1、a,1,第三章 研磨加工原理,a,2,第三章 研磨加工原理,3.1 磨粒加工與磨粒 3.2 研磨加工的特徵 3.3 磨輪 3.4 研磨加工用工作母機(jī) 3.5 研磨加工原理,a,3,第三章 研磨加工原理,3.6 磨輪損耗(脫落、不脫落、填塞) 與壽命 3.7 影響研磨加工面精密度的因素 3.8 各種磨床的精密機(jī)械加工原理,a,4,3.1 磨粒加工與磨粒,使用磨粒的硬粒子，進(jìn)行機(jī)械式去除的加工方法，稱為磨粒加工。 石器的研磨或?qū)毷蔫嵖?，與人類的出現(xiàn)，同為發(fā)展最古老之加工技術(shù)。 現(xiàn)在的半導(dǎo)體之研磨加工，是使用最尖端的超精密加工技術(shù)。,a,5,3.1.1 磨粒加工的特徵,(1)可加工切削無(wú)法加工的硬

2、材料：一般要以切削刀具加工碎火鋼較困難，故使用磨粒加工 。 (2)可做高精度的加工：磨粒加工因?yàn)槭且詥我坏牡度校コ^小的體積，故可以提高加工精度。 (3)刀刃的再生作用：磨粒在加工中受力而破碎，產(chǎn)生尖銳的刀刃，並更新刀刃。,a,6,表3.1 主要磨粒的特性,a,7,3.1.2 磨粒的種類,1.氧化鋁磨粒：現(xiàn)在使用於工業(yè)上的材料，是以電爐熔化氧化鋁，再徐冷而結(jié)晶的熔融氧化鋁，常使用於鐵系材料的研磨加工。 2.碳化矽磨粒：碳化矽磨粒比氧化鋁磨粒硬且脆，以電阻爐的高溫反應(yīng)，將矽與碳合成。 碳化矽磨粒用於研磨或研光鋼以外的金屬或玻璃、石材等非金屬。,a,8,3.1.2 磨粒的種類,3.鑽石磨粒：鑽石

3、是最硬的物質(zhì)，自古以來(lái)用於寶石的研磨。鑽石的構(gòu)成元素為碳，故不適合加工鋼料，用於加工玻璃、矽、硬度高的陶瓷。 4.CBN磨粒：是硬度僅次於鑽石的物質(zhì)，其構(gòu)成元素為氮與硼，故硬且與鐵的親和性差，最適合加工碎火鋼。 5.其他磨粒：使用游離磨粒的磨削加工，因?yàn)橐笃交募庸っ?，故在常溫是使用硬度較低的磨粒，在高溫是使用硬度不會(huì)降低的磨粒。,a,9,3.1.3 磨粒的大小(粒度)與破脆性,磨粒做為刀具使用時(shí)，必須依加工目的，選擇磨粒的大小。磨粒的大小稱為粒度，表示磨粒的數(shù)字，稱為篩孔尺寸。 磨粒的破脆性與加工中刀刃的再生作用，有很大的關(guān)連，並且為左右加工性能的重要特性值。破脆性愈高，只要以很小的力量，

4、就可以造成微細(xì)的破碎。因?yàn)楫a(chǎn)生新的磨粒刀刃，故能維持銳利的狀態(tài)，但是，磨粒的消耗較快。,a,10,3.2 研磨加工的特徵,研磨加工：是以使用結(jié)合材料，固著磨粒的磨輪，利用固定磨粒的加工，以高速旋轉(zhuǎn)圓板或圓柱狀的磨輪，利用擁有尖銳刀刃的磨粒之切削作用，來(lái)去除材料的加工方法。 其加工單位比切削小，可做較高精度的加工。但是每單位時(shí)間可去除的體積比切削小，其加工效率較低，故為了減少加工時(shí)間或成本，使去除部分的體積在最小限度，是很重要的。,a,11,3.3 磨輪,研磨加工就是以高速旋轉(zhuǎn)，利用結(jié)合材料將硬粒子的磨粒，固著在圓板狀的磨輪上，以磨除工作物的加工方法。 磨輪是由圖3.1所示的磨粒、結(jié)合劑及氣孔所

