如圖1所示。 通常，使用磨料進(jìn)行加工的稱(chēng)為磨床。常用的磨具有固結(jié)磨具（如砂輪、油石等）和涂層磨具（如砂帶、砂布等）。根據(jù)加工目的不同，磨床可分為外圓磨床、內(nèi)圓磨床和平面磨床。

圖 1 磨削

砂輪的特征要素

砂輪是由一定比例的高硬度顆粒磨料和結(jié)合劑壓制燒結(jié)而成的多孔體。砂輪和砂輪的選擇是否合理非常重要。砂輪能否達(dá)到較高的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率是其性能的主要因素。它取決于砂輪的磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸等因素。這些被稱(chēng)為砂輪的特征元素。如圖2所示。

圖2 砂輪

磨粒的切割過(guò)程

磨削過(guò)程的本質(zhì)（如圖3所示）是一個(gè)切削、劃痕和摩擦拋光的綜合過(guò)程，從中可以獲得更小的表面粗糙度。切削在粗磨中起主要作用，而在精磨中切削和摩擦拋光并存。

(1)砂輪表面突出高度較高、刃口較鋒利的磨粒切入工件較深，產(chǎn)生切屑，起到切削作用(圖a)。

(2)小而鈍的磨粒只能在工件表面刻畫(huà)出細(xì)小的凹槽，將工件材料向兩側(cè)推起隆起。此時(shí)，沒(méi)有明顯的切屑產(chǎn)生，只有劃痕效果（圖b）。

(3)凹形磨粒與鈍化磨粒相比，既不切割也不雕刻，只能跳過(guò)工件表面，起到摩擦拋光的作用（圖c）。

圖3 磨粒磨削過(guò)程

磨削技術(shù)特點(diǎn)

高精度和低表面粗糙度

磨削時(shí)，砂輪表面的切削刃多，刃弧半徑小。磨料更鋒利

切削刃可以切削很薄的一層金屬，切削厚度可以小到幾微米，這是精密加工的必要條件之一。

用于磨削的磨床比一般切削機(jī)床具有更高的精度、更好的剛性和穩(wěn)定性，并帶有微進(jìn)給機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行微切削，從而保證精密加工的實(shí)現(xiàn)。

磨削時(shí)，切削速度非常高。當(dāng)磨粒以高切削速度從工件表面切下時(shí)，有許多切削刃可供切削。每個(gè)磨邊只從工件上切下極少量的金屬，殘留區(qū)域的高度很小，有利于形成光滑的表面。

加工精度為IT7-IT6，表面粗糙度Ra值為0.2-0.8M。

砂輪具有自銳效果

在磨削過(guò)程中，砂輪的自銳作用是其他刀具所沒(méi)有的一般刀具的刃口。如果發(fā)生鈍性損壞，切割將無(wú)法繼續(xù)，必須更換或重新研磨。由于砂輪的自銳性，磨?？梢郧懈畛鋈锌诟h利的零件。在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)將這一原理用于連續(xù)磨削，以提高磨削效率。

在磨削過(guò)程中，在高速、高壓、高溫的作用下，磨料會(huì)逐漸磨損，變圓變鈍。圓磨具和鈍磨具的切削能力會(huì)下降，而作用在磨具上的力會(huì)不斷增加。當(dāng)此力超過(guò)磨料強(qiáng)度極限時(shí)，磨粒會(huì)破碎并產(chǎn)生新的鋒利棱角，以代替舊的圓鈍磨粒進(jìn)行磨削；當(dāng)這個(gè)力超過(guò)砂輪結(jié)合劑的結(jié)合力時(shí)，圓鈍的磨粒就會(huì)從砂輪表面脫落，露出一層新銳利的磨粒，繼續(xù)磨削。

背磨力Fp較大

圖 4 總磨削力及其分解

如圖4所示，磨削時(shí)砂輪作用在工件上的力為總磨削力F。F可分解為三個(gè)垂直力，即磨削力Fc、背向力Fp和進(jìn)給磨削力Ff。在磨削中，由于反進(jìn)給量小，磨削力Fc較小，進(jìn)給磨削力Fc較小，一般可以忽略不計(jì)。但是背磨力Fp非常大。

這是因?yàn)樯拜喌膶挾容^大，磨粒以較大的負(fù)前角切削。在刀具的切削過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)切削力Fc最大，而磨削中背磨削力Fp最大，這是磨削的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

