内圆表面的磨削加工技巧与方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。磨削对象主要是各种圆柱孔、圆锥孔、圆柱孔或圆锥孔端面以及成形内表面。根据内圆磨削的特点，砂轮具有良好的自锐性，才能减小磨削力，减少工件发热，降低磨削区域的温度。四爪卡盘的装夹，主要用于装夹尺寸较大的工件，或外形为正方形、矩形和其他形状不规则的工件。内圆磨削要调整工作台行程。

内圆磨削可以在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。常用的磨削方法有纵向磨削法与径向磨削法。磨削对象主要是各种圆柱孔、圆锥孔、圆柱孔或圆锥孔端面以及成形内表面。内圆磨削的尺寸精度可以达到IT6～IT7 级，表面粗糙度为Ra 0.2～0.8 μm。采用高精度内圆磨削工艺，尺寸精度可以控制在0.005 mm 以内，表面粗糙度为Ra 0.025～0.1 μm。

1.内圆磨削的特点

（1）由于受到内圆直径的限制，内圆磨削的砂轮直径小，转速又受内圆磨床主轴转速的限制（一般为10 000～20 000 r/min），砂轮的圆周速度一般达不到30～35 m/s，因此磨削表面质量比外圆磨削差。

（2）内圆磨削时，直径越小，安装砂轮的接长轴直径也越小，而悬伸却较长、刚性差，容易产生弯曲变形和振动，影响了尺寸精度和形状精度，降低了表面质量，同时也限制了磨削用量，不利于提高生产率。

（3）内圆磨削时，砂轮直径小，转速却比外圆磨削高得多，因此单位时间内每一磨粒参加磨削的次数比外圆磨削高，而且与工件成内切圆接触，接触弧比外圆磨削长，再加之内圆磨削处于半封闭状态，冷却条件差，磨削热量较大，磨粒易磨钝，砂轮易堵塞，工件易发热和烧伤，影响表面质量。

为了保证磨孔的质量和提高生产率，必须根据磨孔的特点，合理地使用砂轮和接长轴，正确选择磨削用量，改进工艺。

2.砂轮的选择

（1）砂轮的尺寸选择。

①砂轮直径的选择要考虑两个方面：一方面，磨削某一内圆时，砂轮直径选大值，其圆周速度得到提高，砂轮接长轴也可选择较粗些的，刚性好，因而对提高工件的加工精度、降低表面粗糙度有利；但另一方面，砂轮直径加大，它与工件内圆表面的接触弧面积也随着增大，致使磨削热量增加，冷却和排屑条件变差，砂轮易堵塞、变钝，这是不利的一面。为了获得良好的磨削效果，砂轮直径与工件孔径应有一个适当的比值，这个比值通常在0.5～0.9 之间。当内径较小时，可取较大比值；当内径较大时，应取较小比值。

②砂轮宽度的选择。在砂轮接长轴的刚性和机床功率允许的范围内，砂轮宽度可以按工件长度选择，见表3-12。

表3-12　内圆砂轮宽度选择 mm

pagenumber_ebook=98,pagenumber_book=92

（2）砂轮特性的选择。

①硬度选择。根据内圆磨削的特点，砂轮具有良好的自锐性，才能减小磨削力，减少工件发热，降低磨削区域的温度。通常磨内孔的砂轮要比磨外圆的砂轮硬度要软1～2 级，但内孔直径小时，硬度要适当硬一些。磨削长度较长时，为避免工件产生锥度，砂轮的硬度则不可太低，一般选择J～L 级。

②粒度选择。为了提高磨粒的切削能力，同时避免工件烧伤，应选择较粗的粒度。

③组织选择。因内孔排屑困难，为了有较大的空隙来容纳磨屑，改善磨削区域的冷却条件，避免砂轮过早堵塞，砂轮组织要较疏松一些。

3.砂轮的安装

砂轮与接长轴的紧固方法有螺纹紧固和黏结剂紧固两种方法。

（1）螺纹紧固。螺纹紧固法是常用的机械紧固砂轮的方法，如图3-53所示。由于螺纹有较大的夹紧力，故可以使砂轮安装得比较牢固，并且可以保证砂轮有正确的定位。

（2）黏结剂紧固。磨削小孔时（φ15 mm 以下），砂轮常用黏结剂紧固在接长轴上，如图3-54所示。

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=93

图3-53　螺纹紧固

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=93

图3-54　黏结剂紧固

（3）砂轮接长轴。为了扩大内圆磨具的适用范围，砂轮不是直接装在内圆磨具的主轴上，而是将砂轮紧固在接长轴上，如图3-55所示。在内圆磨床或万能外圆磨床上使用的接长轴，可以按经常磨削孔的类型配制一套不同规格的接长轴。当要磨削不同孔径和长度的工件时，只是更换不同尺寸的接长轴，这样做既经济又方便。

