外圆磨削的方法以及砂轮和磨削余量的选择技巧

外圆磨削的方法以及砂轮和磨削余量的选择技巧

外圆磨削是机械加工中常见的工艺之一，其方法的选择直接影响到加工效率和产品质量。本文详细介绍了外圆磨削的各种方法以及砂轮和磨削余量的选择技巧，对于从事机械加工和制造的工程师和技术人员具有较高的参考价值。

外圆磨削的形式

1. 中心型外圆磨削
2. 无心外圆磨削
3. 端面外圆磨削

外圆及台阶面的磨削方法

外圆磨削的方法

1. 纵向磨削法

纵向磨削法是最常用的磨削方法，磨削时，工作台作纵向往复进给，砂轮作周期性横向进给，工件的磨削余量要在多次往复行程中磨去。

纵向磨削法（简称纵向法）的特点：

1. 在砂轮整个宽度上，磨粒的工作情况不一样，砂轮左端面（或右端面）尖角负担主要的切削作用，工件 部分磨削余量均由砂轮尖角处的磨粒切除，而砂轮宽度上绝大部分磨粒担负减少工件表面粗糙度值的作用。纵向磨削法磨削力小，散热条件好，可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。

2. 劳动生产率低。

3. 磨削力较小，适用于细长、精密或薄壁工件的磨削。

4. 切入磨削法

切入磨削法又称横向磨削法。被磨削工件外圆长度应小于砂轮宽度，磨削时砂轮作连续或间断横向进给运动，直到磨去全部余量为止。砂轮磨削时无纵向进给运动。粗磨时可用较高的切入速度；精磨时切入速度则较低，以防止工件烧伤和发热变形。

切入磨削法（简称切入法）的特点：

1. 整个砂轮宽度上磨粒的工作情况相同，充分发挥所有磨粒的磨削作用 同时，由于采用连续的横向进给，缩短磨削的基本时间，故有很高的生产效率。

2. 径向磨削力较大，工件容易产生弯曲变形，一般不适宜磨削较细的工件。

3. 磨削时产生较大的磨削热，工件容易烧伤和发热变形。

4. 砂轮表面的形态（修整痕迹）会复制到工件表面，影响工件表面粗糙度。为了消除以上缺陷，可在切入法终了时，作微小的纵向移动。

5. 切入法因受砂轮宽度的限制，只适用于磨削长度较短的外圆表面。

6. 分段磨削法

分段磨削法又称综合磨削法。它是切入法与纵向法的综合应用，即先用切入法将工件分段进行粗磨，留0.030.04mm余量，最后用纵向法精磨至尺寸。这种磨削方法即利用了切入法生产效率高的优点，又有纵向法加工精度高的优点。分段磨削时，相邻两段间应有510mm的重叠。这种磨削方法适合于磨削余量和刚性较好的工件，且工件的长度也要适当。考虑到磨削效率，应采用较宽的砂轮，以减小分段数。当加工表面的长度约为砂轮宽度的2~3倍时为最佳状态。

4. 深度磨削法

这是一种用的较多的磨削方法，采用较大的背吃刀量在一次纵向进给中磨去工件的全部磨削余量。由于磨削基本时间缩短，故劳动生产率高。

深度磨削法的特点：

1. 适宜磨削刚性好的工件
2. 磨床应具有较大功率和刚度。
3. 磨削时采用较小的单方向纵向进给，砂轮纵向进给方向应面向头架并锁紧尾座套筒，以防止工件脱落。砂轮硬度应适中，且有良好的磨削性能。

台阶面的磨削方法

工件的台阶面可在磨好外圆以后，用手移动工作台借砂轮端面磨出。磨削时，需将砂轮横向稍微退出一些，手摇工作台，待砂轮与工件端面接触后，作间断的进给，并注意浇注充分的切削液，以免烧伤工件。通常可将砂轮端面修成内凹形，以减少砂轮与工件的接触面积，提高磨削质量。

磨削台阶面，砂轮受着很大的侧面压力，因此，操作时要细心地移动工作台，当工件端面与砂轮接触后，可用手轻轻敲打纵向进给手轮，是进给量小而均匀。

外圆砂轮的选择

1. 合理选择砂轮的原则

砂轮的选择，不但影响工件的加工精度和表面质量，而且还影响砂轮的损耗、使用寿命、生产效率和生产成本。要达到合理选择砂轮的目的应遵守以下几项基本原则：

1. 磨粒应具有较好的磨削性能。

2. 砂轮在磨削时应具有合适的“自锐性”。

3. 砂轮不宜磨钝，有较长的使用寿命。

4. 磨削时产生较小的磨削力。

5. 磨削时产生较小的磨削热。

6. 能达到较高的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）。

7. 能达到较小的表面粗糙度值。

8. 工件表面不产生烧伤和裂纹。

9. 外圆砂轮主要特性的选择

外圆砂轮一般为中等组织的平形砂轮，而砂轮尺寸则按机床规格选用。外圆砂轮主要特性的选择包括磨粒、硬度和粒度的选择。

1. 磨料的选择：磨料的选择主要与被加工工件的材料和热处理方法相对应。各种人造磨料中以棕刚玉和白刚玉最常用。
2. 硬度的选择：除应遵循硬度选择的一般原则外，主要还应考虑对砂轮“自锐性”和微刃的等高性两方面的影响。
3. 粒度的选择：砂轮磨粒的粗细程度直接影响到工件表面的粗糙度和砂轮的磨削性能。精磨时应选择较细的粒度；粗磨时则相反。磨削容易变形的工件时，粒度也要选的粗些。

