五磨具与磨削过程普通刀具加工方法.pptx

第三节第三节 磨具与磨削过程磨具与磨削过程 一、磨具一、磨具 （1）定义：磨具是用磨料为主制造而成的一类切削工具。它是）定义：磨具是用磨料为主制造而成的一类切削工具。它是用结合剂或粘结剂将许多细微、坚硬和形状不规则的磨料磨粒按一用结合剂或粘结剂将许多细微、坚硬和形状不规则的磨料磨粒按一定要求粘结制成的。定要求粘结制成的。（2）种类：砂轮、油石、砂纸、砂布、砂带、油剂调制的研磨）种类：砂轮、油石、砂纸、砂布、砂带、油剂调制的研磨膏等。砂轮和油石称为固结磨具，气孔在切削过程中起裸露磨粒棱膏等。砂轮和油石称为固结磨具，气孔在切削过程中起裸露磨粒棱角、容屑和散热的作用；砂纸、砂布、砂带称为涂覆磨具。角、容屑和散热的作用；砂纸、砂布、砂带称为涂覆磨具。1.1.磨料：担负切削工作磨料：担负切削工作，在切削过程中受力破碎后能行程在切削过程中受力破碎后能行程尖锐的棱角。常用磨料性能见尖锐的棱角。常用磨料性能见表表1.3。表表1.3 磨料性能及应用范围磨料性能及应用范围类别类别磨料名称磨料名称代号代号磨料性能磨料性能应用范围应用范围刚刚玉玉类类棕刚玉棕刚玉A含含9192的的Al2O3，棕色，棕色，硬度高，韧性好，价廉硬度高，韧性好，价廉加工硬度较低的加工硬度较低的塑塑性材料性材料，如低、中，如低、中碳钢和普通合金钢碳钢和普通合金钢白刚玉白刚玉WA含含9799的的Al2O3，白，白色，比色，比A硬度高，韧性低，硬度高，韧性低，自锐性好，磨削时发热少自锐性好，磨削时发热少加工硬度较高的加工硬度较高的塑塑性材料性材料，如高碳钢、，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等。高速钢和淬硬钢等。碳碳化化硅硅类类黑色碳化硅黑色碳化硅C含含95SiC，硬度比，硬度比WA高，高，性脆而锋利，导热性和导热性脆而锋利，导热性和导热性良好性良好加工硬度较低的加工硬度较低的脆脆性材料性材料，如铸铁、，如铸铁、青铜等。青铜等。绿色碳化硅绿色碳化硅GC含含97SiC，绿色，硬度和，绿色，硬度和脆性比脆性比C高，导热导电性能高，导热导电性能良好良好加工硬度较高的加工硬度较高的脆脆性材料性材料，如硬质合，如硬质合金、宝石、陶瓷等金、宝石、陶瓷等2.2.粒度：磨料颗粒的大小粒度：磨料颗粒的大小。GB2477-83规定了磨规定了磨粒和微粉两种粒度号。粒和微粉两种粒度号。(1)磨粒：筛选法分类，粒度号以磨粒：筛选法分类，粒度号以1英寸长度英寸长度上筛孔数表示。颗粒号越大，磨粒的颗粒越小。粒上筛孔数表示。颗粒号越大，磨粒的颗粒越小。粒度号有：度号有：4、536、40、46240、280等，共等，共27个号。一般粗磨选角粗的磨粒，如个号。一般粗磨选角粗的磨粒，如3646；精磨选较细的磨粒，如；精磨选较细的磨粒，如60120。(2)微粉：用水力按不同沉降速度进行分级，微粉：用水力按不同沉降速度进行分级，粒度号用该级颗粒的实际最大尺寸来表示。粒度号粒度号用该级颗粒的实际最大尺寸来表示。粒度号有：有：W63、W50、W40W1.5、W1.0、W0.5等，共等，共14个等级。多用于研磨等精密加工和个等级。多用于研磨等精密加工和超精密加工。超精密加工。3.3.结合剂：粘结磨料的材料结合剂：粘结磨料的材料。GB2484-84中常用结合剂：中常用结合剂：(1)陶瓷结合剂（陶瓷结合剂（V）：性能稳定，不怕油、酸、碱的）：性能稳定，不怕油、酸、碱的腐蚀，适应各种冷却液，气孔率大，磨削效率高；脆性大，腐蚀，适应各种冷却液，气孔率大，磨削效率高；脆性大，弹性差，不能承受侧向力。