了解磨床的磨削概念為設計磨床提供基礎和注意面

　　一、光滑表面的形成

　　在磨削過程中，磨具（砂輪）與工件雙方既斗爭而又相互依賴，構成了磨削加工。現以一般外圓磨削為例，砂輪除作高速旋轉（一般v=35m/s左右）外，又定期作橫向進給，工件一面旋轉，一面作縱向往復運動。加工時砂輪對工件表面進行“切除”，而工件由于內部分子的結合力反抗砂輪的“切除”，這樣，“切除”與“反切除”斗爭的結果，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。在這一過程中，砂輪是矛盾的主要方面。

　　砂輪的結構，它是由磨料、結合劑組成，在磨料和結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。對于每一個顆粒，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，在砂輪高速旋轉下，主攻切入工件表面的，因此說砂輪是矛盾的主要方面。整個磨削加工也可以說是一種多刀多刃的高速切削方法。

　　在磨削過程中，上述磨粒切刃（微刃）是不斷發生變化的，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）；繼續磨損后完全變鈍，稱為鈍化期（這時必須重新修整砂輪）。

　　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。對于一般磨削，其光滑表面的形成，砂輪可當作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒就相當于一個刀齒，每一個粒尖就相當于一個刀刃。但它與銑刀又有不同的地方，就是砂輪有無數的刀齒，且刀齒的排列和刀齒的角度都是極不規則的，例如“刀齒”的前角有正有負，并且大小不一。高速旋轉的每一個“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熱而產生火花。這樣無數磨粒切削的結果，就把工件表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。

　　對于精密磨削、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。高光潔度磨削是由砂輪通過精細修整后形成等高的微刃切削作用和適當接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。

　　用經過精細修整后的粗粒度砂輪進行磨削時，微刃切削能力強，主要由微刃切削作用使工件形成光滑表面。當用細粒度樹脂結合劑砂輪經驚喜修整磨削時，微刃切削作用減弱了，在適當的接觸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過驚喜修整，借助登高的微刃切削作用和一定摩擦拋光作用，進行精密磨削和超精磨削。由于它生產率高，操作簡便，不需經常調換砂輪，是高光潔度磨削的方向。但目前對于鏡面磨削，一般采用細粒度砂輪，并通過精細修整登高的半鈍態微刃，在適當接觸壓力下，進行充分的磨床拋光作用來達到的。

　　二、工件表面質量的評定及影響的因素

　　1、工件表面質量的評定

　　工件磨削后的表面質量，主要以表面光潔度的高低和表面缺陷來評定。根據國家標準規定，評定表面光潔度有兩個參數，即不平度平均高度；不平度算數平均偏差值。

　　在磨削過程中，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生各種缺陷。特別是高光潔度磨削，由于工件表面質量要求高，因此缺陷就顯得更突出了。現將生產實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看，周邊呈現近似正弦波的曲線，亦稱多角形或多棱形。

　　(2)螺旋形：在工件表面上出現一條很淺的螺旋線痕跡，其痕跡距離等于工件每轉的縱進給量。這也是在高光潔度磨削過程中，特別容易出現的缺陷。

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

　　(4)表面燒傷：可分螺旋線燒傷和點線形燒傷，燒傷痕跡一般都比較深。

　　2、影響磨削表面質量的因素

　　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量。雖然產生的原因是多種多樣的，但歸結起來不外乎下述三個主要因素：砂輪特性、工藝參數和機床條件。但決定的因素還是操作機床的人，在實踐中認真總結經驗，掌握機床和工藝的客觀規律，就能控制這些缺陷，采取措施防止它的產生。

　　三、磨削過程的特點

　　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。我們的任務是設計磨床，因此首先需要認識磨削過程的特點，了解它、掌握它，采取相應的措施，“用不同的方法去解決不同的矛盾”，更好地完成設計任務。

　　下面就來具體分析磨削過程的一些特點：

　　1、在磨削過程中，由于砂輪以很高的速度旋轉，離心力很大，若砂輪的質量不好或安排不妥，易造成砂輪碎裂產生事故，必須特別引起重視，因此在設計時要考慮可靠的防護設備。工件在磨削過程中，往往由于砂輪結構不均勻，引起砂輪高速旋轉的不平衡，產生振動，影響工件表面質量和機床的使用壽命，嚴重時也會引起砂輪碎裂。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，露出新的磨粒，使磨削加工能繼續正常進行。但由于磨削過程復雜，如磨屑、破碎了的小磨粒以及結合劑等，會塞住砂輪的孔隙，使砂輪切削性能降低，嚴重的甚至可能使砂輪工作表面被破壞，特別對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，還必須靠人工進行修整，所以應具備砂輪修整器。

　　3、在磨削過程中，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果，會產生大量的切削熱，其溫度可達1000℃以上，這超過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生氧化作用，產生常見的火花。在這樣高的溫度作用下，會使工件材料的性能和硬度改變，影響質量。同時工件的內部和表面有很大的溫差，特別是對導熱性能較差的材料，溫差更大，將產生磨削應力，可能使工件發生裂紋。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，以提高表面質量，在設計磨床時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”，多半是負前角和小后角。且其刃口又非絕對尖銳，所以工件表面產生很大的變形和摩擦，特別是磨粒變鈍、磨屑很薄、負前角大時，金屬變形更加嚴重，這樣使被加工工件表面產生硬化現象。由于“刀齒”是負前角，所以磨削過程中工件收到很大的徑向力的作用，使工件發生彎曲，影響工件的精度，特別是磨削細長的工件造成直徑誤差更大，因此在設計磨削圓柱類工件的磨床時，不能忽視中心架的問題。