5、構(gòu)成，這些稱為磨輪三要素。 磨粒是做為產(chǎn)生切屑的刀刃，結(jié)合劑是支持磨粒的構(gòu)造體，磨耗後不能使用的磨粒，對(duì)脫落的再生作用有很大的影響。 氣孔是收容切屑的空間，具有很重要的任務(wù)，是大大影響研磨效率或研磨能量的因素。,a,12,圖3.1 磨輪三要素,a,13,圖3.1 磨輪三要素,a,14,圖3.2 磨輪的JlS表示方法,a,15,圖3.2 磨輪的JlS表示方法,a,16,表3.2 磨輪組織,a,17,表3.3 磨輪結(jié)合劑,a,18,3.4 研磨加工用工作母機(jī),研磨加工是使用稱為磨床的工作母機(jī)，磨床的種類很多，其代表性磨床。 3.4.1 平面磨床 3.4.2 圓筒磨床 3.4.3 內(nèi)孔磨床 3.4.

6、4 無(wú)心磨床 3.4.5 限制加工目的的磨床,a,19,a,20,a,21,3.4.1 平面磨床,平面磨床用於加工平面或溝槽，依磨輪軸的方向，分為2種(圖3.3所示)。 水平磨輪軸，主要以磨輪的圓筒面為工作面的臥式平面磨床與垂直磨輪軸以磨輪端面加工的立式平面磨床。 將工作物載於工作臺(tái)上，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)方形工作臺(tái)與做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓形工作臺(tái)。 (a)臥式平面磨床 (b)立式平面磨床,a,22,圖3.3 平面磨床,a,23,3.4.2 圓筒磨床,在切削加工中，相當(dāng)於車床的工作母機(jī)為磨床。一邊以慢速旋轉(zhuǎn)工作物，一邊以高速旋轉(zhuǎn)磨輪，來(lái)研磨工作物，為以精密加工圓筒面的工作母機(jī)。 依工作物相對(duì)於磨輪的進(jìn)給方向

7、，分為橫行式與凸輪式兩種(圖3.4所示) 。,a,24,圖3.4 圓筒磨床,a,25,3.4.3 內(nèi)孔磨床,為精密加工圓筒內(nèi)孔所需磨床，如圖3.5所示，有工作物旋轉(zhuǎn)的工作物自轉(zhuǎn)式與一邊旋轉(zhuǎn)磨輪軸及一邊作行星運(yùn)動(dòng)的行星式兩種。 在深孔的內(nèi)孔研磨，加長(zhǎng)在前端安裝磨輪的軸，其徑向的剛性很低，故容易產(chǎn)生磨?；虍愴懻饎?dòng)，是一種很難做到高精度加工的研磨技術(shù)。,a,26,圖3.5 內(nèi)孔磨床,a,27,3.4.4 無(wú)心磨床,無(wú)心磨床就是沒(méi)有頂心的磨床，大多使用於量產(chǎn)的汽車或家電產(chǎn)品的軸類零件加工。 圖3.6所示，以調(diào)整輪、承板及磨輪，做三點(diǎn)支撐。一邊將工作物做磨輪軸向進(jìn)給，一邊做圓筒研磨。,a,28,圖3.6

8、 無(wú)心磨床的基本構(gòu)造,a,29,無(wú)心磨床之研磨,a,30,無(wú)心磨床的調(diào)整輪的作用,a,31,3.4.5 限制加工目的的磨床,(1)齒輪磨床、螺紋磨床:做為研磨加工高 精度要求的精密級(jí)齒輪或螺紋等機(jī)械元件的專用機(jī)。 (2)曲軸磨床、凸輪軸磨床:為有效率加工引擎主要零件之曲軸或凸輪軸的專用機(jī)。,a,32,螺紋磨床,a,33,交錯(cuò)或隔山型研磨螺紋,a,34,多山螺紋研磨分粗、中、細(xì)及外圓,a,35,3.4.5 限制加工目的的磨床,(3)刀具磨床:為研磨成形車刀或銼刀的磨床，為了加工車刀的刀鼻曲面或螺旋狀溝槽，除了X、Y、Z三軸外，傾斜、旋轉(zhuǎn)部分很多，故有多軸控制的CNC刀具磨床。 (4)皮帶式磨床:

9、以帶狀研磨布替代磨輪，並以高速磨削工作物的磨床。,a,36,3.5 研磨加工原理,3.5.1 研磨加工的準(zhǔn)備：要求精密度的研磨加工，要做以下的準(zhǔn)備。 1.刀具準(zhǔn)備： 2.修整磨輪： 3.平衡磨輪： 4.研磨液： 5.安全對(duì)策：,a,37,1.刀具準(zhǔn)備,正確整形磨輪的形狀，稱為刀具準(zhǔn)備(修整形狀)。一邊修整磨輪的工作面，一邊造形加工面的研磨加工。 修整形狀用刀具使用金屬結(jié)合的鑽石磨輪，進(jìn)行像圓筒研磨般加工的旋轉(zhuǎn)修整形狀(圖3.7所示)。 旋轉(zhuǎn)修整形狀除了磨輪的整形外，對(duì)磨粒銳利度也是有很大影響。氧化鋁或碳化矽磨粒的磨輪，是使用單粒修整器(圖3.8所示)，像以車床般切削磨輪，來(lái)修整形狀。,a,38

10、,圖3.7 旋轉(zhuǎn)修整形狀,a,39,圖3.8 以單粒鑽石修整器修整一般磨輪,a,40,2.修整磨輪,修整磨輪從進(jìn)行刀具準(zhǔn)備的磨輪工作面，到去除多餘結(jié)合劑的設(shè)置氣孔工作，稱為修整。 一般的方法是以棒狀磨輪，黏土燒結(jié)結(jié)合劑的氧化鋁磨輪，將結(jié)合劑磨除以去掉切屑(圖3.9所示)。,a,41,圖3.9 以棒狀磨石修整超磨粒磨輪,a,42,3.平衡磨輪,磨輪是以30m/s左右的圓周速度，做高速旋轉(zhuǎn)來(lái)使用，高速研磨實(shí)際上已達(dá)到200m/s。磨輪如果不平衡，則在旋轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，在精加工面會(huì)留下波紋狀的凹凸面，更有使磨輪破裂的危險(xiǎn)。 修整後的磨輪平衡，不必將磨輪自凸緣上拆下。磨輪平衡是改變安裝於凸緣上的調(diào)整平

11、衡用配重位置(圖3.10所示)。 調(diào)整平衡配重，可達(dá)數(shù)微克精度。,a,43,圖3.10 調(diào)整平衡用配重的安裝方法,a,44,4.研磨液,研磨加工與切削加工一樣，也使用研磨液。 (1)研磨加工比切削加工，再去除單位體積所需的能量大，比較容易因?yàn)闊岫鴵p傷。為了做到高精度加工，抑制熱膨脹，以冷卻為目的而使用研磨液。 (2)沖掉磨屑或破碎的磨粒，是很重要的作用。 (3)高速旋轉(zhuǎn)的磨輪要加研磨液，由於其周圍的高速，無(wú)法破壞其運(yùn)動(dòng)的空氣膜，使研磨液無(wú)法達(dá)到研磨點(diǎn)，故必須採(cǎi)取排除空氣膜或高壓注液的對(duì)策。,a,45,5. 安全對(duì)策,由於高速旋轉(zhuǎn)的磨輪，具有極大的動(dòng)能，在研磨加工中產(chǎn)生衝擊而破壞，則很可能產(chǎn)生重

12、大事故。 製造磨床的廠商有義務(wù)要安裝磨輪罩，以防止萬(wàn)一磨輪破裂飛出而傷人。 夾持工作物也是很重要的安全對(duì)策，在平面磨床經(jīng)常使用磁性?shī)A頭，利用其磁力來(lái)吸住工作物。,a,46,3.5.2 磨輪切刃的去除作用,(1)如圖3.11所示，磨輪的切刃形狀比切削刀具鈍，其斜角為-60以下。 (2)磨輪的工作面存在有很多的切刃，且為隨機(jī)分佈。 (3)多數(shù)的切刃其磨削量都很少，磨削的厚度僅有區(qū)區(qū)數(shù)微米。 (4)施於磨粒切刃的力量或摩擦熱，會(huì)使磨粒產(chǎn)生微小破碎，產(chǎn)生新切刃的再生作用，故切刃的狀態(tài)隨時(shí)在變化。 (5)磨粒與磨粒間有結(jié)合劑，會(huì)妨礙切屑排出。,a,47,圖3.11 磨粒切刃與切削刀具,a,48,圖3.1