适用于弹性差，不能承受侧向力。适用于v50 m/s的高速的高速磨削砂轮。磨削砂轮。(3)橡胶结合剂（橡胶结合剂（R）：强度和弹性比树脂结合剂更高；）：强度和弹性比树脂结合剂更高；气孔率小，易堵塞，耐热性差，具有较好的抛光作用。适气孔率小，易堵塞，耐热性差，具有较好的抛光作用。适用于无心磨削导轮、抛光砂轮等。用于无心磨削导轮、抛光砂轮等。(4)金属结合剂（金属结合剂（M）：用青铜作结合剂，韧性和成形）：用青铜作结合剂，韧性和成形性好，强度大，自锐性差。适用于金刚石砂轮和磨具。性好，强度大，自锐性差。适用于金刚石砂轮和磨具。4.硬度：磨具工作时在外力作用下磨料颗粒脱落的硬度：磨具工作时在外力作用下磨料颗粒脱落的难易程度。难易程度。磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则磨粒容易脱落，砂轮硬度软，反之则硬。硬。GB2484-84规定了规定了16个级别。个级别。D，E，F（超（超软）；软）；G，H，J（软）；（软）；K，L（中软）；（中软）；M，N（中）；（中）；P，Q，R（中硬）；（中硬）；S，T（硬）；（硬）；Y（超硬）。普通磨削常用（超硬）。普通磨削常用GN级硬度的砂轮。级硬度的砂轮。硬度选取：软材料，硬砂轮；硬度选取：软材料，硬砂轮；硬材料，软砂轮；硬材料，软砂轮；成型磨削和精磨，硬砂轮；成型磨削和精磨，硬砂轮；薄壁、薄片、细长零件磨削，软砂轮，薄壁、薄片、细长零件磨削，软砂轮，断续表面磨削，硬砂轮。断续表面磨削，硬砂轮。5.组织：表示磨具中磨粒、结合剂和气孔三者之间体积的组织：表示磨具中磨粒、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。比例关系。组织号以磨粒所占磨具体积的百分比来确定，组织号以磨粒所占磨具体积的百分比来确定，磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。磨粒占百分比越大，组织越致密，反之疏松。GB2484-84规定了规定了15个组织号：个组织号：0、1、214，0号最致密，号最致密，14号最疏松。号最疏松。组织选取：普通磨削钢和铸铁，中等组织砂轮；成型组织选取：普通磨削钢和铸铁，中等组织砂轮；成型磨削、精密磨削，组织紧密砂轮；韧性大硬度不高的材料，磨削、精密磨削，组织紧密砂轮；韧性大硬度不高的材料，组织疏松砂轮；硬质合金、热敏性材料（如磁钢）、有色组织疏松砂轮；硬质合金、热敏性材料（如磁钢）、有色金属，组织更疏松的大气孔砂轮。金属，组织更疏松的大气孔砂轮。（6）形状和尺寸（）形状和尺寸（图图1.23）7.标记标记 磨具标记的书写顺序为：形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组磨具标记的书写顺序为：形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高工作线速度（此项为砂轮所独有）。织、结合剂和最高工作线速度（此项为砂轮所独有）。