第四章 磨削加工
第一节 外圆磨削
外圆磨削是磨工最基本的工作内容之一，常用来磨削轴、套筒与其他类型的外圆柱面，以及台阶的端面。磨后的尺寸公差等级可达IT7~IT6级，表面粗糙度达Ra0.8~0.2um。
外圆磨削的形式主要有普通外圆磨削、端面外圆磨削和无心外圆磨削三种（如图5-4-1）。
图5-4-1 外圆磨削的形式
a）普通外圆磨削 b）端面外圆磨削 c）无心外圆磨削
常用的外圆磨削方法有：纵向磨削法、切入磨削法、分段磨削法和深切缓进磨削法等。磨削时可根据工件形状、尺寸、磨削余量及加工要求选择合适的方法。
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一、纵向磨削法
纵向磨削法是最常用的外圆磨削法。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除。若每纵向往复运动一次，作一次横向进给，磨去一部分余量，称为单进给；若在每往、返行程时，各作一次横向进给，称为双进给。最终的表面粗糙度和几何精度则靠光磨来保证。砂轮超越工件两端的长度一般取砂轮宽度B的1/3~1/2（图5-4-2a）。这个长度不宜过大，如果太大，工件两端直径会被磨小。若磨削轴肩旁外圆时，要使工作台停留片刻，以防出现凸缘或锥度（图5-4-2b）。最终的“光磨”是为了降低工件表面粗糙度值，提高工件表面的几何精度，对尺寸的影响甚小。光磨的方法是在不作横向进给的情况下，工作台作纵向运动。
图5-4-2 纵向磨削法
1.纵向磨削法的特点
（1）纵向磨削时，在砂轮的整个宽度上，磨粒的工作状况不同。砂轮的左端面（或右端面）尖角担负主要的切削作用，切除工件绝大部分余量，而砂轮宽度上大部分磨粒则担负减小工件表面粗糙度值的作用。纵向磨削法产生的磨削力和磨削热较小。如适当增加“光磨”时间，可进一步提高加工质量。
（2）被吃刀量较小。由于工件的磨削余量需经多次纵向进给切除，故机动时间较长，生产效率较低。
（3）由于磨削力和磨削热较小，故适于加工细长、精密或薄壁的工件。
2.磨削用量的选择 合理选择磨削用量对工件的加工精度、表面粗糙度、生产效率和制造成本均有很大的影响。
（1）砂轮圆周速度的选择 砂轮圆周速度增加时，磨削生产率会明显提高，同时由于每颗磨粒切下的磨屑厚度减小，使工件表面粗糙度值减少。随着磨粒负荷的减小，砂轮的寿命也将相应提高。但砂轮的圆周速度应在安全工作速度以下。一般外圆磨削v。=35m/s，高速外圆磨削v。=45m/s。高速磨削要根据机床的性能并采用高强度的砂轮。
（2）工件圆周速度的选择 采用纵磨法，工件的转速不宜过高。当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，能提高磨削生产率。但随着工件圆周速度的提高，单个磨削厚度增大，工件表面的塑性变形也相应增大，使表面粗糙度值增高。通常工件圆周速度vw与砂轮圆周速度v。应保持适当的比例关系，外圆磨削取vw=（1/80~1/100）
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v。。
选择工件圆周速度的原则是：被吃刀量越大、工件越重、材料越硬、工件越细长，则工件转速应越慢。工件圆周速度与工件直径的关系见表5-4-1。
表5-4-1 工件圆周速度的选择
（3）被吃刀量的选择 被吃刀量增大时，工件表面粗糙度值增大，生产率提高，但砂轮寿命降低。通常，被吃刀量ap=0.01~0.03mm，精磨时，ap<0.01mm。
（4）纵向进给量的选择 纵向进给量加大，对提高生产率、加快工件散热、减轻工件烧伤有利，但不利于提高加工精度和降低表面粗糙度值。特别是在磨削细、长、薄的工件时，容易发生弯曲变形。一般粗磨时，纵向进给量f=（0.4~0.8）B，精磨时f=（0.2~0.4）B（B为砂轮宽度）。
