平面磨床及其磨削工作
表面质量要求较高的各种平面的半精加工和精加工，常采用平面磨削方法。平面磨削常用的机床是平面磨床，砂轮的工作表面可以是圆周表面，也可以是端面。
1．3．1平面磨床结构
1．主要类型和运动
当采用砂轮周边磨削方式时，磨床主轴按卧式布局；当采用砂轮端面磨削方式时，磨床主轴按立式布局。平面磨削时，工件可安装在作往复直线运动的矩形工作台上，也可安装在作圆周运动的圆形工作台上。
图9-7 平面磨床的加工示意图
按主轴布局及工作台形状的组合，普通平面磨床可分为下列四类：
（1）卧轴矩台式平面磨床(图9-7a ) 在这种机床中，工件由矩形电磁工作台吸住。砂轮作旋转主运动n，工作台作纵向往复运动f1 ，砂轮架作间歇的竖直切入运动f3和横向进给运动f2 。
（2）立轴矩台式平面磨床(图9-7b ) 在这种机床上，砂轮作旋转主运动n，矩形工作台作纵向往复运动f1 ，砂轮架作间歇的竖直切入运动f2 。
（3）立轴圆台式平面磨床(图9-7c ) 在这种机床上，砂轮作旋转主运动圆工作台旋转作圆周进给运动f1 ，砂轮架作间歇的竖直切入运动f2 。
（4）卧轴圆台式平面磨床(图9-7d ) 在这种机床上，砂轮作旋转主运动n，圆工作台旋转作圆周进给运动f1 ，砂轮架作连续的径向进给运动f2和间歇的竖直切入运动f3 。此外，工作台的回转中心线可以调整至倾斜位置，以便磨削锥面。
上述四种平面磨床中，用砂轮端面磨削的平面磨床与用轮缘磨削的平面磨床相比，由于端面磨削的砂轮直径往往比较大，能同时磨出工件的全宽，磨削面积较大，所以，生产率较高。但是，端面磨削时，砂轮和工件表面是成弧形线或面接触，接触面积大，冷却困难，切屑也不易排除，所以，加工精度和表面粗糙度稍差。圆台式平面磨床与矩台式平面磨床相比较，圆台式的生产率稍高些，这是由于圆台式是连续进给，而矩台式有换向时间损失。但是，圆台式只适于磨削小零件和大直径的环形零件端面，不能磨削长零件．而矩台式可方便地磨削各种常用零件，包括直径小于矩台宽度的环形零件。
目前，用得较多的是卧轴矩台式平面磨床和立轴圆台式平面磨床。
2．卧轴矩台平面磨床
卧轴矩台平面磨床如图9-5所示。这种机床的砂轮主轴通常是由内连式异步电动机直接带动的。往往电机轴就是主轴，电动的定子就装在砂轮架3的体壳内。砂轮架3可沿滑座4的燕尾导轨作间歇的横向进给运动(手动或液动)。滑座4和砂轮架3一起，沿立柱5的导轨作间歇的竖直切入运动(手动)。工作台2沿床身1的导轨作纵向往复运动(液压传动)。
图9-8 卧轴矩台平面磨床
1— 床身 2—工作台 3—砂轮架 4—滑座 5—立柱
目前我国生产的卧轴矩台平面磨床能达到的加工质量为：
普通精度级：试件精磨后，加工面对基面的平行度为0.015mm／1000mm，表面粗糙度Ra=0.32～0.63um；
高精度级：试件精磨后，加工面对基面的平行度为0.005mm／1000mm, 表面粗糙度Ra=0.04~0.01um。
3．立轴圆台平面磨床
立轴圆台平面磨床如图9—9所示。砂轮架1的主轴也是由内连式异步电动机直接驱动。砂轮架1可沿立柱2的导轨，作间歇的竖直切入运动。圆工作台4旋转作圆周进给运动。为了便于装卸工件，圆工作台4还能沿床身导轨纵向移动。由于砂轮直径大，所以常采用镶片砂轮。这种砂轮使冷液容易冲入切削使砂轮不易堵塞。这种机床生产率高，适用于成批生产。
图9—9 立轴圆台平面磨床