砂轮标记：砂轮标记：P400150203A60L5B35 P形状代号，平行砂轮形状代号，平行砂轮 400外径尺寸外径尺寸 150厚度厚度 203内径尺寸内径尺寸 A磨料代号，棕刚玉磨料代号，棕刚玉 60粒度号粒度号 L硬度，中软硬度，中软 5组织号，中等组织号，中等 B结合剂代号，树脂结合剂结合剂代号，树脂结合剂 35最高工作线速度最高工作线速度（m/s）油石标记：油石标记：SF1080GCW40M8V SF形状代号形状代号 1080正方边长和长度尺寸正方边长和长度尺寸 GC磨料代号磨料代号 W40粒度号粒度号 M硬度硬度 8组织号组织号 V结合剂代号结合剂代号 砂带标记：砂带标记：DWBN802500WAP60 DWBN形状代号，耐水无接头环形布砂带形状代号，耐水无接头环形布砂带 802500宽度和周长尺寸宽度和周长尺寸 WA磨料代号磨料代号 P60涂覆砂带粒度号涂覆砂带粒度号二、磨削过程二、磨削过程1.磨削过程的实质磨削过程的实质 负前角切削负前角切削是磨削加工的一大特点。是磨削加工的一大特点。2.磨削过程的特点磨削过程的特点（1）背向磨削力）背向磨削力Fp 大：大：背向磨削力背向磨削力Fp很大，很大，这是因为砂轮的宽度较大，这是因为砂轮的宽度较大，磨粒又是以很大的负前角切削的缘故。磨粒又是以很大的负前角切削的缘故。在刀具切削加工中，一般切削力在刀具切削加工中，一般切削力F Fc c最大，而磨削时是背向磨削力最大，而磨削时是背向磨削力F Fp p最大，这是磨削加工的一个显著特点。最大，这是磨削加工的一个显著特点。影响：影响：Fp作用于砂轮切入方向，作用于砂轮切入方向，砂轮以很大的力推压工件，砂轮以很大的力推压工件，加速砂轮钝化，使砂轮轴和工件均产生弯曲变形，工件易出现圆柱加速砂轮钝化，使砂轮轴和工件均产生弯曲变形，工件易出现圆柱度误差，直接影响工件的形状精度和表面质量。度误差，直接影响工件的形状精度和表面质量。解决方法解决方法：精磨精磨:增加增加光磨光磨次数，或采用辅助支承，以消除或减少因次数，或采用辅助支承，以消除或减少因Fp所引起的形状误差。所引起的形状误差。光磨：工件磨到接近最后尺寸（余量一般为光磨：工件磨到接近最后尺寸（余量一般为0.0050.01mm)时不时不再吃刀的磨削。光磨可提高工件的形状精度，降低表面粗糙度。磨再吃刀的磨削。光磨可提高工件的形状精度，降低表面粗糙度。磨削质量随着光磨次数的增多而提高。削质量随着光磨次数的增多而提高。（2 2）磨削温度高磨削温度高：产生的切削热比刀具切削多，而且散产生的切削热比刀具切削多，而且散热条件与切削加工不同。磨削属于高速切削，切屑和工件热条件与切削加工不同。磨削属于高速切削，切屑和工件分离时间短，砂轮导热性又很差，切削热不能较多的通过分离时间短，砂轮导热性又很差，切削热不能较多的通过砂轮和切屑传出，一般有砂轮和切屑传出，一般有80切削热传入工件（刀具切切削热传入工件（刀具切削低于削低于20），而且瞬时聚集在工件表层，形成很大的），而且瞬时聚集在工件表层，形成很大的温度梯度。工件表层温度可高达温度梯度。工件表层温度可高达1000 以上，而表层以上，而表层1mm以下接近室温。当局部温度很高时，表面易产生热以下接近室温。当局部温度很高时，表面易产生热变形，甚至烧伤。因此，磨削时需施加大量切削液，以降变形，甚至烧伤。因此，磨削时需施加大量切削液，以降低磨削温度。低磨削温度。（3 3）表面变形强化和残余应力严重表面变形强化和残余应力严重：与刀具切削加工与刀具切削加工相比，虽然磨削的表面变形强化和残余应力层要浅很多，相比，虽然磨削的表面变形强化和残余应力层要浅很多，但程度更为严重。影响零件的加工工艺、加工精度和使用但程度更为严重。影响零件的加工工艺、加工精度和使用性能。性能。解决方法解决方法：及时用金刚石工具修整砂轮，施加足够及时用金刚石工具修整砂轮，施加足够切削液，增加光磨次数。切削液，增加光磨次数。第四节第四节 普通刀具切削加工方法综述普通刀具切削加工方法综述 一、车削加工一、车削加工 （1）定义：工件旋转做主运动，车刀做进给运动的切削加工方）定义：工件旋转做主运动，车刀做进给运动的切削加工方法称为车削加工。