13、2 磨粒切刃產(chǎn)生的切屑,a,49,圖3.13 磨粒切刃產(chǎn)生溝槽的狀態(tài),a,50,圖3.14 切削速度對(duì)切屑變化的影響,a,51,圖3.15 切削速度的變化對(duì)切削殘量的影響,a,52,3.5.3 研磨幾何學(xué)(研磨加工面的造形原理),1.二維去除機(jī)構(gòu) 2.三維去除機(jī)構(gòu) 3.影響去除機(jī)構(gòu)的因素,a,53,1.二維去除機(jī)構(gòu),在實(shí)際的磨輪工作面上，磨粒並不是規(guī)則並排，但是為了分析單純化，假設(shè)磨粒與銼刀一樣，並排在同一圓周上。 圖3.16所示，為圓筒柱塞研磨時(shí)的模式圖。磨輪直徑為ds、工作物直徑為dw、磨輪圓周速度為Vs、工作物圓周速度為Vw、工作物每一迴轉(zhuǎn)的進(jìn)刀量為a。 將研磨過(guò)的磨粒，考慮成磨粒在磨削

14、時(shí)。沿著磨輪外圓周的磨粒或的間隔，稱為連續(xù)切刃間隔。,a,54,圖3.16 二維磨粒的去除作用,a,55,圖3.17 研磨幾何學(xué)(圓筒研磨),a,56,圖3.17 研磨幾何學(xué)(平面研磨),a,57,2.三維去除機(jī)構(gòu),思考各磨粒磨削部分看到的三維機(jī)構(gòu)，如圖3.18，各切刃做成船底形，在精加工面留下細(xì)長(zhǎng)的研磨溝槽。 從這張圖可以了解，存在於磨輪工作面的多數(shù)切刃中，有產(chǎn)生的切屑與加工面的造形無(wú)關(guān)。,a,58,圖3.18 三維去除機(jī)構(gòu),a,59,圖3.19 切屑的平均體積與平均切削截面積,a,60,3.影響去除機(jī)構(gòu)的因素,(1)磨輪軸的迴轉(zhuǎn)精度及磨床的振動(dòng):以磨輪與工作物是做正確圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的假

15、設(shè)基礎(chǔ)上。而實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生數(shù)微米(m)的振動(dòng)或偏擺。 (2)磨輪的彈性變形:磨輪的彈性變形為鋼的數(shù)分之一到十分之一左右，故在磨輪與工作物的接觸點(diǎn)，磨輪的彈性變形很大。 (3)結(jié)合材料的存在:在磨輪的工作面上，除了磨粒外還有結(jié)合劑，結(jié)合劑接觸到工作物，也有可能會(huì)大大妨礙切屑的排出。,a,61,3.5.4 研磨阻力與比研磨能量,1.切線研磨阻力與法線研磨阻力 2.比研磨能量 3.影響研磨阻力的各種因素,a,62,1.切線研磨阻力與法線研磨阻力,研磨阻力如圖3.20所示，大多由磨輪與工作物的接觸狀態(tài)，區(qū)分為切線方向的切線研磨阻力(切線分力)與切線分力垂直的法線研磨阻力(法線分力)。 切削加工一般分為3

16、分力，而在研磨加工中，磨輪軸向幾乎不產(chǎn)生力量，故只採(cǎi)用2分力。,a,63,a,64,a,65,a,66,a,67,2.比研磨能量,以去除工作物的體積除研磨能量所得到的值，稱為比研磨能量以下式表示。,a,68,3.影響研磨阻力的各種因素,研磨阻力依粒度或結(jié)合度等磨輪規(guī)格、刀具準(zhǔn)備、修整的磨輪工作面上形態(tài)及去除效率等研磨條件，而有很大的變化。 圖3.22為進(jìn)行研磨，同時(shí)產(chǎn)生研磨阻力的變化例。為了確保精加工面的粗糙度，而進(jìn)行細(xì)心的修整，則研磨阻力會(huì)變大。 圖3.23為進(jìn)行研磨，所測(cè)量的研磨阻力之例子?？梢粤私庥伸肚腥械哪ズ模瑫?huì)使切削阻力增加。,a,69,圖3.22 修整條件不同的研磨阻力變化,a,7