1—砂轮架 2—立柱 3—底座 4—工作台 5—床身
9．3．2平面磨削方法
1. 3. 2. 1 工件的装夹
在平面磨床上，采用电磁吸盘工作台吸住工件。电磁吸盘工作台的工作原理是当线圈中通过直流电时，芯体被磁化，磁力线经过盖板-工件-盖板-吸盘体而闭合，工件被吸住。电磁吸盘工作台的绝磁层有铅、铜或巴合金等非磁性材料制成、它的作用是使绝大部分磁力线都通过工件
图9-10 电磁吸盘的原理结构图
当磨削键、垫圈、薄壁套等小的零件时，由于工件于工作台接触面积小，吸力弱、容易被磨削力弹出造成事故，所以装夹这类工件时，需要工件四周或左右两端用挡铁围住，以防工件移动。
图9-11 装夹工件
1. 3. 2. 2磨削的方法
图9-12 平面磨削方法
1．横向磨削法
横向磨削法如图9-12a所示。这种磨削法是当工作台每次纵向行程终了时，磨头作一次横向进给。等到工件表面上第一层金属磨削完毕，砂轮按预选磨削深度作一次垂直进给，接着照上述过程逐层磨削，直至把全部余量磨去，使工件达到所需尺寸。粗磨时，应选较大垂直进给量和横向进给量，精磨时则两者均应选较小值。
这种方法适用于磨削宽长工件，也适用于相同小件按序排列集合磨削。
2．深度磨削法
深度磨削法如图9-12b所示。这种磨削法的纵向进给量较小，砂轮只作两次垂直进给，第一次垂直进给量等于全部粗磨余量，当工作台纵向行程终了时．将砂轮横向移动3／4～4／5的砂轮宽度，直到将工件整个表面的粗磨余量磨完为止。第二次垂直进给量等于精磨余量。其磨削过程与横向磨削法相同。
这种方法由于垂直进给次数少，生产率较高，且加工质量也有保证。但磨削抗力大，仅适用在动力大、刚性好的磨床上磨较大的工件。
3．阶梯磨削法
如图9-12c所示，阶梯磨削法是按工件余量的大小，将砂轮修整成阶梯形，使其在一次垂直进给中磨去全部余量。用于粗磨的各阶梯宽度和磨削深度都应相同，而其精磨阶梯的宽度则应大于砂轮宽度的1／2，磨削深度等于精磨余量(0.03～0.05mm)。磨削时横向进给量应小些。
由于磨削用量分配在各段阶梯的轮面上，各段轮面的磨粒受力均匀，磨损也均匀，能较多地发挥砂轮的磨削性能。但砂轮修整工作较为麻烦．应用上受到一定限制。
1．4 光整磨削加工
1 . 光整磨削
使工件获得粗糙度Ra值0. 1以下的磨削称为光 整磨削，其中值Ra在 0.16-0.08um的叫精密磨削；获 得Ra，值 0.02.-- 0.044um 的叫超精密磨削；获得R，值 0.01um 以下的叫镜面磨削. 光整磨削主要靠砂轮的精细修整，使砂轮磨粒微刃具有很好的等高性，因此能使 被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹。残留高度很 小，加上在无火花磨削阶段时，在微刃切削、滑挤、抛光、摩擦等综合作用下，使表面 较低的数值. 光整磨削时，砂轮修整是关键，但砂轮的选择也很重要. 如对钢和铸铁件进行精 密磨削时，选白刚玉(WA),粒度为60#—80# ，一般情况下为了充分发挥粗粒度磨料的微刃切 削作用，常用陶瓷结合剂砂轮. 但是为了不出现烧伤，使加工表面质量稳定，也可选用 定弹性的树脂结合剂砂轮. 为了获得高的加工精度，实行光整磨削的机床应有高的几何精厦，高精度的横向进给机 构，以保证砂轮修整时的微刃性和微刃等高性，并且还应有低速稳定性好的工作台移动 以保证砂轮修整质量和加工质量.