法称为车削加工。（2）主要用来加工各种回转表面：外圆（含外回转槽）、内圆主要用来加工各种回转表面：外圆（含外回转槽）、内圆（含内回转槽）、平面（含台肩端面）、锥面、螺纹和滚花面等。（含内回转槽）、平面（含台肩端面）、锥面、螺纹和滚花面等。（3）可进行车削加工的机床：卧式车床、立式车床、转塔车床、）可进行车削加工的机床：卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、自动机床、数控机床、各种专用车床。仿形车床、自动机床、数控机床、各种专用车床。车削种类车削种类尺寸公差等级尺寸公差等级表面粗糙度表面粗糙度Ra 粗车粗车IT12IT112512.5m 半精车半精车IT10IT96.33.2m精车精车IT8IT7（外圆可达（外圆可达IT6）1.60.8m（精车有色金属可达（精车有色金属可达0.80.4m）1.车外圆车外圆 左偏刀左偏刀主要用于需要从左向右进给车削右边有直角轴主要用于需要从左向右进给车削右边有直角轴肩的外圆以及右偏刀无法车削的外圆。肩的外圆以及右偏刀无法车削的外圆。2.车孔车孔 3.车端面车端面 4.车锥面车锥面 种类种类规格规格说明说明应用应用莫氏莫氏圆锥圆锥0，1，2 6等等7个号个号0号尺寸最小（大端直径号尺寸最小（大端直径9.045mm），），6号最大（大端直号最大（大端直径径63.348mm）其中锥角）其中锥角/2/2 在在130130 左右左右车床主轴锥孔及车床主轴锥孔及顶尖、钻头、铰顶尖、钻头、铰刀的锥柄等刀的锥柄等 米制米制圆锥圆锥4，6，80，100，120，140，160，200共共8个号个号号数系指大端直径尺寸（号数系指大端直径尺寸（mm），），各号锥度固定不变，均为各号锥度固定不变，均为1：20同上同上专用专用圆锥圆锥1：4，1：12，1：50，7：24等等多用于机器零件或某些刀具的特殊部位。例如，多用于机器零件或某些刀具的特殊部位。例如，1：50圆锥用于圆锥定位销和锥铰刀，圆锥用于圆锥定位销和锥铰刀，7：24用于铣床用于铣床主轴锥孔及铣刀杆的锥柄。主轴锥孔及铣刀杆的锥柄。二、钻削加工二、钻削加工 （1）定义：用钻头或铰刀、锪刀在工件上加工孔的方法统称为）定义：用钻头或铰刀、锪刀在工件上加工孔的方法统称为钻削加工。钻削加工。（2）可进行钻削加工的机床：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、）可进行钻削加工的机床：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、车床、铣床、铣镗床等机床。车床、铣床、铣镗床等机床。1.钻孔钻孔 用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔。钻孔属于粗加工，用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔。钻孔属于粗加工，其尺寸公差等级为其尺寸公差等级为IT12IT11，表面粗糙度，表面粗糙度Ra 值为值为2512.5 m。（1）麻花钻头结构特点）麻花钻头结构特点 两个前刀面（螺旋槽）两个前刀面（螺旋槽）两个主后刀面两个主后刀面 两个副后刀面（棱边）两个副后刀面（棱边）两条主切削刃两条主切削刃 两条副切削刃两条副切削刃 一条横刃一条横刃（2）麻花钻加工特点：三差一大麻花钻加工特点：三差一大 刚度差刚度差（因为有两条又宽又深的螺旋槽）（因为有两条又宽又深的螺旋槽）导向性差导向性差（只有两条很窄的棱带与孔壁接触导向）（只有两条很窄的棱带与孔壁接触导向）切削条件差切削条件差（钻孔时，孔内的实体材料要全部变成卷曲（钻孔时，孔内的实体材料要全部变成卷曲的切屑，体积急剧膨胀。