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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題目 院（系部） 專業(yè)名稱 年級(jí)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日 河 南 理 工 大 學(xué) 萬(wàn) 方 科 技 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 一、題目 二、主要任務(wù)與要求 三、起止日期 年 月 日至 年 月 日 指導(dǎo)教師 簽字（蓋章） 系 主 任 簽字（蓋章） 年 月 日 河 南 理 工 大 學(xué) 萬(wàn) 方 科 技 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 題目 評(píng)閱人 簽字（蓋章） 職 　 稱 工作單位 年 月 日 河 南 理 工 大 學(xué) 萬(wàn) 方 科 技 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)定書(shū) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 題目 指導(dǎo)教師 簽字（蓋章）　　職稱 年 月 日 河 南 理 工 大 學(xué) 萬(wàn) 方 科 技 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯許可證 經(jīng)審查， 專業(yè) 班 同學(xué)所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），符合學(xué)校本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)的要求，根據(jù)學(xué)校教學(xué)管理的有關(guān)規(guī)定，同意參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。 指導(dǎo)教師 簽字（蓋章） 年 月 日 根據(jù)審查，準(zhǔn)予參加答辯。 答辯委員會(huì)主席（組長(zhǎng)） 簽字（蓋章） 年 月 日 河 南 理 工 大 學(xué) 萬(wàn) 方 科 技 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)（小組）決議 院（系） 專業(yè) 班 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）于 年 月 日進(jìn)行了答辯。 題目 答辯委員會(huì)成員 主 席（組長(zhǎng)） 委 員（成員） 委 員（成員） 委 員（成員） 委 員（成員） 委 員（成員） 委 員（成員） 答辯前向畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)（小組）提交了如下資料： １、設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明 共 頁(yè) ２、圖紙 共 張 ３、評(píng)閱人意見(jiàn) 共 頁(yè) ４、指導(dǎo)教師意見(jiàn) 共 頁(yè) 根據(jù)學(xué)生所提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料、評(píng)閱人和指導(dǎo)教師意見(jiàn)以及在答辯過(guò)程中學(xué)生回答問(wèn)題的情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)（小組）做出如下決議。 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評(píng)語(yǔ) 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評(píng)成績(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)主席（組長(zhǎng)） 簽名 委員（組員）簽名 年 月 日 64 摘 要 機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)械零、部件同作用的整體，是零、部件服務(wù)的目標(biāo)。本次設(shè)計(jì)從分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)開(kāi)始，介紹機(jī)械系統(tǒng)的組成，各組成部分之間的配置，選擇和結(jié)構(gòu)匹配性設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題，目的是培養(yǎng)學(xué)生多樣性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新和整體設(shè)計(jì)的能力。 本次設(shè)計(jì)主要是珩磨機(jī)的總體設(shè)計(jì)，其主要包括主軸箱，珩磨頭，主軸等設(shè)計(jì)。珩磨是一種低速磨削，是機(jī)械制造業(yè)中缸孔光整加工的常用工藝手段。 在論文中首先對(duì)珩磨機(jī)做了簡(jiǎn)單介紹，接著對(duì)珩磨機(jī)的部件組成進(jìn)行了尺寸計(jì)算和校核。該設(shè)計(jì)代表了珩磨機(jī)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。 珩磨機(jī)床作為復(fù)雜的生產(chǎn)工具，最根本的是加工工藝與主機(jī)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統(tǒng)等也將運(yùn)用在珩磨機(jī)床上，未來(lái)的珩磨機(jī)床的加工精度會(huì)更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。 關(guān)鍵詞：珩磨機(jī)、主軸、珩磨 Abstract A mechanical system is a synergistic collection of machine elements,and designing a mechanical system is the final goal in studying machine design . This paper starts with the analyses of tasks and objectives in designing a menchanical system , followed by its composition,selection and compatibility of menchanical units , and the main considerations in designing a system . The purpose of this paper is to help the undergraduates to learn skills of diversified design, creative design and systematic design . This design is honing machine aircraft design, including its headstock、honing head, principal axis of the design. Honing is a slow grinding, mechanical manufacturing processes commonly used tanks Kongguang the processing means In the first paper machine to honing machinedone briefly, then honing machineaircraft components to the composition and size calculation accuracy. The design represents the general design processhoning machine plane Honing machine tools as complex production tools, the most fundamental thing is machining and structural layout of the mainframe, and new techniques, new materials, new components, new cutlery, the