期（這時(shí)必須重新修整砂輪）。

　　磨削加工又可分一般磨損和高光潔度磨削（即精密磨削、超精磨削、鏡面磨削）兩種。對(duì)于一般磨削，其光滑表面的形成，砂輪可當(dāng)作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒就相當(dāng)于一個(gè)刀齒，每一個(gè)粒尖就相當(dāng)于一個(gè)刀刃。但它與銑刀又有不同的地方，就是砂輪有無(wú)數(shù)的刀齒，且刀齒的排列和刀齒的角度都是極不規(guī)則的，例如“刀齒”的前角有正有負(fù)，并且大小不一。高速旋轉(zhuǎn)的每一個(gè)“刀齒”，在切削力的作用下，從工件表面上切除一條薄層的切屑，并在工件表面上摩擦發(fā)熱而產(chǎn)生火花。這樣無(wú)數(shù)磨粒切削的結(jié)果，就把工件表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。

　　對(duì)于精密磨削、超精磨削和鏡面磨削，光滑表面的形成與一般磨削相似，但也有其本身的特點(diǎn)。高光潔度磨削是由砂輪通過(guò)精細(xì)修整后形成等高的微刃切削作用和適當(dāng)接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。

　　用經(jīng)過(guò)精細(xì)修整后的粗粒度砂輪進(jìn)行磨削時(shí)，微刃切削能力強(qiáng)，主要由微刃切削作用使工件形成光滑表面。當(dāng)用細(xì)粒度樹脂結(jié)合劑砂輪經(jīng)驚喜修整磨削時(shí)，微刃切削作用減弱了，在適當(dāng)?shù)慕佑|壓力下的摩擦拋光作用突出了，工件則可形成更光滑的表面。

　　因此，可以采用粗粒度砂輪經(jīng)過(guò)驚喜修整，借助登高的微刃切削作用和一定摩擦拋光作用，進(jìn)行精密磨削和超精磨削。由于它生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)便，不需經(jīng)常調(diào)換砂輪，是高光潔度磨削的方向。但目前對(duì)于鏡面磨削，一般采用細(xì)粒度砂輪，并通過(guò)精細(xì)修整登高的半鈍態(tài)微刃，在適當(dāng)接觸壓力下，進(jìn)行充分的磨床拋光作用來(lái)達(dá)到的。

　　二、工件表面質(zhì)量的評(píng)定及影響的因素

　　1、工件表面質(zhì)量的評(píng)定

　　工件磨削后的表面質(zhì)量，主要以表面光潔度的高低和表面缺陷來(lái)評(píng)定。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，評(píng)定表面光潔度有兩個(gè)參數(shù)，即不平度平均高度；不平度算數(shù)平均偏差值。

　　在磨削過(guò)程中，由于磨削加工收到各種因素的影響，使磨削后的工件表面容易產(chǎn)生各種缺陷。特別是高光潔度磨削，由于工件表面質(zhì)量要求高，因此缺陷就顯得更突出了。現(xiàn)將生產(chǎn)實(shí)踐中常見的一些缺陷，歸納介紹如下：

　　(1)直波形：工件表面沿母線方向存在一條條直線痕跡，若從工件的橫斷面來(lái)看，周邊呈現(xiàn)近似正弦波的曲線，亦稱多角形或多棱形。

　　(2)螺旋形：在工件表面上出現(xiàn)一條很淺的螺旋線痕跡，其痕跡距離等于工件每轉(zhuǎn)的縱進(jìn)給量。這也是在高光潔度磨削過(guò)程中，特別容易出現(xiàn)的缺陷。

　　(3)拉毛（劃傷或劃痕）：產(chǎn)生的原因主要是磨削時(shí)磨粒脫落在砂輪和工件之間，或者是冷卻液過(guò)濾不潔所致。

　　(4)表面燒傷：可分螺旋線燒傷和點(diǎn)線形燒傷，燒傷痕跡一般都比較深。

　　2、影響磨削表面質(zhì)量的因素

　　上面介紹了外圓磨削中常見的幾種工件表面的缺陷，這些缺陷在磨床磨削中具有一定的代表性，直接影響磨削表面質(zhì)量。雖然產(chǎn)生的原因是多種多樣的，但歸結(jié)起來(lái)不外乎下述三個(gè)主要因素：砂輪特性、工藝參數(shù)和機(jī)床條件。但決定的因素還是操作機(jī)床的人，在實(shí)踐中認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，掌握機(jī)床和工藝的客觀規(guī)律，就能控制這些缺陷，采取措施防止它的產(chǎn)生。