17、0,圖3.23 研磨進(jìn)行中的研磨阻力變化,a,71,3.5.5 研磨熱與熱損傷(研磨燒焦、熱膨脹),在研磨加工中，去除單位體積所需的能量(比研磨能量)，比切削大，其大部分都變成研磨熱，會(huì)造成在切削加工中看不到的熱損傷或工作物的熱變形等問(wèn)題。 1.產(chǎn)生研磨熱的來(lái)源及流動(dòng) 2.研磨熱造成的問(wèn)題 3.去除研磨熱,a,72,1.產(chǎn)生研磨熱的來(lái)源及流動(dòng),產(chǎn)生研磨熱的來(lái)源，是在產(chǎn)生切屑的研磨點(diǎn)附近，如圖3.24所示，由於切刃的斜角很小，故切屑承受的剪斷變形很大，留在加工面的流動(dòng)層也變大。 另一方面，工作物的速度低，切刃返覆通過(guò)接觸弧，很容易累積熱量。,a,73,圖3.24 研磨點(diǎn)產(chǎn)生的熱量,a,74,1.

18、產(chǎn)生研磨熱的來(lái)源及流動(dòng),產(chǎn)生的研磨熱轉(zhuǎn)移到切屑、工作物、磨輪、研磨液及空氣中，如圖3.25所示，大部分的熱量轉(zhuǎn)移到工作物，並且使工作物產(chǎn)生熱變形而降低精度，因熱損傷而成為品質(zhì)降低的最大原因。,a,75,圖3.25 研磨熱的傳入比例,a,76,2.研磨熱造成的問(wèn)題,由於研磨熱使工作物的溫度上昇很快，造成工作物表面變色，這種現(xiàn)象稱為研磨燒焦。 造成研磨熱的溫度上昇，是使工作物表層的結(jié)晶組織產(chǎn)生變化，而降低硬度。 由於機(jī)械式的去除作用，而殘留在工作物表層的塑性流動(dòng)層，產(chǎn)生加工硬化，故研磨後的加工變質(zhì)層，是因?yàn)檫@些原因複合而成的。 圖3.26是以同一條件研磨軟鋼與碎火鋼時(shí)，測(cè)量加工面下的例子。軟鋼會(huì)產(chǎn)

19、生加工硬化，而淬火鋼會(huì)在其表面附近燒焦，反而軟化。,a,77,圖3.26 研磨加工的表面硬度變化,a,78,發(fā)生研磨燒焦時(shí)的殘留應(yīng)力,圖3.27所示，為產(chǎn)生研磨燒焦時(shí)，表層的殘留應(yīng)力，由壓縮到拉伸的變化機(jī)構(gòu)模式。 研磨燒焦很嚴(yán)重，使殘留應(yīng)力超過(guò)工作物的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生研磨破裂。,a,79,圖3.27 發(fā)生研磨燒焦時(shí)的殘留應(yīng)力機(jī)構(gòu),a,80,3.去除研磨熱,要去除研磨熱是大量將水溶性研磨液，供給到研磨點(diǎn)及全體工作物。 減輕環(huán)境負(fù)荷的目的，在研磨液周圍，以高速吹入-30C左右的冷卻空氣之方法。 另一方面，研磨速度達(dá)到2OOm/s的超高速研磨，研磨點(diǎn)產(chǎn)生的熱量在流入工作物前，就已將切屑去除，故流入

20、工作物的比例很低，可抑制工作物的溫度上昇(圖3.28)。,a,81,圖3.28 高速研磨產(chǎn)生的熱量與切削的去除,a,82,3.6 磨輪損耗(脫落、不脫落、填塞) 與壽命,磨粒在研磨的同時(shí)，也會(huì)磨耗或破碎。磨耗則施予磨粒的力量會(huì)增加，結(jié)果磨粒就會(huì)破碎而破壞結(jié)合劑，則磨粒就會(huì)脫落 (圖3.29)。 磨粒一破碎就會(huì)產(chǎn)生新且銳利的磨粒，舊磨粒一脫落則鄰接的磨粒就開(kāi)始切削。這種作用稱為再生作用。要持續(xù)維持適度的再生作用，要依工作物特性、磨輪的規(guī)格，選擇最適合的研磨條件。,a,83,圖3.29 磨輪的再生作用,a,84,3.6.1 研磨進(jìn)行中，研磨工作面的變化,在研磨工作中，產(chǎn)生適度的再生作用，長(zhǎng)期保持較