而钻孔又属于半封闭式切削，切的切屑，体积急剧膨胀。而钻孔又属于半封闭式切削，切削只能沿钻头的螺旋槽从孔口排出，致使切屑与孔壁剧烈削只能沿钻头的螺旋槽从孔口排出，致使切屑与孔壁剧烈摩擦，一方面划伤和拉毛已加工的孔壁，一方面产生了大摩擦，一方面划伤和拉毛已加工的孔壁，一方面产生了大量的切削热，半封闭切削又使切削液难以进入切削区域。）量的切削热，半封闭切削又使切削液难以进入切削区域。）轴向力大轴向力大（主要因为横刃的存在）（主要因为横刃的存在）另外，钻头的两条主切削刃手工刃磨难以准确对称，致另外，钻头的两条主切削刃手工刃磨难以准确对称，致使钻孔具有易引偏、孔径易扩大和孔壁质量差等工艺问题。使钻孔具有易引偏、孔径易扩大和孔壁质量差等工艺问题。（3）改进措施：）改进措施：修磨横刃，使其为原长的修磨横刃，使其为原长的1/51/7，增大该处前角，减少横刃，增大该处前角，减少横刃的的 不利影响。不利影响。直径大于直径大于15mm的钻头，磨分屑槽，切屑变窄便于排出。的钻头，磨分屑槽，切屑变窄便于排出。在两个主切削刃上磨出对称凹圆弧面，改善定心性能。在两个主切削刃上磨出对称凹圆弧面，改善定心性能。2.扩孔扩孔 用扩孔刀具扩大工件孔径的方法称为扩孔。扩孔所用机床与钻用扩孔刀具扩大工件孔径的方法称为扩孔。扩孔所用机床与钻孔相同。可用扩孔钻扩孔，也可用较大直径的麻花钻扩孔。扩孔钻孔相同。可用扩孔钻扩孔，也可用较大直径的麻花钻扩孔。扩孔钻的直径规格为的直径规格为10100mm，其中常用的是其中常用的是1550mm。直径小直径小于于15mm的一般不扩孔。扩孔的余量（的一般不扩孔。扩孔的余量（Dd）一般为孔径的）一般为孔径的1/8。可在一定程度上纠正原孔轴线偏斜，属于可在一定程度上纠正原孔轴线偏斜，属于半精加工半精加工，其尺，其尺寸公差等级为寸公差等级为IT10IT9，表面粗糙度，表面粗糙度Ra 值为值为6.33.2 m。3.铰孔铰孔 用铰刀在工件孔壁上切除微量金属层，以提高尺寸精度和降低用铰刀在工件孔壁上切除微量金属层，以提高尺寸精度和降低表面粗糙度的方法称为铰孔。铰孔所用机床与钻床相同。铰孔可加表面粗糙度的方法称为铰孔。铰孔所用机床与钻床相同。铰孔可加工圆柱孔和圆锥孔，可机铰和手铰，铰孔余量一般为工圆柱孔和圆锥孔，可机铰和手铰，铰孔余量一般为 0.050.25mm。铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度，而取决于铰刀铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度，而取决于铰刀的精度、安装方式以及加工余量、切削用量和切削液等条件。的精度、安装方式以及加工余量、切削用量和切削液等条件。因此，因此，铰孔时，应采用铰孔时，应采用较低的切速较低的切速，精铰，精铰V Vc c0.083m/s0.083m/s（即（即5m/min），），避免产生振动、积屑瘤和过多的切削热；宜选用避免产生振动、积屑瘤和过多的切削热；宜选用较大的进给量较大的进给量，要，要施加合适的切削液施加合适的切削液；机铰时铰刀与机床最好用浮动连接方式机铰时铰刀与机床最好用浮动连接方式，以避，以避免因铰刀轴线与被铰孔轴线偏移而使铰出的孔不圆，或使孔径扩大；免因铰刀轴线与被铰孔轴线偏移而使铰出的孔不圆，或使孔径扩大；铰孔之前最好同材料试铰一下，以确保铰孔质量。