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=93

图3-55　砂轮接长轴

（a）外锥接长轴；（b）内锥接长轴；（c）圆柱台阶接长轴

4.工件的安装

（1）用三爪卡盘装夹工件。三爪卡盘能自动定心，但定心精度较低，工件夹紧后的径向圆跳动在0.08 mm左右。

①较短工件的装夹。

a.工件端面与内孔对夹持外圆没有位置精度要求，或内孔磨好后再磨外圆。这种情形可以不用百分表找正，直接装夹。

b.工件端面与内孔对夹持外圆有位置精度要求，则要用百分表找正，可以用铜棒轻轻敲击工件右端面，如图3-56（a）所示。

pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=93

图3-56　工件的装夹

②较长工件的装夹。工件较长时，装夹容易偏斜，其右端的径向圆跳动量往往也大，需要进行找正。左端夹持10～15 mm，如图3-56（b）所示，先找正a 点，用铜棒轻轻敲击最高点，待a 点基本符合要求后，再复调b 点（b 点的跳动量由卡盘本身的精度保证）。待再次夹紧后，复调几次方能加工。

③盘形工件的装夹。装盘形工件时，端面容易倾斜。工件夹持部位要短些，找正时用铜棒轻轻敲击，如图3-56（c）所示。如果端面为精基准，则端面的跳动要控制在0.01 mm左右，如果端面与内圆同时磨出，端面跳动控制在0.03 mm 左右。待再次夹紧后，复调一次方能加工。

（2）用四爪卡盘装夹工件。四爪卡盘的装夹，主要用于装夹尺寸较大的工件，或外形为正方形、矩形和其他形状不规则的工件。四爪卡盘不能自动定心，装夹工件时必须进行找正。粗找正时可用划针盘，精找正时再用百分表。

（3）用花盘装夹工件。花盘主要用于装夹外形比较复杂的工件，如铣刀、支架和连杆等。

（4）用卡盘和中心架装夹工件。磨削较长的套类零件内圆时，可以采用卡盘和中心架组合安装的方法（见图3-57），以提高工件的装夹稳定性。

pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=94

图3-57　较长工件的装夹

5.内圆的一般磨削方法

（1）纵向磨削法。内圆的纵向磨削法与外圆的纵向磨削法相同，也是应用得最广泛的磨削方法。

①光滑通孔磨削。

a.砂轮直径、接长轴长度选择。根据孔径和孔长，选择合适的砂轮直径和接长轴长度，接长轴的刚度要好，接长轴太长，磨削时易产生振动，影响磨削效率和加工质量。

b.调整工作台行程。内圆磨削要调整工作台行程。行程长度T 应根据如图3-58（a）所示工件长度L′和砂轮在孔端的越程l 计算。长度l 一般取砂轮宽度B 的1/3～1/2。

越程l 若过小，则孔的两端磨削时间太短，磨去的金属会比孔中间的少，易形成孔中间凹的缺陷，如图3-58（b）所示；越程l 若过大，砂轮宽度大部分已超过孔端，此时磨削力明显减弱，接长轴弹性变形得到恢复，孔两端的金属就会被多磨去一部分，形成“喇叭口”，如图3-58（c）所示。孔径小时更明显。

pagenumber_ebook=100,pagenumber_book=94

图3-58　调整工作台行程

②光滑不通孔的磨削。光滑不通孔的磨削与通孔磨削相似，但需注意以下几点：

a.左挡铁必须调整正确，防止砂轮端面与孔底相撞。可先按孔深在外壁上做记号，当砂轮和工件均不转动时，移动工作台纵向行程到位置后紧好挡铁。

b.为防止产生顺锥，可以在孔底附近做几次短距离的往复行程，砂轮在孔口的越程要小一些。

c.及时清除孔内的磨屑。

③间断表面孔的磨削。内孔表面如有沟槽[如图3-59（a）所示]、键槽[如图3-59（b）所示]或径向通孔[如图3-59（c）所示]，则砂轮与孔壁接触有间断现象，内孔容易产生形状误差，加工磨削时要采取相应的措施。

如图3-59（a）所示内孔时，在表面1 和2的地方容易产生喇叭口。采取对策是适当加大砂轮宽度，尽量选直径较大的接长轴，并用金刚石及时修整砂轮。磨削如图3-59（b）所示内孔时，在键槽边口容易产生“塌角”，可适当增大砂轮直径，减小砂轮宽度，提高接长轴的刚性。对于精度较高的内孔，则可在键槽内镶嵌硬木或胶木。磨削如图3-59（c）所示内孔时，孔壁容易产生多角形，可适当增大砂轮直径，采用刚性好的材料做接长轴，并及时修整砂轮。

pagenumber_ebook=101,pagenumber_book=95