光整磨削与一般磨削的主要区别如下：
（1）砂轮粒度更细，一般磨削时为 46# —60# ，光整磨削时为60# 以上至w10
（2）砂轮线速度较低. 达12—20m/s。
（3） 砂轮修整时工作台速度慢. 达10-25mm/min
(4)横向进给量更小，一般为0. 02-O. 0Smm. 光整加工时为0. 0025-O. 00Smm.
（5）工件线速度低，一般磨削时为 20-30m/min，光整加工时为 4-10mrn/min。
（6）无火花磨削次数多，一般为1—2 次，光整加工时为10-20 次. 光整磨削适用于各类精密机床主轴.关键轴套.轧辊.塞规.轴承套圈等的加工。
2. 研磨
研磨是用游离磨粒和研具对工件表面进行微量去除的工艺方法，它可以获得高精度和低 粗糙度值的工件. 尺寸精度可达亚微米级，表面粗糙度值达Ra0. 01um，是传统的光整.精密 加工方法之一。
3. 衍磨
衍磨是用细磨粒磨条组成的衍磨头，以往复和旋转运动配合起来加工零件内孔的一种光 整加工工艺，如图9-12 所示. 一般经过衍磨可以提高形状和尺寸精度一级，表面粗糙度可达 Ra O. 2 -O. 025;tm. 府磨加工时，衙磨机主轴带动衍磨头作旋转和往复运动，并通过矫磨头中的胀缩机构使 条伸出，向孔壁施加压力以作进给运动，实现矫磨加工。衍磨加工的几何形状精度及切削效 率，在很大程度上取决于轿磨头的结构形式及其合理性. 矫么时府磨头的旋转速度v 和往复 速度vf 合成速度v，即为其切削速度，其运动的轨迹是沿孔表面的螺旋线. 如图9_12(a)所示， 为使每颗蘑粒在加工表面上的切削轨迹不重复，矫磨头每一往复行程的起始位置都与上 错开一个角度，从而形成均匀交叉的府磨网纹，如图 9-12(b)所示.
衍磨加工主要有下列特点：
（1）表面质量特性好. 衍磨表面粗糙度值Ra O. 025um，由于表面微刃轨迹为交叉网纹，故 有利于储存润滑油，是缸简.阀孔等主要加工方法。
（2）加工精度高. 现代府么不但可获得较高的尺寸精度，而且还能修正孔在桥磨前出现的 轻微形状误差. 稀磨小孔时圆度和国柱度可达0. 5um，直线度可小于1um。
（3）效率高. 由于衍磨头有多条砂条(油石) ，或采用提高磨头的往复速度以增大网纹交叉角， 故能较快地去除衍蘑余量. 衙磨加工余量与原始表面粗糙度有关，一般在 5-40/ 范围内. 圆经济性好，应用范围广。由于衍磨要求设备较简单，且操作方便。
（4）经济性好. 它能加 工直径1~120mm 的孔，孔长度可达1200mm. 除孔之外尚可加工外圆.球面及环形曲面.
图9-13衍磨头及衍磨油石的切削轨迹
4 . 超精加工
超精加工是用细磨粒的油石，作高频率短行程 往复运动，并以很小压力对作回转运动的工件表面 进行加工。其加工余量为3—20um. 超精加工可 获得很低的表面粗糙度值Ra为 0.16-O. 01um， 但只能改变表面的光滑程度，不能改变宏观几何形 状. 为超精加工示意图. 超精加工主要用于加工内燃机的曲轴. 凸轮 轴.活塞.活塞销等. 超精加工能对各种材料
图9-14 超精磨加工示意图
1-油石 2-震动头 3-工件