磨削余量及磨削用量的选择

1. 磨削余量分配

合理确定磨削余量对提高生产效率和保证工件质量均有重要作用。确定磨削余量时要考虑一系列因素，如零件的形状、尺寸、技术要求、工艺顺序、热处理方法、采用的加工方法、设备情况等。一般原则如下：

1. 工件形状复杂、技术要求高、工艺顺序复杂时，磨削余量应较大，如高精度机床主轴和套筒等零件。

2. 工件细长或薄壁，磨削余量应大些。

3. 需要经过热处理的工件，考虑到热处理变形，磨削余量应大些。

4. 工件尺寸越大，加工的误差因素就越多，由于磨削力、内应力引起变形的可能性增加，应相应增大余量。

5. 磨削余量按粗磨、半精磨、精磨、精密磨顺序递减。

6. 外圆磨削用量选择

磨削用量的选择对工件表面粗糙度、加工精度、生产率和工艺成本均有影响。

1. 砂轮圆周速度的选择：砂轮圆周速度增加时，磨削生产率明显提高；同时由于每颗磨粒切下的磨削厚度减小，使工件表面粗糙度值减小，磨粒的负荷降低。一般外圆磨削Vs=35m/s，高速外圆磨削Vs=45m/s。高速磨削要采用高强度的砂轮。
2. 工件圆周速度的选择：工件圆周速度增加时，砂轮在单位时间内切除的金属量增加，从而可提高磨削生产率。但是随着工件圆周速度的提高，单个磨粒的磨削厚度增大，工件表面的塑性变形也相应的增大，使表面粗糙度值增大。一般Vw应与Vs保持适当的比例关系。外圆磨削取Vw=13~20m/min。
3. 背吃刀量的选择：背吃刀量增大时，生产率提高，工件表面粗糙度值增大，砂轮易变钝。一般ap=0.01~0.03mm，精磨时ap<0.01mm。
4. 纵向进给量的选择：纵向进给量对加工的影响与背吃刀量相同。粗磨时f=（0.40.8）B，精磨时f=（0.20.4）B，式中B为砂轮宽度。

定位基准及夹具的使用

1. 定位基准的概念

基准是零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的点、线、面。用于定位的基准称定位基准。定位是指确定零件正确位置的过程。外圆磨削的轴类零件上都设置两中心孔。通常，轴采用两顶尖装夹，它的定位基准是两个中心孔所构成的中心轴线，工件旋转成形为一个圆柱面。

2. 中心孔

一般的轴类零件上考虑外圆磨削工艺，在零件图上都附加设计中心孔为定位基准。常见的中心孔有两种标准。A型中心孔为，60°圆锥是中心孔的工作部分，由顶尖的60°圆锥支承，起定中心的作用，同时承受磨削力和工件的重力。60°圆锥的前端面小圆柱孔可储存润滑剂，以减少在磨削时，顶尖与中心孔间的摩擦。B型中心孔，具有120°保护圆锥，它可保护60°圆锥边缘免受碰伤，常见于精度高且加工工序很长的工件。

3. 对中心孔的技术要求

4. 60°圆锥的圆度公差为0.001mm。

5. 60°圆锥面由量规涂色法检验，接触面应大于85％。

6. 两端中心孔的同轴度公差为0.01mm。

7. 圆锥面的表面粗糙度为Ra0.4μm或更小，不能有毛刺，碰伤等缺陷。

为满足对中心孔的要求，可用以下方法修研中心孔：

1. 用油石、橡胶砂轮修研中心孔

2. 用铸铁顶尖研磨中心孔

3. 用成形内圆砂轮修磨中心孔

4. 用四棱硬质合金顶尖挤压中心孔

5. 用中心孔磨床磨削中心孔

6. 顶尖

顶尖的柄部为莫氏锥体，顶尖尺寸用莫氏锥度表示，如Morse No.3顶尖等。顶尖是通用夹具，广泛地用于外圆磨削中。

5. 各种心轴

心轴是用于装夹套类零件的专用夹具，以满足零件外圆磨削的精度要求。

常用量具及其使用

1. 游标卡尺的读数

游标卡尺由量爪、尺身、游标深度尺、紧固螺钉组成。

2. 千分尺的读数

千分尺由尺架、测砧、测微螺杆、锁紧装置、固定套筒、微分筒、测力装置等组成。使用前应清理千分尺的测量面并校对千分尺的零位。测量时要注意掌握正确的测量姿势。