new control system will also be used in Honing machine tools, the future Honing processing precision machine tools will be higher, faster processing efficiency, a wider range of processing. Key Words: honing machine headstock honing 目錄 摘 要 7 前 言 10 1磨削技術(shù) 11 1.1 磨削加工的發(fā)展歷史 11 1.2 磨料磨具的簡(jiǎn)明知識(shí) 15 1.3 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)磨削加工科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展 17 1.4 磨削原理 23 1.5 磨削技術(shù)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) 27 1.6 磨削技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 35 1.7 超高速磨削的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) 36 2珩磨技術(shù) 45 ?3珩磨工藝及其應(yīng)用 48 3.1 珩磨加工原理 48 3.2 珩磨的切削過(guò)程 49 3.3 珩磨加工特點(diǎn) 50 4.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算 53 4.1 導(dǎo)向柱設(shè)計(jì) 53 4.2 底座的設(shè)計(jì) 54 4.3 驅(qū)動(dòng)氣缸設(shè)計(jì)： 55 4.4 主軸電動(dòng)機(jī)的功率確定 55 4.5 主軸設(shè)計(jì) 56 4.6 主軸的剛度校核 57 小 結(jié) 61 致 謝 62 參考文獻(xiàn) 63 前 言 四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，我們也進(jìn)入了大學(xué)生活的最后一個(gè)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們四年來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)的大總結(jié)，也是向我們今后即將從事的工作的正常過(guò)渡。設(shè)計(jì)的正確程度也標(biāo)志著我們是否具有一個(gè)工程師的基本素質(zhì)。 四年來(lái)，在我系老師及領(lǐng)導(dǎo)的精心關(guān)懷和指導(dǎo)下，我學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造與設(shè)備專業(yè)的有關(guān)知識(shí)，同時(shí)也了解了一些相關(guān)學(xué)科的基本情況，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 我們這次設(shè)計(jì)的題目是珩磨機(jī)設(shè)計(jì)，此題目是現(xiàn)場(chǎng)題目，實(shí)際要求很強(qiáng)，有一定的實(shí)用價(jià)值。圖書(shū)館中對(duì)這一方面的資料也十分有限，只有閱讀大量的有關(guān)知識(shí)，觸類旁通，精密構(gòu)思與計(jì)算，結(jié)合老師給的要求，又參觀了焦作市重型機(jī)械廠工作情況。綜合以上各種材料，得出了現(xiàn)在比較滿意的結(jié)果。在老師的辛勤指導(dǎo)下和同組同學(xué)的幫助下，我的這次設(shè)計(jì)取得了基本成功，達(dá)到了廠家的基本要求。 本次設(shè)計(jì)可以說(shuō)是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，也是第一次單獨(dú)面對(duì)這樣龐大的設(shè)計(jì)工作。鑒于本人水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有不足之處，請(qǐng)各位老師同學(xué)批評(píng)指正。 1磨削技術(shù) 1.1 磨削加工的發(fā)展歷史 1.第一階段 我國(guó)是采用磨削加工方法的最古老的國(guó)家之一，如在古代科學(xué)巨著《天工開(kāi)物》中就有“切、磋、琢、磨”的成語(yǔ)，而其中“磨”就是指的磨削加工。 其實(shí)人類最早使用磨削要追溯到原始社會(huì)，在母系社會(huì)，人們就已經(jīng)開(kāi)始使用最簡(jiǎn)單的石器，而這些最簡(jiǎn)單的石器是用簡(jiǎn)單的石頭之間互相摩擦得來(lái)的。人們用這些最簡(jiǎn)單的工具捕獵，耕種。那時(shí)人們的衣著雖然簡(jiǎn)單，但仍然要有刃器的輔助，這也離不開(kāi)磨削。 北魏時(shí)一個(gè)叫崔亮的創(chuàng)造了水磨，用來(lái)加工糧食，晉代劉景宣創(chuàng)造了可同時(shí)運(yùn)行八盤(pán)天然巖石磨盤(pán)的石磨；唐朝時(shí)又出現(xiàn)了陶磨及磨碾，這些磨具均在山西長(zhǎng)治縣“王琛”墓中出土。經(jīng)過(guò)專家考察在宋朝也早存在九轉(zhuǎn)速的磨；十三世紀(jì)時(shí)即在元朝時(shí)候，中國(guó)人已開(kāi)始用天然樹(shù)膠將貝殼粉粘在羊皮紙上制成摩擦工具，這是世界上已知的最早的涂附磨具，幾乎與此同時(shí)，在地中海沿岸的意大利人也開(kāi)始使用簡(jiǎn)單的涂附磨具。說(shuō)起指南針，誰(shuí)都知道，可誰(shuí)又能想到，那也是磨削得來(lái)的產(chǎn)品呢！以上所敘不僅說(shuō)明了我國(guó)是最早制造陶瓷材料、機(jī)械傳動(dòng)的古國(guó)，而且也是最早采用對(duì)金屬及非金屬材料進(jìn)行磨削加工的國(guó)家之一，從最原始一直持續(xù)到十九世紀(jì)的初期，可視為磨削加工歷史發(fā)展的第一階段。這一階段的特點(diǎn)是利用的磨料磨具及機(jī)械都較簡(jiǎn)單。 2. 磨削加工發(fā)展的第二階段（1840---1900年前后） 這一階段出現(xiàn)了新的特點(diǎn)，即隨著工業(yè)的發(fā)展、被加工材料的硬度越來(lái)越高，原來(lái)簡(jiǎn)單的磨料磨具滿足不了發(fā)展的需要，于是人們就開(kāi)始尋求硬度更高的物質(zhì)來(lái)做磨料，先后找到了天然剛玉、黃寶石、天然金剛石等材料人們把這些天然材料破碎后和陶土混合后，燒成具有一定形狀的磨具，以此來(lái)進(jìn)行加工。 可以說(shuō)，開(kāi)始使用硬度較高的天然磨料是這一時(shí)期的普遍特點(diǎn)。 但是所有天然磨料的產(chǎn)量都不集中，而數(shù)量又有限質(zhì)量不統(tǒng)一，很難保持穩(wěn)定這一切局限性和飛速猛進(jìn)的工業(yè)越來(lái)越不適應(yīng)。 3.磨削加工歷史發(fā)展的第三階段（十九世紀(jì)的后期到二十世紀(jì)初） 這一時(shí)期的主要特點(diǎn)是出現(xiàn)并使用人造磨料。 1893年美國(guó)卡不倫登公司的E.G艾奇遜利用電阻爐發(fā)明了SiC人造磨料這是人類歷史上最早出現(xiàn)的人造磨料，以后又有人用電弧爐發(fā)明了人造剛玉磨料，這些人工合成磨料的出現(xiàn)，意義是重大的，結(jié)束了人類只能利用天然磨料而不能利用人造磨料的歷史，從此，工業(yè)方面開(kāi)始到得了大批比較低廉而質(zhì)量又比較穩(wěn)定的、產(chǎn)量又穩(wěn)步增加的人造磨料的磨削工具，從而推動(dòng)了被磨材料加工迅速增長(zhǎng)，當(dāng)然另一方面從磨削加工的發(fā)展也促進(jìn)了磨料磨具的迅速發(fā)展。本階段又可分為以下幾個(gè)時(shí)期： 1）1900年-1920年左右：這一時(shí)期，出現(xiàn)了除無(wú)心磨床以外的所有磨床，這促使汽車、軍工、電極工業(yè)有了很大的發(fā)展。 2）1920年-1949年前后：在20年代以后，磨床機(jī)械開(kāi)始由機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展到液壓傳動(dòng)，還在磨削過(guò)程中部分的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，，在這一時(shí)期，無(wú)心磨床設(shè)計(jì)成功，開(kāi)始投入使用，這一時(shí)期一個(gè)非常重要的現(xiàn)象就是對(duì)于磨削過(guò)程的研究，由開(kāi)始的經(jīng)驗(yàn)方法轉(zhuǎn)入理論分析。