影響：fp作用于砂輪進(jìn)入方向，砂輪以很大的力推動(dòng)工件，加速砂輪鈍化，造成砂輪軸及工件彎曲變形，工件易產(chǎn)生圓柱度誤差，直接影響工件的形狀精度和表面質(zhì)量，如圖5所示。

圖 5 磨削前后的工件變形

解決方法：為消除或減少由Fp引起的形狀誤差，我們采用精磨，增加拋光次數(shù)，或使用輔助支撐。

修光：當(dāng)工件磨削接近最終尺寸（余量通常為0.005-0.01mm）時(shí)，不再用刀磨。拋光可以提高工件的形狀精度，降低表面粗糙度。研磨質(zhì)量隨著研磨次數(shù)的增加而提高。

研磨溫度高

磨削速度高，比一般切削快1020倍，為負(fù)前角切削。在如此高的切削速度下，磨削、打滑、劃傷和切削三個(gè)階段消耗的能量極大，摩擦嚴(yán)重。局部轉(zhuǎn)化為熱量，加上磨料較多，而且由于砂輪本身的傳熱很差，大量的磨削熱不能在短時(shí)間內(nèi)散發(fā)出去，磨削區(qū)形成瞬間高溫，大部分磨削熱量將傳遞到零件。一般80%的切削熱傳遞給工件（刀具小于20%），瞬間聚集在工件表面，形成較大的溫度梯度。工件表面溫度可高達(dá)1000℃，而1mm以下的表層接近室溫。當(dāng)局部溫度很高時(shí)，表面容易發(fā)生熱變形，甚至燒傷。因此，應(yīng)使用大量切削液來(lái)降低磨削溫度。

表面變形強(qiáng)化和嚴(yán)重的殘余應(yīng)力

與刀具切削相比，磨削的表面變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力層要淺得多，但程度要嚴(yán)重得多。零件的加工工藝、精度和性能都會(huì)受到影響。

解決方法：及時(shí)用金剛石工具修整砂輪，涂抹足夠的切削液，增加拋光次數(shù)。

磨削應(yīng)用

1）外圓磨削：

一般在普通外圓磨床或萬(wàn)能外圓磨床上，外圓磨削有立式、臥式、綜合、深磨等方法。

縱向磨削法

主要運(yùn)動(dòng)：砂輪高速旋轉(zhuǎn)

圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件和磨床的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；

水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：砂輪周期性橫向進(jìn)給。

特點(diǎn)：磨削量小，磨削力小，發(fā)熱少，散熱條件好。良好的加工精度和表面質(zhì)量。適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)率低。

應(yīng)用：?jiǎn)渭∨可a(chǎn)，精磨，尤其是細(xì)長(zhǎng)軸的磨削。它在實(shí)踐中使用最多。

橫向磨削法

切削運(yùn)動(dòng)：工件不作縱向移動(dòng)，砂輪以低速連續(xù)橫向進(jìn)給。

特點(diǎn)：生產(chǎn)率高。工件與砂輪接觸面積大，磨削力較大，熱量較多，磨削溫度較高，工件容易變形和燒傷。

應(yīng)用：批量和大批量生產(chǎn)，尤其是工件的成型表面。工件加工面較窄，剛性較好。軸磨。

綜合研磨法

首先，用十字磨削法對(duì)工件表面進(jìn)行粗磨。相鄰兩段之間有5-10mm的搭接，工件上留有0.0l-0.03mm的余量。然后，通過(guò)縱向磨削方法對(duì)工件進(jìn)行細(xì)磨。

綜合了橫向磨削和縱向磨削的優(yōu)點(diǎn)。

深磨

磨削時(shí)以較小的縱向進(jìn)給量和較大的反向進(jìn)給量（一般為0.3mm左右）一次將所有余量去除。

前錐面粗磨，圓柱部分精磨拋光。

應(yīng)用：在大批量生產(chǎn)中，加工剛度較大的工件，加工面兩端相距較遠(yuǎn)，讓砂輪切入切出。

2）在無(wú)心外圓磨床上磨外圓

圖 7 無(wú)心外圓磨削

磨削時(shí)，工件放在兩個(gè)砂輪之間，由下面的支架支撐，沒(méi)有頂部支撐。較小的由橡膠粘合劑制成，磨粒較粗。它被稱(chēng)為導(dǎo)向輪。另一種用于磨削工件，稱(chēng)為砂輪。導(dǎo)輪軸相對(duì)砂輪軸傾斜一個(gè)角度，旋轉(zhuǎn)速度比砂輪慢很多，靠摩擦力帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。工件一方面旋轉(zhuǎn)做圓周進(jìn)給，另一方面做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖7所示。