铰孔之前最好同材料试铰一下，以确保铰孔质量。4.锪孔锪孔 用锪钻（或带用刀具）加工平底和锥面沉孔的方法称为锪孔。用锪钻（或带用刀具）加工平底和锥面沉孔的方法称为锪孔。锪孔一般在钻床上进行。锪孔一般在钻床上进行。三、镗削加工三、镗削加工 镗刀旋转作主运动，工件或镗刀作进给运动的切削加工方法称镗刀旋转作主运动，工件或镗刀作进给运动的切削加工方法称为镗削加工。镗削加工主要在铣镗床、镗床上进行。为镗削加工。镗削加工主要在铣镗床、镗床上进行。铣镗床主要用于机座、箱体、支架等大型零件上孔和孔系的加工。铣镗床主要用于机座、箱体、支架等大型零件上孔和孔系的加工。此外还可加工外圆和平面，主要加工箱体和其他大型零件上与孔有此外还可加工外圆和平面，主要加工箱体和其他大型零件上与孔有位置精度要求，需要与孔在一次安装中加工出来的短而大的外圆和位置精度要求，需要与孔在一次安装中加工出来的短而大的外圆和端平面等端平面等。四、铣削加工四、铣削加工（1）定义：铣刀旋转作主运动，工件作进给运动的切削加工方法）定义：铣刀旋转作主运动，工件作进给运动的切削加工方法称为铣削加工。称为铣削加工。（2）铣削加工机床：可在卧式铣床（卧铣）、立式铣床（立铣）、）铣削加工机床：可在卧式铣床（卧铣）、立式铣床（立铣）、龙门铣床、工具铣床及各种铣床上进行。龙门铣床、工具铣床及各种铣床上进行。（3）加工对象：平面（水平面、垂直面、斜面）、）加工对象：平面（水平面、垂直面、斜面）、沟槽（直角槽、键槽、沟槽（直角槽、键槽、V形槽、燕尾槽、形槽、燕尾槽、T形槽、形槽、圆弧槽、螺旋槽）、成形面、孔（钻孔、扩孔、圆弧槽、螺旋槽）、成形面、孔（钻孔、扩孔、铰孔、铣孔）和分度工作。铰孔、铣孔）和分度工作。铣削种类铣削种类尺寸公差等级尺寸公差等级表面粗糙度表面粗糙度Ra 粗铣粗铣IT12IT112512.5m 半精铣半精铣IT10IT96.33.2m精铣精铣IT8IT73.21.6m（直线度可达（直线度可达0.080.12mm/m）1.铣平面：端铣、周铣和两种兼有铣平面：端铣、周铣和两种兼有2.铣沟槽：铣沟槽：五、刨削加工五、刨削加工1.定义：用刨刀对工件作水平相对直线往复运动的切削加工方法定义：用刨刀对工件作水平相对直线往复运动的切削加工方法称为刨削加工。称为刨削加工。2.铣削加工机床：铣削加工机床：牛头刨床牛头刨床：加工中小型工件：加工中小型工件 龙门刨床龙门刨床：加工大型工件或同时加工多个中型工件：加工大型工件或同时加工多个中型工件3.加工对象：加工对象：刨削种类刨削种类尺寸公差等级尺寸公差等级表面粗糙度表面粗糙度Ra 粗刨粗刨IT12IT112512.5m 半精刨半精刨IT10IT96.33.2m精刨精刨IT8IT73.21.6m（直线度可达（直线度可达0.040.08mm/m）4.刨削特点（与铣削相比较）刨削特点（与铣削相比较）：（1）加工质量一般同等级，精粗、精加工后均可达到中）加工质量一般同等级，精粗、精加工后均可达到中等等精度。但二者又略有区别，加工大平面时，刨削因无明精度。但二者又略有区别，加工大平面时，刨削因无明显接刀痕而优于铣削。显接刀痕而优于铣削。（2）生产率一般铣削高于刨削，）生产率一般铣削高于刨削，但加工窄长平面除外但加工窄长平面除外。（3）加工范围铣削比刨削广泛的多。）加工范围铣削比刨削广泛的多。（4）工时成本铣削高于刨削。）工时成本铣削高于刨削。（5）应用（生产批量）铣削比刨削）应用（生产批量）铣削比刨削 广泛。广泛。