即開(kāi)始對(duì)磨削理論的研究。 3) 1950年至1980年前后：在國(guó)際上，英、法、美、德、意以及前蘇聯(lián)對(duì)人造磨料進(jìn)行了普遍的研究，并進(jìn)行了工業(yè)性生產(chǎn)，因而磨料及磨具較前一時(shí)期有了很大的提高，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家磨床所占的比重已達(dá)機(jī)床總量的10%，而且還在不斷的上升。 在國(guó)內(nèi)，一批具有影響力的重要項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，如第二砂輪廠、第三砂輪廠、第四砂輪廠、第五砂輪廠、第六砂輪廠、第七砂輪廠的建成投產(chǎn)。說(shuō)明了我國(guó)的磨料磨具行業(yè)也在不斷的發(fā)展壯大。 4)改革開(kāi)放前后：我國(guó)的磨料磨具為了和世界同步，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究或改進(jìn):① 提高磨床的精度，②提高磨削的自動(dòng)化程度，③高速研磨，④高精度和高光潔度，⑤強(qiáng)力磨削，⑥寬砂輪和多砂輪的磨削，⑦提高磨床的加工生產(chǎn)率，⑧試制發(fā)展了特殊磨削或成型磨削，⑨超硬磨料磨具。超硬材料如人造金剛石和立方氮化硼目前被稱為世界上最硬的物質(zhì)，莫氏硬度為10。金剛石的用量，每加工百萬(wàn)噸鋼鐵所用的金剛石的量來(lái)表示這個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，美日及主要西方國(guó)家的用量均超過(guò)了18-20萬(wàn)克拉每百萬(wàn)噸鋼，美國(guó)是世界上金剛石用量最大的國(guó)家。而我國(guó)則是2.4萬(wàn)克拉每百萬(wàn)噸鋼，這差距是顯而易見(jiàn)的。 六十年代天然金剛石約2500萬(wàn)克拉，數(shù)量不是很大，這是因?yàn)榻饎偸纳a(chǎn)成本太大，一般的金剛石礦中，須處理6-8噸礦石才能得到一克拉的金剛石，有的甚至250噸的礦石才能得到一克拉的金剛石，可見(jiàn)金剛石為什么如此的昂貴。天然金剛石的低產(chǎn)量及高成本促使人們走上了發(fā)展人造金剛石之路。 我國(guó)是在六十年代中期開(kāi)始試制與發(fā)展人造金剛石。六十年代世界人造金剛石的產(chǎn)量為1000萬(wàn)克拉，今天，中國(guó)人造金剛石的產(chǎn)量就已達(dá)5000萬(wàn)克拉（約合1萬(wàn)噸），而全世界人造金剛石的產(chǎn)量就無(wú)法估計(jì)了，這些人造金剛石主要用于工業(yè)。人造金剛石及其制品的發(fā)展大大地促進(jìn)了特殊用途的磨削加工的要求，人造金剛石不受資源限制，制造成本從發(fā)明的那天起就不斷下降，品種在逐漸增多，質(zhì)量在不斷的提高，這樣就極大的開(kāi)辟了人造金剛石磨料的使用前景。不僅在固結(jié)磨具上，而且普遍地使用在涂附磨具上，如牙科用金剛石砂帶，精密儀器上用金剛石砂帶等等。 立方氮化硼是超硬磨料另一種類型，其性能與人造金剛石磨料相似，還具有比人造金剛石一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如耐熱方面優(yōu)于人造金剛石。立方氮化硼比人造金剛石發(fā)展稍后，系70年代前后試制研究的，也可以說(shuō)后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工業(yè)生產(chǎn)大國(guó)有了較大的發(fā)展，如前蘇聯(lián)立方氮化硼的產(chǎn)量已發(fā)展到5000多萬(wàn)克拉。我國(guó)立方氮化硼也是在八十年代末期或九十年代初期試制和發(fā)展的新型產(chǎn)品，但速度較慢，其原因在于工藝與技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，因而它的推廣和使用還受到一定的限制。 人造金剛石和立方氮化硼的磨具。在發(fā)展人造金剛石磨具和立方氮化硼超硬磨料的同時(shí)，這兩種超硬磨料的磨具也得到相應(yīng)的發(fā)展，人造金剛石磨具發(fā)展更快。到目前，人造金剛石磨具發(fā)展成為一個(gè)較為完整、成熟和自成體系的加工技術(shù)領(lǐng)域。人造金剛石磨具制品如電鍍金剛石內(nèi)圓切割鋸片、什錦銼、磨頭，人造金剛石圓鋸片、框架鋸片，人造金剛石修整筆，石材用金剛石磨具，金剛石筒形砂輪，加工鐵氧使用金剛石磨具，金剛石修整滾輪和金剛石或立方氮化硼與硬質(zhì)合金復(fù)合片磨具等等品種系列，而且繼續(xù)完善補(bǔ)充與提高。 4.磨削加工發(fā)展的第四階段（九十年代后期） 進(jìn)入九十年代，磨料磨具行業(yè)的生產(chǎn)與銷售、科研都起著很大很大的變化，主要表現(xiàn)為品種日趨多樣化，專業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也前所未有的日趨激烈，科研與銷售成為每個(gè)廠家的重中之重，而我們做為砂帶的專業(yè)生產(chǎn)廠家，也是如此。，但與國(guó)際上涂附磨具尤其是砂帶產(chǎn)品，無(wú)論是品種或者是質(zhì)量上差距是很大的。因此，當(dāng)務(wù)之急加大科技力量投入迅速提高我國(guó)涂附磨具尤其是砂帶高檔產(chǎn)品的品種及質(zhì)量水平，以面臨高品質(zhì)、多品種需求的浪潮。如果目前全國(guó)高檔次的涂附磨具產(chǎn)量在400萬(wàn)平方米左右，予計(jì)到2000年初期將達(dá)到700萬(wàn)至1000萬(wàn)平方米用量的需求。這就希望我們共同努力去開(kāi)拓這個(gè)有廣闊前途的市場(chǎng)。 1.2 磨料磨具的簡(jiǎn)明知識(shí) 磨料磨具素有工業(yè)牙齒的美稱。在磨削時(shí)常用磨料或磨具作為磨削工具對(duì)需加工的零件進(jìn)行機(jī)械加工，而達(dá)到一定的技術(shù)要求。 1、 磨料 磨削材料簡(jiǎn)稱磨料，即一種具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造兩大類。 （A） 天然磨料 天然磨料是自然礦物開(kāi)采經(jīng)過(guò)加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下種類： 1） 燧石：化學(xué)成分主要是SiO2，莫氏硬度7。燧石易斷裂，韌性差，莫氏硬度不高，主要用來(lái)制造張頁(yè)式砂紙，主要用來(lái)加工皮革、毛氈等的拋光加工。 2） 石英砂：類似燧石，比燧石的純度又高了一層，主要化學(xué)成分為SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂來(lái)源于石英礦或從河砂中篩選加工，其用途類似燧石，迄今國(guó)內(nèi)有些小砂布砂紙廠還在用石英砂作為生產(chǎn)的原料進(jìn)行生產(chǎn)，其目的在于生產(chǎn)的砂布或砂紙以低于用人造磨料所生產(chǎn)的砂布或砂紙的價(jià)格，銷售于廣大農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)加工使用，質(zhì)量下乘，但也有一定的市場(chǎng)。 3） 紫紅鐵粉即氧化鐵：多用于天然的、也可以經(jīng)過(guò)人工制造的。由于質(zhì)地比較柔和，主要用于工件的清理和拋光的目的加工，如部分光學(xué)玻璃的研磨或拋光也用紫紅鐵粉進(jìn)行加工。 4） 柘榴石：系一種天然礦物材料，如采用這種柘榴石在高溫條件下進(jìn)行熱處理，可使這種材料的硬度和韌性增強(qiáng)。柘榴石容易沿其材料的結(jié)晶體的斷裂面而斷裂，這樣可使柘榴石具有較好的切削刃提高磨削效率。用柘榴石制成的涂附磨具可用于材料如木材或金屬材料進(jìn)行磨削加工，在國(guó)內(nèi)或國(guó)外已不多用于生產(chǎn)涂附磨具，更極少用于制造固結(jié)磨具，已趨于淘汰的局面。 5）金剛砂（Emery）： 系自然界中剛玉（Al2O3）氧化鐵的混合物。這種礦物原料在世界上許 多地方的蘊(yùn)藏量都很豐富，礦石的質(zhì)地與晶位各異，這種礦物材料的切削性能較差，一般只作為拋光使用?，F(xiàn)在用這種天然礦物制造磨具已經(jīng)不多，屬于淘汰的趨勢(shì)。 