21、銳利的狀態(tài)，稱為正常研磨。 相對(duì)的造成過(guò)度的再生作用，稱為磨粒脫落(圖3.30 (a)。這種情形會(huì)保持較低的研磨阻力，但是，磨輪的損耗較快，故會(huì)使尺寸精度惡化，而必須常常修整。 相對(duì)的像圖3.30(b)，再生作用不夠時(shí)，磨耗的磨粒經(jīng)常殘留下來(lái)，磨輪工作面平滑的情形，稱為粒子脫落。,a,85,在這種狀態(tài)下，磨粒的光滑表面，會(huì)降低去除效率，而增加研磨阻力，造成發(fā)熱量過(guò)多，而容易產(chǎn)生熱膨脹或研磨燒焦。 雖然加工面光澤，但是加工變質(zhì)層變厚，而使表面的品質(zhì)降低。 研磨銅或鋁等富延展性的材料，如圖3.30(c)，氣孔會(huì)塞滿切屑，收納切屑的切削室會(huì)堵住，而產(chǎn)生類似磨粒不脫落的結(jié)果，這現(xiàn)象稱為填塞。加工面與填

22、塞的切削材料凝結(jié)，而變成起伏面，使粗糙度變粗。圖3.31所示，為研磨進(jìn)行與粗糙度的變化。,a,86,圖3.30 磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞,a,87,圖3.31 研磨量增加與加工表面粗糙度的變化,a,88,3.6.2 影響刀刃再生作用的因素,(1)磨輪:磨粒的磨耗、破碎特性、切刃密度、結(jié)合度、等值磨輪直徑。 (2)磨削材料:硬度、高溫強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)率、與磨粒的親和性。 (3)刀具準(zhǔn)備:磨粒的進(jìn)刀深度、切刃的銳利度、切刃密度。 (4)研磨條件:磨粒的進(jìn)刀深度、接觸孤長(zhǎng)度、研磨加工中的振動(dòng)。 (5)研磨油劑:潤(rùn)滑效果、熱衝擊造成的破碎。,a,89,3.6.3 研磨比(G ratio),由於磨輪的適度

23、消耗，而更新磨粒，保持較佳銳利度的再生作用，是研磨加工的最大特徵，但是磨輪消耗太多也很困惑。評(píng)估磨輪的消耗或壽命的指標(biāo)，為研磨比(G ratio)。 研磨比G就是研磨去除工作物的體積除以磨輪消耗的體積，所得到的值(G)。 G = 去除工作物的體積 / 磨輪消耗的體積,a,90,3.6.4 磨輪的壽命(修整壽命),磨輪隨著研磨的進(jìn)行，工作面會(huì)產(chǎn)生變化，到最後變成無(wú)法達(dá)到目的的狀態(tài)。 判斷壽命的項(xiàng)目，有以下幾項(xiàng)判斷的基準(zhǔn)： (1)研磨阻力增加:由於磨粒不脫落或填塞，而降低磨輪的銳利度，則因研磨阻力增加現(xiàn)象。 (2)加工面的粗糙度增加:磨輪過(guò)度的再生作用，會(huì)增加加工面的粗糙度。產(chǎn)生填塞時(shí)，會(huì)由於磨擦

24、而增加粗糙度。 (3)加工面形狀精度惡化(形狀走樣):與磨輪一樣不消耗，則會(huì)降低工作物的形狀精度。特別是直接轉(zhuǎn)印磨輪形狀的成形研磨。,a,91,3.7 影響研磨加工面精密度的因素,機(jī)械零件的精密度，在JIS中均有規(guī)定。 (1)尺寸精度(長(zhǎng)度、厚度、直徑等)JIS BO401。 (2)形狀精度(真直度、平面度、真圓度等)JIS BOO21。 (3)面精度(粗糙度及波狀起伏等)JIS BO601,a,92,3.7 影響研磨加工面精密度的因素,尺寸精度及形狀精度，為巨觀精度，它受支配於磨輪的運(yùn)動(dòng)精度或熱變形。 面精度為微觀精度，它受支配於磨輪的表面狀態(tài)或振動(dòng)。 另外取材與加工面品質(zhì)有關(guān)的加工變質(zhì)層或