　　三、磨削過(guò)程的特點(diǎn)

　　上面我們介紹了磨削與其他金屬切削（車、銑、刨、鉆等）有不少相似之處，也有不同的地方，即磨削特殊的本質(zhì)。我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)磨床，因此首先需要認(rèn)識(shí)磨削過(guò)程的特點(diǎn)，了解它、掌握它，采取相應(yīng)的措施，“用不同的方法去解決不同的矛盾”，更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

　　下面就來(lái)具體分析磨削過(guò)程的一些特點(diǎn)：

　　1、在磨削過(guò)程中，由于砂輪以很高的速度旋轉(zhuǎn)，離心力很大，若砂輪的質(zhì)量不好或安排不妥，易造成砂輪碎裂產(chǎn)生事故，必須特別引起重視，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮可靠的防護(hù)設(shè)備。工件在磨削過(guò)程中，往往由于砂輪結(jié)構(gòu)不均勻，引起砂輪高速旋轉(zhuǎn)的不平衡，產(chǎn)生振動(dòng)，影響工件表面質(zhì)量和機(jī)床的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)引起砂輪碎裂。因此，各種磨床必須具備砂輪的平衡措施。

　　2、砂輪具有自銳的性能，所謂“自銳性”，就是磨粒磨鈍后在磨削力的作用下，自行破碎并從砂輪工作表面上脫落下來(lái)，露出新的磨粒，使磨削加工能繼續(xù)正常進(jìn)行。但由于磨削過(guò)程復(fù)雜，如磨屑、破碎了的小磨粒以及結(jié)合劑等，會(huì)塞住砂輪的孔隙，使砂輪切削性能降低，嚴(yán)重的甚至可能使砂輪工作表面被破壞，特別對(duì)表面光潔度要求較高及保證有正確形狀的工件（如螺紋、齒輪等）。因此單純靠砂輪自銳還不能滿足要求，還必須靠人工進(jìn)行修整，所以應(yīng)具備砂輪修整器。

　　3、在磨削過(guò)程中，由于磨削速度很高，磨粒和被加工工件之間的摩擦大，以及工件材料塑性變形的結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，其溫度可達(dá)1000℃以上，這超過(guò)一般碳鋼的相變溫度（約700℃），甚至接近鋼的熔化溫度，并使劇熱的磨屑被砂輪“刀齒”帶走，在空氣中與氧接觸發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生常見的火花。在這樣高的溫度作用下，會(huì)使工件材料的性能和硬度改變，影響質(zhì)量。同時(shí)工件的內(nèi)部和表面有很大的溫差，特別是對(duì)導(dǎo)熱性能較差的材料，溫差更大，將產(chǎn)生磨削應(yīng)力，可能使工件發(fā)生裂紋。因此，為了減少摩擦，帶走熱量，降低磨削溫度，即使沖掉磨屑，使其不粘附在砂輪的表面上，以提高表面質(zhì)量，在設(shè)計(jì)磨床時(shí)必須考慮具有較好的冷卻裝置。

　　4、砂輪上的磨粒形成的“刀齒”，多半是負(fù)前角和小后角。且其刃口又非絕對(duì)尖銳，所以工件表面產(chǎn)生很大的變形和摩擦，特別是磨粒變鈍、磨屑很薄、負(fù)前角大時(shí)，金屬變形更加嚴(yán)重，這樣使被加工工件表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象。由于“刀齒”是負(fù)前角，所以磨削過(guò)程中工件收到很大的徑向力的作用，使工件發(fā)生彎曲，影響工件的精度，特別是磨削細(xì)長(zhǎng)的工件造成直徑誤差更大，因此在設(shè)計(jì)磨削圓柱類工件的磨床時(shí)，不能忽視中心架的問(wèn)題。