6）氧化鍶（Sr2O3）：拋光性能甚好，適用于作拋光材料，并制成氧化鍶粉加磨削劑直接做為拋光材料，在國(guó)內(nèi)一些光學(xué)玻璃廠還在使用如上海光學(xué)儀器廠等。 7）金剛石：天然金剛石又稱金剛鉆，系自然界最硬的物質(zhì)，莫氏硬度為10，天然金剛石產(chǎn)于南非、剛果，中國(guó)也有，價(jià)格十分昂貴，常用于作手飾及裝飾品，自人類發(fā)明人造金剛石之后，在制造磨具上就多用人造金剛石作磨具，在極個(gè)別的應(yīng)用范圍內(nèi)才采用天然金剛石。 總之，天然礦石的磨料已趨于淘汰之勢(shì)。 1.3 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)磨削加工科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展 1. 繼續(xù)提高磨削效率 進(jìn)一步發(fā)展高速磨削，不僅在普通外圓、內(nèi)圓、軸承磨床上提高速度，而且也在諸如軋輥磨床(險(xiǎn)峰機(jī)床廠)上也由35m/s提高到45m/s以上。在采用動(dòng)壓軸承主軸條件下實(shí)現(xiàn)了高效高速低粗糙度磨削(廣西大學(xué)、湖南大學(xué))。在一汽早已將高速磨削定為許多工藝的必行工序。 發(fā)展緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削工藝及機(jī)床，例如北京機(jī)床研究所與北京第四機(jī)床廠在國(guó)內(nèi)最早發(fā)展此種機(jī)床，近年又在杭州機(jī)床廠等單位發(fā)展了HZ－029型液壓緩進(jìn)給成型磨床，MLK7140型數(shù)控緩進(jìn)深切成形強(qiáng)力磨床。電機(jī)功率后者已達(dá)32kW。在生產(chǎn)中的應(yīng)用除了加工汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)葉片根部外，在游標(biāo)卡尺零件，三爪卡盤(pán)零件，50mm以上深溝槽磨削，均有很大進(jìn)步，天津機(jī)床廠還發(fā)展了MKL7132型數(shù)控緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削機(jī)床。 迅速發(fā)展高效砂帶磨削工藝，例如對(duì)汽油機(jī)葉片工作面加工，鎳材及鈦材的磨削，190發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋磨削，合金鋼線材、帶材磨削，大型寬鋼板表面磨削專用尤門(mén)式磨床的開(kāi)發(fā)等(東北工學(xué)院、湖南大學(xué)、華中理工大學(xué)等)。由于鄭州第二砂輪廠成功地引進(jìn)了寬砂帶靜電植砂全套設(shè)備，并且年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百萬(wàn)平方米，因而為今后在國(guó)內(nèi)更廣泛應(yīng)用砂帶磨削創(chuàng)造了很好的條件。沈陽(yáng)地區(qū)的礦山機(jī)器廠，重型機(jī)器廠對(duì)砂帶磨削均有不同的開(kāi)拓應(yīng)用。重慶大學(xué)青年工學(xué)碩士黃云同志和重大機(jī)械廠在科研和生產(chǎn)相結(jié)合方面，成功地闖出了一條新路，研制成功并取得了多種型號(hào)有自己專利的砂簡(jiǎn)易磨床，現(xiàn)已達(dá)到年產(chǎn)數(shù)百臺(tái)規(guī)模。 發(fā)展重負(fù)荷磨削、磨削速度已達(dá)80m/s及壓力250~500kgf(2500N~5000N)以上使金屬去除率大大提高。冶金行業(yè)近年自國(guó)外引進(jìn)不少高效鋼坯磨床外，由冶金部組織東北工學(xué)院，蘇州冶金機(jī)械廠等單位開(kāi)發(fā)了YLM－1型雙面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線，填補(bǔ)了當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)空白。重慶特殊鋼廠發(fā)展的鋼坯磨削技術(shù)在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)多年考驗(yàn)證明是成功的。在這方面第三砂輪廠已擁有大批量生產(chǎn)高速重負(fù)荷砂輪的技術(shù)能力及生產(chǎn)能力，第三砂輪廠不僅已對(duì)63m/s 250~500kgf砂輪進(jìn)行了鑒定，而且也已試制了80m/s重負(fù)荷砂輪，在磨料方面已采用了粗粒度剛玉，燒結(jié)剛玉及二者混合壓制燒結(jié)產(chǎn)品，得到了用戶歡迎。從磨削科技進(jìn)展看，在高速重負(fù)荷磨削方面由于寶山鋼廠、大冶、大連、長(zhǎng)城、齊齊哈爾諸鋼廠引進(jìn)國(guó)外許多鋼坯磨床，而促進(jìn)了重負(fù)荷磨削的發(fā)展。 發(fā)展了其它各種形式的磨削。如磁力研磨(哈工大)、砂頁(yè)輪拋光磨削(河北煤建學(xué)院），磨料流加工工藝(一汽)，立軸平磨的強(qiáng)力磨削(東工)。為了提高磨削效率而積極研究各種磨削液，如對(duì)鈦材的加工(西北工大)，SM－2化學(xué)合成磨削液(東工)，發(fā)展GL1系列重力式紙帶過(guò)濾機(jī)(上海磨研所)。而大連組合機(jī)床所研制的多種型號(hào)半自動(dòng)離心式凈化裝置及全自動(dòng)紙帶過(guò)濾機(jī)可廣泛應(yīng)用于各種精密磨床，珩磨拋光等。在高效磨齒工藝方面，上海磨床所發(fā)展了用球面蝸杠砂輪磨，重慶大學(xué)在高效磨齒工藝上做了很多工作。 2. 繼續(xù)提高磨削精度、質(zhì)量、發(fā)展超精密磨削 在高精度磨削所需要的磨慶方面，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，已批量生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。上海機(jī)床廠已有多年生產(chǎn)。北京第二機(jī)床廠的MG1420E，MG1432E屬于部?jī)?yōu)產(chǎn)品，上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的MGBA1420為遠(yuǎn)銷國(guó)外的產(chǎn)品，漢江機(jī)床廠的SGK7303型為數(shù)控高精度千分尺絲杠磨床，MMB8612型半自動(dòng)花鍵軸磨床。此外還有絲杠磨床及內(nèi)螺紋磨床及蝸杠磨床等。 提高磨削精度仍是工藝的主要方面，在高精度平面磨削中為了降低由于砂輪不平衡而造成的波紋，已開(kāi)展試用CBN砂輪磨削。立軸平面磨床砂輪對(duì)精度及波紋的影響的研究(杭州機(jī)床廠)，滾珠螺母內(nèi)滾邊的磨削精度的研究(西安交大)等。 提高表面質(zhì)量與改善磨削表面質(zhì)量情況是重要方面。這方面研究工作進(jìn)行較多的如預(yù)應(yīng)力磨削表面殘余力研究(華南理工大學(xué))，磨削燒傷用模糊數(shù)學(xué)法加以預(yù)測(cè)(吉林工大)或用模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)定磨削表面質(zhì)量等(北方工大)。 隨著集成電路等工業(yè)部門(mén)的興起，硅片內(nèi)孔切割用的金鋼石薄片砂輪已成功生產(chǎn)，表面超精密加工的科技工作已在一些研究院所及高校進(jìn)行。 1991年5月沈陽(yáng)第一機(jī)床廠等單位成功地研制了小徑定心花鍵側(cè)面磨床磨削工藝，為貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB－1144－87矩形花鍵連接標(biāo)準(zhǔn)提供了重要技術(shù)依據(jù)，并且在1991年9月的第二屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展出了據(jù)此工藝而研制成功的MB8712型立式矩形花鍵孔鍵側(cè)磨床，為今后機(jī)床行業(yè)滑動(dòng)花鍵副及相應(yīng)齒輪副配合質(zhì)量的進(jìn)一步提高創(chuàng)造了有利條件。 3. 繼續(xù)為提高磨削加工過(guò)程的自動(dòng)化程度、發(fā)展數(shù)控磨床、附加數(shù)顯裝置及自動(dòng)測(cè)量等 我國(guó)目前磨床品種雖已達(dá)400種左右，但對(duì)于數(shù)控生產(chǎn)型及自動(dòng)化生產(chǎn)型的產(chǎn)品還感不足，上海重型機(jī)床廠與德國(guó)合作生產(chǎn)的30－158精密尤門(mén)導(dǎo)軌磨床，配有自行開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，具有NC設(shè)定選擇粗精磨削量，凹凸形狀的磨削功能，已向國(guó)內(nèi)外提供了數(shù)臺(tái)產(chǎn)品。