磨削加工技术：外圆磨削与无心内圆磨削

1.磨削加工的特点

与其他加工方法相比，磨床加工有以下工艺特点：

（1）磨削加工精度高。由于去除余量少，一般磨削可获得IT7～IT5级精度，表面粗糙度低，磨削中参加工作的磨粒数多，各磨粒切去切屑少，故可获得较小的表面粗糙度值Ra1.6～0.2 μm，若采用精磨、超精磨等，将获得更低表面粗糙度。

（2）磨削加工范围广。磨削加工可适应各种表面，如内外圆表面、圆锥面、平面、齿轮齿面、螺旋面及各种成形面的加工；同时，磨削加工可适应多种工件材料，尤其是采用其他普通刀具难切削的高硬、高强材料，如淬硬钢、硬质合金、高速钢等。

（3）砂轮具有一定的自锐性。磨粒硬而脆，它可在磨削力作用下破碎、脱落、更新切削刃，保持刀具锋利，并在高温下仍不失去切削性能。

（4）磨削速度高，过程复杂，消耗能量多，切削效率低；磨削温度高，会使工件表面产生烧伤、残余应力等缺陷。

2.磨削加工方法及应用

磨削加工的适应性很广，几乎能对各种形状的表面进行加工。按工件表面形状和砂轮与工件间的相对运动，磨削可分为外圆磨削、内圆磨削、平面磨削及无心磨等几种主要加工类型。

（1）外圆磨削。外圆磨削是以砂轮旋转作主要运动，工件旋转、移动（或砂轮径向移动）作进给运动，对工件的外回转面进行的磨削加工，它能磨削圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面及特殊形状的外表面，如图7-48所示。按不同的进给方向，又有纵磨法和横磨法之分。

图7-48　外圆磨削工艺范围

（a）纵磨法磨光滑外圆面；（b）纵磨法磨光滑外圆锥面；（c）混合磨法磨带端面的外圆面；（d）横磨法磨段外圆面；（e）横磨法磨成形面；（f）纵磨法磨光滑锥台面；（g）横磨法磨轴肩及外圆面

①纵磨法。采用纵磨法磨外圆时，以工件随工作台的纵向移动作进给运动（见图7-48（a）），每次单行程或往复行程终了时，砂轮做周期性的横向切入进给，逐步磨出工件径向的全部余量。纵磨法每次的切入量少，磨削力小，散热条件好，且能以光磨的次数来提高工件的磨削精度和表面质量，是目前生产中使用最广泛的一种外圆磨削方法。

②横磨法。采用横磨法磨外圆时，砂轮宽度大于工件磨削表面宽度，以砂轮缓慢连续（或不连续）地沿工件径向的移动作进给运动，工件则不需要纵向进给（图7-48（d）），直到达到工件要求的尺寸为止。横磨法可在一次行程中完成磨削过程，加工效率高，常用于成形磨削（图7-48（e）和图7-48（g））。横磨法中砂轮与工件接触面积大，磨削力大，因此，要求磨床刚性好，动力足够；同时，磨削热集中，需要充分的冷却，以免影响磨削表面质量。

③无心外圆磨削。无心磨外圆时，工件不用夹持于卡盘或支承于顶尖，而是直接放于砂轮与导轮之间的托板上，以外圆柱面自身定位，如图7-49所示。磨削时，砂轮旋转为主运动，导轮旋转带动工件旋转和工件轴向移动（因导轮与工件轴线倾斜一个α角度，旋转时将产生一个轴向分速度）为进给运动，对工件进行磨削。

图7-49　无心外圆磨削

（a）贯穿磨法；（b）贯穿磨法；（c）切入磨法
1—滚轮；2—压紧轮；3—工件；4—导轮(www.xing528.com)

无心磨外圆也有贯穿磨法（图7-49（a）和图7-49（b））和切入磨法（图7-49（c））。贯穿磨法使用于不带台阶的光轴零件，加工时工件由机床前面送至托板，工件自动轴向移动磨削后从机床后面出来；切入磨法可用于带台阶的轴加工，加工时先将工件支承在托板和导轮上，再由砂轮做横向切入磨削工件。

无心外圆磨是一种生产率很高的精加工方法，且易于实现生产自动化，但机床调整费时，故主要用于大批量生产。由于无心磨以外圆表面自身作定位基准，故不能提高零件位置精度。当零件加工表面与其他表面有较高的同轴要求或加工表面不连续（例如有长键槽）时，不宜采用无心外圆磨削。

（2）内圆磨削。

①普通内圆磨削。普通内圆磨削的主运动仍为砂轮的旋转，工件旋转为圆周进给运动，砂轮（或工件）的纵向移动为纵向进给。同时，砂轮做横向进给，可对零件的通孔、盲孔及孔口端面进行磨削，如图7-50所示。内圆磨削也有纵磨法与切入法之分。

②无心内圆磨削。无心内圆磨削时，工件同样不用夹持于卡盘，而直接支承于滚轮1和导轮3上，压紧轮2使工件紧靠轮1、轮3两轮，如图7-51所示。磨削时，工件由导轮带动旋转做圆周进给，砂轮高速旋转为主运动，同时做纵向进给和周期性横切入进给。磨削后，为便于装卸工件，压紧轮向外摆开。无心内圆磨削适合于大批量加工薄壁类零件，如轴承套圈等。

与外圆磨削相比，因受孔径限制，砂轮及砂轮轴直径大，转速高，砂轮与工件接触面积大，发热量大，冷却条件差，工件易热变形；砂轮轴刚度差，易振动和弯曲变形。因此，在类似工艺条件下内圆磨的质量会低于外圆磨。生产中常采用减少横向进给量、增加光磨次数等措施来提高内孔磨削质量。

（3）平面磨削。平面磨削的主运动虽是砂轮的旋转，但根据砂轮是利用周边还是利用端面对工件进行磨削，有不同的磨削形式；另外，根据工件是随工作台做纵向往复运动还是随转台做圆周进给，也有不同的磨削形式，如图7-52所示。砂轮沿轴向做横向进给，并周期性地沿垂直于工件磨削表面方向做进给，直至达到规定的尺寸要求。

图7-52（a）和图7-52（b）所示为利用砂轮周边磨削工件，砂轮工件接触面积小、磨削好、排屑好，工件受热变形小，砂轮磨损均匀，加工精度高；但砂轮因悬臂而刚性差，不利于采用大用量，故生产率低。图7-52（c）和图7-52（d）所示为利用砂轮端面磨削工件，砂轮工件接触面积大，主轴轴向受力，刚性好，可采用较大用量，生产率高。但磨削力大，生热多，冷却、排屑条件差，工件受热变形大，而且砂轮端面各点因线速度不同，砂轮磨损不均匀，故这种磨削方法加工精度不高。

图7-50　内圆磨削工艺范围

（a）纵磨法磨内孔；（b）切入法磨内孔；（c）磨端面

图7-51　无心内圆磨削的工作原理

1—滚轮；2—压紧轮；3—导轮