25、殘留應(yīng)力也是面精度的一部分。,a,93,3.7.1磨床的剛性與運(yùn)動(dòng)精度,磨床的剛性一般比切削加工用工作母機(jī)低，其原因乃研磨加工過(guò)去只用於精加工工程，故磨輪軸的馬達(dá)輸出功率僅切削用工作母機(jī)的數(shù)分之一。 在軸承零件或汽車零件的研磨加工，要求的是高效率，也有比切削用工作母機(jī)更高輸出功率的磨輪軸，以此為目的時(shí)，就必須要有較高的剛性。 研磨阻力的法線分力，為切線分力的數(shù)倍大，特別是在陶瓷的研磨加工，法線分力可達(dá)切線分力的20倍以上，故磨床必須有較高的剛性。,a,94,3.7.2 磨輪及工作物的夾持狀態(tài),1.磨輪的安裝 2.工作物的夾持,a,95,1.磨輪的安裝,磨輪以凸緣的安裝夾具，將磨輪裝於磨床的主軸

26、，凸緣當(dāng)然有很高的精度，但在高速研磨，離心力造成的變形變得很大。 由於凸緣壓板壓力不均勻，而使切斷磨輪產(chǎn)生 翹曲現(xiàn)象，造成切斷面精度惡化。故必須做好使壓住凸緣的力量要平均設(shè)計(jì)。 在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，磨輪本身在徑向也會(huì)產(chǎn)生數(shù)十微米的膨脹，有時(shí)候徑向的膨脹量會(huì)不均勻，在研磨時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。,a,96,圖3.32 切斷磨輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象,a,97,2.工作物的夾持,工作物如採(cǎi)用機(jī)械式夾持，則在被壓住的部分，會(huì)產(chǎn)生局部變形，加工後該部分的變形解放，工作物就會(huì)產(chǎn)生變形。 研磨加工所要求的精度大多比切削加工高，故夾持工作物必須使變形做到最小。 在平面磨床夾持工件，如圖(3.33(a)所示，經(jīng)常使用磁性?shī)A

27、頭。 磁鐵無(wú)法吸著的材料，則採(cǎi)用真空夾頭才有效(圖3.33(b)，工作物很小時(shí)，可以用黏著劑固定。,a,98,圖3.33(a) 磁性?shī)A頭,a,99,圖3.33(b) 真空夾頭,a,100,3.7.3磨輪工作面的狀態(tài),1.工作準(zhǔn)備、修整磨輪條件 2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞) 3.磨輪工作面的深淺不均勻(結(jié)合度、組織),a,101,1.工作準(zhǔn)備、修整磨輪條件,設(shè)定磨輪工作面的初期狀態(tài)之刀具準(zhǔn)備、修整，是大大影響加工面表面精度或研磨阻力的重要因素。 刀具準(zhǔn)備也會(huì)改變磨粒切刃的形狀，當(dāng)然也會(huì)影響粗糙度等的表面精度及研磨阻力大小。 圖3.34所示，為CBN磨輪的刀具準(zhǔn)備條件，影響研磨加工

28、面的粗糙度及研磨阻力的變化情形。,a,102,圖3.34 刀具準(zhǔn)備條件影響研磨阻力及粗糙度變化,a,103,2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞),磨粒過(guò)度脫落，會(huì)造成磨輪形狀走樣，而無(wú)法確保工作物的形狀精度及尺寸精度。且造成加工面的粗糙度變粗。 磨粒不脫落是磨粒切刃的離隙面過(guò)度磨耗，雖然不會(huì)直接影響形狀精度或粗糙度，初期的磨粒不脫落，反而會(huì)使粗糙度變小。,a,104,2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞),但是由於切削阻力的背分力增加而變形，摩擦而發(fā)熱，造成工作物變形並使尺寸精度或形狀精度惡化。 產(chǎn)生填塞就會(huì)使加工面粗糙度極端惡化，填塞切屑的磨輪直徑會(huì)變大，會(huì)對(duì)工作物產(chǎn)生過(guò)度研磨