險(xiǎn)峰機(jī)床廠與德國(guó)瓦德里希.濟(jì)根廠合作生產(chǎn)MK84125，MQK84315型數(shù)控軋輥磨床，提供給武鋼等大型企業(yè)。武漢機(jī)床廠發(fā)展了MK6430數(shù)控滾刀刃磨床，精度可達(dá)AA級(jí)，無(wú)錫機(jī)床廠為滿足噴油嘴大批量、高精度生產(chǎn)而開(kāi)發(fā)了WX－042A噴油咀中孔座面自動(dòng)磨床。北京第二機(jī)床廠開(kāi)發(fā)了MG1320數(shù)控外圓磨床和MGB1420E高精度半自動(dòng)萬(wàn)能外圓磨床，MBS1320E半自動(dòng)高速外圓磨床。此海第三機(jī)床廠的MGBA高精度半自動(dòng)萬(wàn)能外圓磨床，MK1320數(shù)控外圓磨床，MK2945數(shù)控立式單柱座標(biāo)磨都為磨加工高度自動(dòng)化增添了新設(shè)備。沙市機(jī)床工業(yè)公司的生產(chǎn)的3MZ306全自動(dòng)軸承溝道超精研機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)而且粗糙度可達(dá)Ra0.16~0.02um。 上海機(jī)床廠、濟(jì)南第四機(jī)床廠分別制造了H194數(shù)控端面外圓磨床和J4－026型高精度數(shù)控外圓磨床，還開(kāi)發(fā)了MK9020數(shù)控光學(xué)曲線磨床。在自動(dòng)化軸承環(huán)內(nèi)外圓磨床方面開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)的型號(hào)有3MZK203B，3MA1410S，MZ208C等等。在磨床用數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，有北京機(jī)床研究所承擔(dān)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所參加研制的產(chǎn)品，測(cè)量范圍為ф5~ф180mm，重復(fù)性<1μm。 4. 發(fā)展超硬磨料磨削 我國(guó)從六十年代人工合成金鋼石，并在其后研制成功立方氮化硼CBN，現(xiàn)在有的工廠已達(dá)到年產(chǎn)金剛石數(shù)百萬(wàn)克拉的可觀規(guī)模。雖然比不上國(guó)外個(gè)別大國(guó)已所產(chǎn)數(shù)以千萬(wàn)克拉計(jì)的人造金鋼石和CBN，但是國(guó)內(nèi)在這方面的進(jìn)展還是相當(dāng)迅速的。一個(gè)重要問(wèn)題是企業(yè)要對(duì)應(yīng)用金剛石及立方氮化硼有個(gè)觀念上的改變，即從極高的磨削比和被磨零件產(chǎn)品質(zhì)量上著眼，推廣使用超硬磨料磨具。國(guó)內(nèi)個(gè)別很有遠(yuǎn)見(jiàn)的工廠考慮到含碳類鋼鐵材料的廣泛應(yīng)用，及早引進(jìn)國(guó)外較為先進(jìn)的CBN生產(chǎn)技術(shù)，這無(wú)疑是正確的。 改進(jìn)對(duì)超硬磨料磨具的修整，改善對(duì)難加工材料的磨削。國(guó)內(nèi)這方面以航天航空部門(mén)及其所屬大學(xué)和研究所開(kāi)展工作較多。例如： 對(duì)鈦合金的在削(南航、浙大)，高效鈦合金磨削液的研究(西北工大)，不同砂輪磨削熱噴焊鎳基合金的效果(鄭州三磨所)。 以金鋼石砂輪磨削工程陶瓷材料方面，國(guó)內(nèi)近年開(kāi)展工作較多的如華中理工大學(xué)、東北工學(xué)院、鄭州三磨所、天津大學(xué)等，東北工學(xué)院還和日本關(guān)西大學(xué)對(duì)金屬陶瓷磨削研究進(jìn)行了國(guó)際間協(xié)作。 M17鎳基合金的緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削燒傷問(wèn)題西北工大與沈陽(yáng)航院聯(lián)合進(jìn)行了研制，另對(duì)等離子噴涂碳化鎢高硬材料的磨削進(jìn)行了研究(東北工學(xué)院)。 陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪磨削機(jī)床導(dǎo)軌問(wèn)題，多年前在日本東芝機(jī)械等機(jī)床廠開(kāi)始了實(shí)際有交的應(yīng)用，目前已在上海機(jī)床廠等單位以端面磨削方式得到了很好應(yīng)用，這是鄭州磨料磨具磨削研究所和上海磨床研究所共同進(jìn)行的，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠用CBN砂輪對(duì)內(nèi)花鍵側(cè)面磨削工藝已成功地通過(guò)了部級(jí)科技鑒定。 5. 發(fā)展其他形式的磨削以及非金屬材料的削 例如開(kāi)展了電解研磨復(fù)合加工，用冰層緊固法的電子冷凍磨削加工(沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院)，深孔珩磨中的內(nèi)孔表面質(zhì)量，大型精密油缸孔徑的研磨技術(shù)(上海試驗(yàn)機(jī)廠)等，在一汽開(kāi)展了磨料流加工，大連理工大學(xué)研究了粘彈磨料加工。煙臺(tái)砂輪廠近幾年先后研制成功了樹(shù)脂結(jié)合劑強(qiáng)力珩磨油石，金鋼石珩磨油石，和蝸桿珩磨砂輪等系列產(chǎn)品，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，在推廣應(yīng)用強(qiáng)力珩磨新工藝工作中，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 在開(kāi)展石材加工方面，鄭州磨料所研究了菱苦土磨具及其在石材工業(yè)中的應(yīng)用，該所還研究了花崗石拋光方法的合理選擇及拋光機(jī)理的研究。武漢工業(yè)大學(xué)對(duì)單顆磨粒犁削石材削量的計(jì)算方面進(jìn)行了研究。大連理工大學(xué)對(duì)巖石磨削拋光機(jī)理及工藝做了系統(tǒng)而深入的研究。 玻璃的磨削及拋光，研磨是一個(gè)重要方面，遠(yuǎn)自五、六十年代我國(guó)對(duì)光學(xué)玻璃的加工主要是研磨進(jìn)行了大量生產(chǎn)上的使用，近十年由于建材工業(yè)和輕工業(yè)的發(fā)展，玻璃的圓角加工，倒棱加工，斜邊加工(主要用于制鏡業(yè)，全國(guó)已有數(shù)以百計(jì)的制鏡廠和數(shù)以成百上千的金剛石磨削玻璃邊緣的磨床)也用了大量金剛石砂輪進(jìn)行加工，其中最新例子為輕工部沈陽(yáng)輕工機(jī)械研究所研制成功的MB－10B型十個(gè)金剛石砂輪磨頭的玻璃斜邊磨削機(jī)床，已達(dá)到國(guó)際上八十年代初技術(shù)水平，于1991年12月通過(guò)部級(jí)鑒定。 另一種特殊磨削加工為電火花加工與磨料復(fù)合加工，例如營(yíng)口電火花機(jī)床廠最近推出的產(chǎn)品之一是DM6350電火花內(nèi)孔磨床，以銅線做電極磨削各種硬度的金屬小孔。 6. 重視磨削加工的理論研究，積極開(kāi)展國(guó)內(nèi)外科技交流的協(xié)作 國(guó)內(nèi)對(duì)磨削加工理論研究是重視的，同時(shí)同樣重視理論研究與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，盡快將研究成果變?yōu)樯a(chǎn)力。由鄭州三磨所和七所高校牽頭，每?jī)赡暾匍_(kāi)一次磨削及表面質(zhì)量研討會(huì)。 一項(xiàng)雙邊及多邊的國(guó)際金屬切削及特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議IMCC，每?jī)赡昱e行一次，迄今在國(guó)內(nèi)已舉行了五次，每次都有大量的磨削，方面科研論文在會(huì)上宣讀。 除上述外近十年國(guó)內(nèi)學(xué)者及科技人員在美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)ASME，日本精密工程學(xué)會(huì)JSPE及其他國(guó)際各類學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了不少篇磨削加工方面的研究成果。