二、切入磨削法
切入磨削法又称横向磨削法。如图5-4-3所示，当砂轮宽度大于工件长度时，砂轮可横向切入连续磨削，磨去全部的余量。粗磨时可用较高的切入速度，但砂轮压力不宜过大，精磨时切入速度要低。磨削时无纵向进给运动。
图5-4-3 切入磨削法
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切入磨削法的特点：
1.磨削时，砂轮工作面上磨粒负荷基本一致，充分发挥所有磨粒的切削作用。同时，由于采用连续的横向进给，缩短了机动时间，在一次磨削循环中，可分粗、精、光磨，故生产率较高。
2.由于无纵向进给运动，砂轮表面的形态（修整痕迹）会复映到工件表面上，表面粗糙度值较大，可达Ra0.32~0.16um。为了消除这一缺陷，可在切入法终了时，作微量的纵向移动。
3.砂轮整个表面连续横向切入，排屑困难，砂轮易堵塞和磨钝；同时磨削热大，散热差，工件易烧伤和发热变形，因此切削液要充分。
4.磨削径向力大，工件易弯曲变形，不宜磨细长件，适宜磨削长度较短的外圆表面，两边都有台阶的轴颈及成形表面。
三、分段磨削法
分段磨削法又称综合或混合磨削法，是切入磨削法和纵向磨削法同时应用于磨削一个工件的方法。其特点是：
1.先用切入磨削法将工件分段粗磨，相邻两段有5~15mm的重叠，工件留有0.01~0.03mm的余量，最后用纵向磨削法在整个长度上精磨至尺寸（见图5-4-4）。
图5-4-4 分段磨削法
a）分段切入 b）纵向精磨
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2.既有切入磨削法生产率高的特点，又有纵向磨削法加工精度高的优点，适用于磨削余量大、刚性好的工件。
3.考虑到磨削效率，分段磨削时应选用较宽的砂轮，以减少分段数目。当加工长度为砂轮宽度的2~3倍且有台阶的工件时，用此法最为适合。分段磨削法不适宜加工长度过长的工件，通常分段数大都为2~3段。
四、深切缓进磨削法
深切缓进磨削法是采用较大的背吃刀量以缓慢的进给速度在一次纵向走刀中磨去工件全部余量的磨削方法（见图5-4-5）。其特点为：
图5-4-5 深切缓进磨削法
a）双台阶砂轮 b）五台阶砂轮
1.生产率高 由于粗、精磨一次完成，机动时间可大大缩短，故生产率较高，适于大批量工件加工。
2.砂轮修成台阶或将砂轮前缘修成倒角 由于磨削的负荷集中在砂轮尖角处，受力状态较差，为此，须将砂轮外表面修成台阶状或将前缘修成倒角。这样可使砂轮台阶的前导部分起主要切削作用，台阶后部较宽的砂轮表面精细修整为修光部分，起精磨作用。台阶砂轮的台阶数及台阶的深度，由工件长度和磨削余量来确定。
当工件长度L≥80~100mm、磨削余量为0.3~0.4mm时，可采用双台阶砂轮（图5-4-5a）。砂轮的主要尺寸为：台阶深度a=0.05mm，台阶宽度K=（0.3~0.4）B。
当工件长度L≥100~150mm、磨削余量大于0.5mm时，则采用五台阶砂轮（图5-4-5b）。砂轮的主要尺寸为：台阶深度a1=a2=a3=a4=0.05mm，台阶宽度K1=K2=K3=K4=0.15B。
砂轮修成台阶状或前缘倒角能改善砂轮的受力状态，可使磨削精度稳定地达到公差等级IT7级，表面粗糙度为Ra0.63um左右。
3.背吃刀量大，纵向进给量小 深切缓进磨削时背吃刀量可达0.2~0.6mm，纵向进给量小，f=（0.08~0.15）B，且纵向行程缓慢，因此适于磨削加工余量大、刚性好的工件。
4.深切缓进磨削法应注意以下事项
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