無(wú)心外圓磨床特點(diǎn)：

工件兩端無(wú)需預(yù)先打中心孔，安裝更方便。

機(jī)床調(diào)整后可連續(xù)加工，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。

工件夾在兩個(gè)砂輪之間，不會(huì)因背磨力而彎曲，有利于細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的磨削。

無(wú)心外圓磨削要求工件的外表面在圓周上必須是連續(xù)的。如果圓柱面上有較長(zhǎng)的鍵槽或平面，導(dǎo)輪就不能帶動(dòng)工件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不能磨削。

由于工件支撐在支架上并定位在其自身的圓柱面上，如果對(duì)帶孔的工件進(jìn)行磨削，則不能保證圓柱面與孔的同軸度。

無(wú)心外圓磨床的調(diào)整比較復(fù)雜。

3) 孔的研磨

它既可以在內(nèi)圓磨床上進(jìn)行，也可以在萬(wàn)能外圓磨床上進(jìn)行?？杉庸A柱孔、圓錐孔及成型內(nèi)表面等。磨削工藝：

縱向磨圓柱孔時(shí)，工件裝在卡盤(pán)上，沿軸線作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。砂輪高速旋轉(zhuǎn)并周期性水平進(jìn)給。

如果磨出錐形孔，則只有磨床頭架錐形角的一半水平偏斜。

4) 平面磨削

周邊磨削：用砂輪的外表面進(jìn)行磨削。

特點(diǎn)：砂輪與工件接觸面積小，散熱、冷卻和排屑性好，加工質(zhì)量高。

應(yīng)用：加工質(zhì)量要求高的工件。

設(shè)備：水平軸平面磨床。

端面磨削：用砂輪端面磨削。

特點(diǎn)：磨頭伸出長(zhǎng)度更短，剛性更好。允許使用更大的研磨劑量，具有更高的生產(chǎn)率。但砂輪與工件接觸面積大，發(fā)熱大，冷卻困難，加工質(zhì)量低。

應(yīng)用：對(duì)質(zhì)量要求不高的工件，以銑削代替磨削前的預(yù)處理。

設(shè)備：立軸平面磨床。

磨削發(fā)展方向

高精度小粗糙度磨削

如精密磨削、超精密磨削、鏡面磨削。

要求：磨床精度、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、工藝參數(shù)合理、砂輪精修。磨削工藝：磨削時(shí)，磨粒的微刃在工件表面切出微屑。同時(shí)，在適當(dāng)?shù)哪ハ鲏毫ο?，借助半鈍微刃，在工件表面產(chǎn)生摩擦拋光效果，從而達(dá)到高精度和小表面粗糙度。

高速磨削

磨削速度VC（>50m/s）。通過(guò)提高工件速度來(lái)提高金屬去除率和生產(chǎn)率。由于磨削速度高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)磨削區(qū)的磨粒數(shù)量增加，每個(gè)磨粒的切削層厚度會(huì)變薄，降低切削負(fù)荷，磨削的耐久性車(chē)輪將得到顯著改善。

由于每個(gè)磨料的切削層厚度小，工件表面殘留區(qū)域的高度小，

高速磨削時(shí)磨料劃傷形成的隆起高度也較小，因此磨削面的粗糙度較小。而高速磨削的反力相應(yīng)減小，有利于保證工件（尤其是剛度較差的工件）的加工精度。

強(qiáng)力研磨

以大后進(jìn)給和小縱向進(jìn)給速度進(jìn)行磨削，也稱(chēng)為慢進(jìn)深磨削或深磨削。適用于加工各種異形表面和凹槽，特別適用于磨削難加工材料（如耐熱合金）。它可以直接從鑄鍛件毛坯上磨出所需的零件，大大提高了生產(chǎn)率。無(wú)論是高速磨削還是強(qiáng)力磨削，都對(duì)機(jī)床、砂輪和冷卻方式提出了更高的要求。

砂帶磨削

設(shè)備一般比較簡(jiǎn)單。皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)是主要運(yùn)動(dòng)。工件由傳送帶送入。工件通過(guò)托板上方的磨削區(qū)，即加工完成。

砂帶磨削因其生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好、易于磨削復(fù)雜表面而成為磨削的發(fā)展方向之一。