特別是在國(guó)際上影響更大些的國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)CIRP年會(huì)上發(fā)表了十篇左右的磨削加工科技論文，從而在國(guó)際磨削加工學(xué)術(shù)界有了一定的影響。 1.4 磨削原理 研究磨具與工件在磨削加工過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象及其內(nèi)在聯(lián)系的一門(mén)學(xué)科。磨削原理的研究?jī)?nèi)容主要包括磨屑形成過(guò)程、磨削力和磨削功率、磨削熱和磨削溫度、磨削精度和表面質(zhì)量、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本質(zhì)，并據(jù)以改進(jìn)或創(chuàng)造磨削方法。 磨削原理的研究始于1886年，美國(guó)的C.H.諾頓和C.艾倫合作研究砂輪和磨削過(guò)程，20年之后制訂出正確選擇砂輪類別和砂輪速度的原則；同時(shí)發(fā)現(xiàn)為了提高磨削效率和精度，必須對(duì)砂輪進(jìn)行平衡，并在磨削過(guò)程中正確地修整砂輪(見(jiàn)砂輪修整)和使用切削液。1914～1915年，英國(guó)的J.格斯特和美國(guó)的G.奧爾登對(duì)磨削用量、磨屑大小和選擇砂輪等問(wèn)題又作了進(jìn)一步的研究。此后，磨削原理的研究不斷深入。在磨屑形成方面，德國(guó)的K.克魯格對(duì)砂輪上磨粒與工件的接觸弧長(zhǎng)和影響單顆磨粒的切深的因素進(jìn)行了幾何計(jì)算和研究在1925年提出了研究報(bào)告。德國(guó)的M.庫(kù)萊恩和G.施勒辛格爾以及日本的關(guān)口八重吉等人對(duì)磨削力作了研究，在20年代末至30年代先后提出了磨削過(guò)程中影響磨削力的諸因素，并使磨削力的測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展。從30年代起，隨著測(cè)量磨削表面溫度實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了有關(guān)磨削熱的理論研究。對(duì)于砂輪磨削性能的理論研究導(dǎo)致一系列新型高速砂輪的出現(xiàn)發(fā)展了砂帶磨削。由于金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用，磨削原理又得到新的發(fā)展。70年代以來(lái)，應(yīng)用掃描電子顯微鏡對(duì)磨削的微觀過(guò)程和超精密磨削的機(jī)理作了深入的分析。 1. 磨屑形成過(guò)程 磨粒在磨具上排列的間距和高低都是隨機(jī)分布的，磨粒是一個(gè)多面體，其每個(gè)棱角都可看作是一個(gè)切削刃，頂尖角大致為90°～120°，尖端是半徑為幾微米至幾十微米的圓弧。經(jīng)精細(xì)修整的磨具其磨粒表面會(huì)形成一些微小的切削刃，稱為微刃。磨粒在磨削時(shí)有較大的負(fù)前角(見(jiàn)刀具)，其平均值為-60°左右。磨粒的切削過(guò)程可分3個(gè)階段。 ①滑擦階段：磨粒開(kāi)始擠入工件，滑擦而過(guò)，工件表面產(chǎn)生彈性變形而無(wú)切屑。 ②耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產(chǎn)生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側(cè)和前端堆高隆起； ③切削階段：切入深度繼續(xù)增大，溫度達(dá)到或超過(guò)工件材料的臨界溫度，部分工件材料明顯地沿剪切面滑移而形成磨屑。 圖1-1 磨粒的切削過(guò)程(局部放大) 根據(jù)條件不同，磨粒的切削過(guò)程的3個(gè)階段可以全部存在，也可以部分存在。磨屑的形狀有帶狀、擠裂狀和熔融的球狀等，可據(jù)以分析各主要工藝參數(shù)、砂輪特性、冷卻潤(rùn)滑條件和磨料的性能等對(duì)磨削過(guò)程的影響，從而尋求提高磨削表面質(zhì)量和磨削效率的措施。 圖1-2 磨屑的形狀 2. 磨削力和磨削功率 磨削時(shí)磨粒受到工件材料變形的阻力以及磨粒與工件表面間的摩擦力，形成磨削力。磨削力可按工件與磨具的相對(duì)位置分解為切向分力Ft，法向分力Fn和軸向分力Fa。一般法向分力較大，隨著工件材料和砂輪特性的不同，F(xiàn)n/Ft=1.5～3；當(dāng)采用潤(rùn)滑性能好的切削液時(shí)，由于摩擦力減少，F(xiàn)n/Ft可高達(dá)4。軸向分力較小，一般可不予考慮。磨削功率Pm(千瓦)與切向分力F(N)和磨削速度(米/秒)的關(guān)系如下式：Pm=Ft?v/1000。在特定的磨削條件下，都有一個(gè)最佳磨削力區(qū)間，采用該區(qū)間的磨削力加工可獲得較高的金屬切除率、較小的表面粗糙度和較長(zhǎng)的砂輪壽命，因此發(fā)展了在磨削過(guò)程中使磨削力按預(yù)定數(shù)值保持恒定的控制力磨削技術(shù)。 3. 磨削熱和磨削溫度 磨削過(guò)程中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)槟ハ鳠?。試?yàn)研究表明，根據(jù)磨削條件的不同，磨削熱約有60～85％進(jìn)入工件，10～30％進(jìn)入砂輪，0.5～30％進(jìn)入磨屑，另有少部分以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射形式散出。磨削時(shí)每顆磨粒對(duì)工件的切削都可以看作是一個(gè)瞬時(shí)熱源，在熱源周圍形成溫度場(chǎng)。磨削區(qū)的平均溫度約為400～1000℃，至于瞬時(shí)接觸點(diǎn)的最高溫度可達(dá)工件材料熔點(diǎn)溫度。磨粒經(jīng)過(guò)磨削區(qū)的時(shí)間極短一般在0.01～0.1毫秒以內(nèi)，在這期間以極大的加熱速度使工件表面局部溫度迅速上升，形成瞬時(shí)熱聚集現(xiàn)象會(huì)影響工件表層材料的性能和砂輪的磨損。 4. 磨削精度和表面質(zhì)量 大多數(shù)情況下磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質(zhì)量。磨削力造成磨削工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)，磨削熱引起工藝系統(tǒng)的熱變形，兩者都影響磨削精度。磨削表面質(zhì)量包括表面粗糙度、波紋度、表層材料的殘馀應(yīng)力和熱損傷(金相組織變化、燒傷、裂紋)。影響表面粗糙度的主要因素是磨削用量、磨具特性、砂輪表面狀態(tài)(也稱砂輪地形圖)、切削液、工件材質(zhì)和機(jī)床條件等。產(chǎn)生表面波紋度的主要原因是工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。由于磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會(huì)產(chǎn)生殘馀應(yīng)力。殘馀壓應(yīng)力可提高工件的疲勞強(qiáng)度和壽命；殘馀拉應(yīng)力則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度，當(dāng)殘馀拉應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨削裂紋。磨削過(guò)程中因塑性變形而發(fā)生的金屬?gòu)?qiáng)化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會(huì)因磨削熱的影響，使強(qiáng)化了的金屬發(fā)生弱化。例如砂輪鈍化或切削液不充分，在磨削表面的一定深度內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)回火軟化區(qū)，使表面質(zhì)量下降，同時(shí)在表面出現(xiàn)明顯的褐色或黑色斑痕，稱為磨削燒傷。 5. 磨削效率 評(píng)定磨削效率的指標(biāo)是單位時(shí)間內(nèi)所切除材料的體積或質(zhì)量，用mm3/s或kg/h表示。提高磨削效率的途徑有：①增加單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)，如采用高速磨削或?qū)捝拜喣ハ鳎虎谠黾用款w磨粒的切削用量，如采用強(qiáng)力磨削。在砂輪兩次修整之間切除金屬的體積與砂輪磨損的體積之比稱為磨削比(也有以兩者的重量比表示的)。磨削比大，在一定程度上說(shuō)明砂輪壽命較長(zhǎng)。磨削比減小，將增加修整砂輪和更換砂輪的次數(shù)，從而增加砂輪消耗和磨削成本。