29、的情形。,a,105,3.磨輪工作面的深淺不均勻(結(jié)合度、組織),磨輪平衡校正是磨輪的準(zhǔn)備工作，磨輪會(huì)因平衡不良而破裂。這種情形不是因?yàn)槿w磨輪不均勻，而是磨粒或結(jié)合劑不均，表示結(jié)合度及組織不均勻。 使用這種磨輪，即使再細(xì)心的刀具準(zhǔn)備、修整，也會(huì)因磨輪工作面的場(chǎng)所，而改變切刃的密度，而在加工面產(chǎn)生振動(dòng)。且因磨輪損耗不均勻，而使磨輪真圓度惡化，造成更大的振動(dòng)。,a,106,3.7.4 研磨阻力造成的彈性變位,高硬度、高密度陶瓷的研磨加工，其背分力非常大，即使進(jìn)行無(wú)火花研磨，也無(wú)法達(dá)到所設(shè)定的尺寸。 在精密研磨加工這類材料時(shí)，除了要用彈性係數(shù)大的磨輪外，也必須使用剛性高的磨床。 研磨加工中，磨輪一

30、工作物系的剛性較低，共振頻率數(shù)亦低，故研磨阻力變得愈大，越容易產(chǎn)生異響振動(dòng)。,a,107,圖3.35切入式研磨工作物直徑減少的過(guò)程,a,108,3.7.5熱造成的變形與變位,1.磨床的熱變位 2. 研磨熱造成的工作物變形,a,109,1.磨床的熱變位,磨床構(gòu)造的高級(jí)鑄鐵，其線膨脹係數(shù)約為1.310 ，故溫度上昇 1OC，則lm長(zhǎng)的工作臺(tái)約伸長(zhǎng)13m。要求次微尺寸精度的研磨加工，熱的影響會(huì)變成很大的問(wèn)題。 磨床的熱源有主軸馬達(dá)、工作臺(tái)傳動(dòng)用油壓制動(dòng)器、油壓動(dòng)作油等，熱傳到工作母機(jī)本體，再散播到研磨液或空氣中。 在精密研磨中，控制研磨液溫度，是一件很重要的事情。,a,110,2. 研磨熱造成的工作

31、物變形,在研磨點(diǎn)產(chǎn)生的熱量，大多對(duì)流到工作物。為了抑制這種尺寸變化，必須大量供給研磨液到研磨點(diǎn)及工作物。 供給研磨液，也不能在瞬間帶走工作物上的熱量，故大多會(huì)造成工作物形狀精度的惡化。 圖3.36為平面研磨立方體工作物時(shí)，加工面形狀的粒子。在工作物中央部分，變成稍微凹陷的形狀。 這就是即使供給研磨液，工作物中央部分的溫度也不會(huì)降低，中央部分在膨脹狀態(tài)下研磨，等研磨後冷卻，就變成凹陷的形狀。,a,111,圖3.36 研磨熱造成工作物的變形與加工後的表面形狀,a,112,3.7.6殘留應(yīng)力造成的工作物變形,研磨加工在加工面造成殘留應(yīng)力，深受溫度上昇的影響，其分佈比切削加工複雜。圖3.37所示，為量

32、測(cè)研磨加工所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力實(shí)例。 使用CBN磨輪時(shí)，研磨點(diǎn)的溫度較低，從表層到某深度為壓縮力，在氧化鋁磨輪時(shí)，研磨點(diǎn)的溫度較高，在最外表面附近，產(chǎn)生極大的抗拉殘留應(yīng)力。 平面研磨薄板的工作物時(shí)，研磨側(cè)會(huì)有壓縮殘留應(yīng)力作用，所以，夾頭一放鬆，則研磨面變成凸起的翹曲(圖3.38)。,a,113,圖3.37量測(cè)研磨加工面的殘留應(yīng)力實(shí)例,a,114,圖3.38 薄板研磨加工後的變形,a,115,3.8 各種磨床的精密機(jī)械加工原理,再以研磨加工實(shí)現(xiàn)精密機(jī)械加工時(shí)，必須要掌握磨床、磨輪、工作物等有關(guān)元件的特性，並組合複雜的元件，找出最佳條件的經(jīng)驗(yàn)。 3.8.1 平面磨床 3.8.2 圓筒研磨 3.8.3 內(nèi)孔研磨 3.8.4 無(wú)心研磨,a,116,3.8.1 平面磨床,1.臥式平面磨削 使用最多的臥式平面磨床，主軸如圖3.39，為一種臂式的型態(tài)，其工作母機(jī)的剛性低且研磨阻力大，容易產(chǎn)生振動(dòng)。且因溫度變化而造成主軸傾斜或主軸外伸，而使軸向變位大，故必須考慮其特性，決定使用方法。 2.立式平面磨削 適合大平面或在短