影響磨削比的因素有：?jiǎn)挝粚挾鹊姆ㄏ蚰ハ鞣至Α⒛ハ魉俣纫约澳チ系姆N類、粒度和硬度等。一般單位法向磨削分力越小或磨削速度越高，則磨削比越大；砂輪粒度較細(xì)和硬度較高時(shí)，磨削比也較大。 6. 磨削加工的特點(diǎn) 磨削加工是一種把磨粒作為切削刃的切削工藝。磨削加工的基本原理與其他切削加工原理基本一致，但有些因素又使磨削加工不同于切削加工。磨削加工有以下特點(diǎn)： ●切削工具是無(wú)固定形狀的，磨粒在砂輪中的分布是無(wú)規(guī)律的。 ●磨削加工時(shí)，切刃會(huì)發(fā)生變化。磨削工具在切削過(guò)程中，磨程度上會(huì)切刃自銳化。即有些磨理會(huì)破碎形成新的切削刃，同時(shí)有些磨耗的磨粒自行脫落而被新的鋒銳磨粒代替。 ●負(fù)的切削角度。磨粒不規(guī)則的鈍外形常使得磨削前角為負(fù)值。 ●擁有大量的切削刃。 ●極高的切削度。通常靜磨加工所用的切削速度（35米/秒=21-米/分鐘）大大高于其他切削工藝。 ●切屑很小。即每個(gè)磨刃的切削深度極小。 ●磨削加工時(shí)磨屑形成的簡(jiǎn)圖。磨削角一般為負(fù)值。 1.5 磨削技術(shù)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) 1. 磨削技術(shù)發(fā)展概述 一般來(lái)講，按砂輪線速度V s 的高低將磨削分為普通磨削(V s ＜45 m/s)、高速磨削 (45≤V s ＜150 m/s)、超高速磨削(V s ≥150 m/s)。按磨削精度將磨削分為普通磨削、精密磨削(加工精度1 μm～0.1 μm、表面粗糙度R a 0.2 μm～0.1 μm)、超精密磨削(加工精度＜0.1 μm , 表面粗糙度R a ≤0.025 μm)。按磨削效率將磨削分為普通磨削、高效磨削。高效磨 削包括高速磨削、超高速磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂帶磨削、快速短行程 磨削、高速重負(fù)荷磨削。 高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國(guó)和日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展很快，如德國(guó)的Aa chen大學(xué)、Bremm大學(xué)、美國(guó)的Connecticut大學(xué)等，有的在實(shí)驗(yàn)室完成了V s 為250 m/ s、350 m/s、400 m/s的實(shí)驗(yàn)。據(jù)報(bào)道，德國(guó)Aachen大學(xué)正在進(jìn)行目標(biāo)為500 m/s的磨削實(shí)驗(yàn) 研究。在實(shí)用磨削方面，日本已有V s =200 m/s的磨床在工業(yè)中應(yīng)用。 我國(guó)對(duì)高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，如湖南大學(xué)在70年代末期便進(jìn)行了80m/s、1 20 m/s的磨削工藝實(shí)驗(yàn)；前幾年，某大學(xué)也計(jì)劃開(kāi)展250 m/s的磨削研究(但至今尚未見(jiàn)到這 方面的報(bào)道)，所以說(shuō)有些高速磨削技術(shù)還只是實(shí)驗(yàn)而已，尚未走出實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)還遠(yuǎn)沒(méi)有 成熟，特別是超高速磨削的研究還開(kāi)展得很少。在實(shí)際應(yīng)用中，砂輪線速度V s 一般還 是45～60 m/s。 國(guó)內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細(xì)磨料磨具進(jìn)行亞微米級(jí)以下切深磨削的研究，以 獲得亞微米級(jí)的尺寸精度。微細(xì)磨料磨削，用于超精密鏡面磨削的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的金剛石 磨粒平均直徑可小至4 μm。日本用激光在研磨過(guò)的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致 的微小切刃，對(duì)硬脆材料進(jìn)行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要 用于磨削難加工材料，精度可達(dá)0.025 μm。日本開(kāi)發(fā)了電解在線修整(ELID)超精密鏡面磨 削技術(shù)，使得用超細(xì)微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能，可實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高精度、 高效率的超精密磨削。作平面研磨運(yùn)動(dòng)的雙端面精密磨削技術(shù)，其加工精度、切除率都比研 磨高得多，且可獲得很高的平面度。電泳磨削技術(shù)也是一種新的超精密及納米磨削技術(shù)。 隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機(jī)床中也占有相當(dāng)大的比例。據(jù)1997年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(E MO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá)42%，車床占23%，銑床占22%，鉆 床占14%。我國(guó)從1949～1998年，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有1800多種，專用磨床有幾百種，磨床 的擁有量占金屬切削機(jī)床總擁有量的13%左右?？梢?jiàn)，磨削技術(shù)及磨床在機(jī)械制造業(yè)中占有 極其重要的位置。 為什么磨削技術(shù)會(huì)不斷地發(fā)展？主要原因如下： 1)加工精度高　由于磨削具有其它加工方法無(wú)法比擬的特點(diǎn)，如砂輪上參 與切削的磨粒多，切削刃多且?guī)缀涡螤畈煌?；僅在較小的局部產(chǎn)生加工應(yīng)力；磨具對(duì)斷續(xù)切 削、工件硬度的變化不很敏感；砂輪可實(shí)現(xiàn)在線修銳等，因而可使加工件獲得很高的加工精 度。 2)加工效率高　如緩進(jìn)給深磨，一次磨削深度可達(dá)到0～25 mm，如將砂輪修 整成所需形狀，一次便可磨出所需的工件形狀。而當(dāng)V s 進(jìn)一步提高后，其加工效率則 更高。 3)工程材料不斷發(fā)展　 許多材料(如陶瓷材料、玻璃材料等)在工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，有些材料只能采用磨削加工 ，需要有新的磨削技術(shù)及磨削工藝與之相適應(yīng)。 4)新的磨料磨具　如人造金剛石砂輪、CBN砂輪的出現(xiàn)，擴(kuò)大了磨削加工的 應(yīng)用范圍。 5)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展　如砂輪制造技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、 支撐技術(shù)等，促進(jìn)了磨削技術(shù)及磨削裝備的發(fā)展。 總之，磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機(jī)械加工中起著非常重要的作用。目前，磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 是，發(fā)展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機(jī)理并開(kāi)發(fā)其新的磨削工藝 技術(shù)，研制高精度、高剛性的自動(dòng)化磨床。 2. 磨削的關(guān)鍵技術(shù)研究 就磨削而言，特別就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言，其涉及的內(nèi)容廣泛，不僅包括 磨削本身的技術(shù)，也集中了其它相關(guān)的技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)介紹如下： 1）　磨削機(jī)理及磨削工藝的研究 通過(guò)對(duì)磨削機(jī)理和磨削工藝的研究，揭示各種磨削過(guò)程、磨削現(xiàn)象的本質(zhì)，找出其變化規(guī)律 ，例如，磨削力、磨削功率、磨削熱及磨削溫度的分布、切屑的形成過(guò)程、磨削燒傷、磨削 表面完整性等的影響因素和條件；不同工件材料(特別是難加工材料和特殊功能材料)和磨削 條件的最佳磨削參數(shù)；磨具的磨損，新型磨具材料的磨削性能等，只有通過(guò)磨削機(jī)理和磨 削工藝的研究，才能確定最佳的磨削范圍，獲取最佳的磨削參數(shù)。 對(duì)普通磨削而言，在磨削機(jī)理和磨削工藝方面已開(kāi)展了廣泛而深入的研究。在精密及超精密 磨削、高速高效磨削的磨削機(jī)理和磨削工藝方面，針對(duì)不同的工程材料(如陶瓷和玻璃) 國(guó) 內(nèi)外開(kāi)展了一些研究，但還很不全面，尚未形成完整的理論體系，還需進(jìn)行廣泛的研究，找 出其內(nèi)在的規(guī)律。可見(jiàn)，需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn)有，①磨削過(guò)程、磨削現(xiàn)象（如磨削力、磨削溫度、磨削燒傷及裂紋等）的研究；②磨削工藝參數(shù)優(yōu)化的研究；③不同材料（常用材料）的磨削機(jī)理的研究；④磨削過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真的研究。 2）　高速、高精度主軸單元制造技術(shù) 主軸單元包括主軸動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架幾個(gè)部分，它影響著加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性 及應(yīng)用范圍，其動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性對(duì)高速高效磨削、精密超精密磨削起著關(guān)鍵的作用。 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，特別是在砂輪直徑受到限制的場(chǎng)合（如內(nèi)圓磨 削）。因而，適應(yīng)于高精度、高速及超高速磨床的主軸單元是磨床的關(guān)鍵部件。而對(duì)于高 速高精度主軸單元系統(tǒng)，應(yīng)該是剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫升小、穩(wěn)定性好、可靠，功 耗低，壽命長(zhǎng)，同時(shí)，成本也應(yīng)適中。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡，主軸的支撐 (軸承)，主軸系統(tǒng)的潤(rùn)滑和冷卻，系統(tǒng)的剛性等是很重要的。 國(guó)外主軸單元技術(shù)的發(fā)展很快，有些公司專門(mén)提供各種功能的主軸單元部件，這種主軸單元 部件可以方便地配置到加工中心、超高速切削機(jī)床上。近年來(lái)高速和超高速磨床越來(lái)越多地 用電主軸作為其主軸單元部件，如美國(guó)福特公司和Ingersoll公司推出的加工中心，其主軸 單元就是用的電主軸，其功率為65 kW，最高轉(zhuǎn)速達(dá)15 000 r/min，電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間很短； 在EMO'97上，電主軸是機(jī)床制造技術(shù)中最熱門(mén)的功能部件，參展商達(dá)36家；美國(guó)Landis公 司的超高速曲軸、凸輪軸磨床的砂輪主軸，也都用電主軸。 目前，國(guó)內(nèi)主軸單元的速度大約在10 000 r/min以下，且其精度、剛性及穩(wěn)定性有待于考驗(yàn) 和提高。同時(shí)，缺乏高速、高精度、大功率的主軸單元(電主軸)。需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn)如 下：①大功率、高轉(zhuǎn)速和高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)；②高剛性、高精度、高轉(zhuǎn)速重負(fù) 荷的軸承或支承件的研究與開(kāi)發(fā)；③高速、高剛性、高精度的砂輪主軸和工件頭架主軸的制 造技術(shù)。 3）精密、高速進(jìn)給單元制造技術(shù) 進(jìn)給單元包括伺服驅(qū)動(dòng)部件、滾動(dòng)單元、位置監(jiān)測(cè)單元等。進(jìn)給單元是使砂輪保持正常工作 的必要條件，也是評(píng)價(jià)高速、高效及超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一，因此，要求進(jìn)給單元 運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，分辨率高，定位精度高，沒(méi)有爬行，有較大的移動(dòng)范圍(既要適合空行程時(shí)的快 進(jìn)給，又要適應(yīng)加工時(shí)的小進(jìn)給或者微進(jìn)給)，既要有較大的加速度，又要有足夠大的推力 ，剛性高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，定位精度好。 數(shù)控機(jī)床普遍采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)(交直流伺服電機(jī))與滾動(dòng)絲杠組合的軸向進(jìn)給方案。但隨著高 速高精度加工的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都普遍采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，高動(dòng)態(tài)性能的直線 電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，可達(dá)到較高的調(diào)整質(zhì)量，也可滿足上述要求，如德國(guó)西門(mén)子公司就 在CIMT'97作了直線電機(jī)120 m/min高速進(jìn)給的表演，而該公司的直線電機(jī)最大進(jìn)給速度可達(dá) 200 m/min, 其最大推力可達(dá)6600 N，最大位移距離為504 mm。又如日本三井精機(jī)公司生產(chǎn) 的高速工具磨床，主軸上下移動(dòng)(行程25 mm)采用直線電機(jī)后，可達(dá)400次/min，是原來(lái)的2 倍，加工效率提高3～4倍。我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)(特別是高速、高精度進(jìn)給系統(tǒng))與國(guó)外相 比還有很大的差距，其快速進(jìn)給的速度一般為24 m/min?？梢?jiàn)，為了適應(yīng)精密、高速及超高 速磨床的發(fā)展，在以下幾個(gè)方面應(yīng)重點(diǎn)研究：①高速精密交流伺服系統(tǒng)及電機(jī)的研究；②直線伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究；③高速精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程滾珠絲杠副的研究；④高精度導(dǎo)軌、新型導(dǎo)軌摩擦副的研究；⑤能適應(yīng)超精密磨削的高靈敏度、超微進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌副的研究。 4）砂輪制造及其新技術(shù) 隨著工程材料的發(fā)展及其應(yīng)用，CBN砂輪和人造金剛石砂輪的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而砂輪的許 用線速度也要求較高，一般在80 m/s以上。單層電鍍CBN砂輪的線速度可達(dá)250 m/s，發(fā)展超 高速磨削也需要150 m/s以上的砂輪，但國(guó)內(nèi)80～120 m/s的CBN砂輪仍在研制之中。 此外，砂輪的設(shè)計(jì)，其截面形狀的優(yōu)化、粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度及其適用性、砂輪基體的材料、 砂輪的制造技術(shù)(特別是對(duì)微細(xì)磨料磨具的制造技術(shù))等都是非常重要的，仍需對(duì)一些關(guān)鍵技 術(shù)進(jìn)行攻關(guān)：①砂輪基體材料及制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)及其優(yōu)化；②砂輪新型粘結(jié)劑(特別是適用于制造微細(xì)磨料磨具的粘結(jié)劑)的研究；③新型磨料的制備工藝，如可使磨料容易產(chǎn)生新的切削刃；④新型砂輪的制造工藝，既要使砂輪具有足夠