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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）
題目
院（系部）
專業(yè)名稱
年級班級
學生姓名
指導教師
年 月 日
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）任務書
專業(yè)班級 學生姓名
一、題目
二、主要任務與要求
三、起止日期 年 月 日至 年 月 日
指導教師 簽字（蓋章）
系 主 任 簽字（蓋章）
年 月 日
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）評閱人評語
專業(yè)班級 學生姓名
題目
評閱人 簽字（蓋章）
職 稱
工作單位
年 月 日
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）評定書
專業(yè)班級 學生姓名
題目
指導教師 簽字（蓋章） 職稱
年 月 日
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）答辯許可證
經審查， 專業(yè) 班 同學所提交的畢業(yè)設計（論文），符合學校本科生畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，達到畢業(yè)設計（論文）任務書的要求，根據學校教學管理的有關規(guī)定，同意參加畢業(yè)設計（論文）答辯。
指導教師 簽字（蓋章）
年 月 日
根據審查，準予參加答辯。
答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章）
年 月 日
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）決議
院（系） 專業(yè) 班
同學的畢業(yè)設計（論文）于 年 月 日進行了答辯。
題目
答辯委員會成員
主 席（組長）
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)設計答辯委員會（小組）提交了如下資料：
１、設計（論文）說明 共 頁
２、圖紙 共 張
３、評閱人意見 共 頁
４、指導教師意見 共 頁
根據學生所提供的畢業(yè)設計（論文）材料、評閱人和指導教師意見以及在答辯過程中學生回答問題的情況，畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）做出如下決議。
一、畢業(yè)設計（論文）的總評語
二、畢業(yè)設計（論文）的總評成績
畢業(yè)設計答辯委員會主席（組長） 簽名
委員（組員）簽名
年 月 日
64
摘 要
機械系統是機械零、部件同作用的整體，是零、部件服務的目標。本次設計從分析機械系統設計的任務和目標開始，介紹機械系統的組成，各組成部分之間的配置，選擇和結構匹配性設計，以及進行機械系統整體設計時應該考慮哪些問題，目的是培養(yǎng)學生多樣性設計，結構設計創(chuàng)新和整體設計的能力。
本次設計主要是珩磨機的總體設計，其主要包括主軸箱，珩磨頭，主軸等設計。珩磨是一種低速磨削，是機械制造業(yè)中缸孔光整加工的常用工藝手段。
在論文中首先對珩磨機做了簡單介紹，接著對珩磨機的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計代表了珩磨機設計的一般過程。
珩磨機床作為復雜的生產工具，最根本的是加工工藝與主機結構布局設計，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統等也將運用在珩磨機床上，未來的珩磨機床的加工精度會更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。
關鍵詞：珩磨機、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 11
1.1 磨削加工的發(fā)展歷史 11
1.2 磨料磨具的簡明知識 15
1.3 現階段國內磨削加工科學技術新進展 17
1.4 磨削原理 23
1.5 磨削技術的發(fā)展及關鍵技術 27
1.6 磨削技術的優(yōu)點 35
1.7 超高速磨削的發(fā)展及關鍵技術 36
2珩磨技術 45
?3珩磨工藝及其應用 48
3.1 珩磨加工原理 48
3.2 珩磨的切削過程 49
3.3 珩磨加工特點 50
4.設計結構選擇和設計計算 53
4.1 導向柱設計 53
4.2 底座的設計 54
4.3 驅動氣缸設計： 55
4.4 主軸電動機的功率確定 55
4.5 主軸設計 56
4.6 主軸的剛度校核 57
小 結 61
致 謝 62
參考文獻 63
前 言
四年的大學生活馬上就要結束了，我們也進入了大學生活的最后一個階段——畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是對我們四年來學習知識的大總結，也是向我們今后即將從事的工作的正常過渡。設計的正確程度也標志著我們是否具有一個工程師的基本素質。
四年來，在我系老師及領導的精心關懷和指導下，我學習了機械設計制造與設備專業(yè)的有關知識，同時也了解了一些相關學科的基本情況，為畢業(yè)設計打下了堅實的基礎。
我們這次設計的題目是珩磨機設計，此題目是現場題目，實際要求很強，有一定的實用價值。圖書館中對這一方面的資料也十分有限，只有閱讀大量的有關知識，觸類旁通，精密構思與計算，結合老師給的要求，又參觀了焦作市重型機械廠工作情況。綜合以上各種材料，得出了現在比較滿意的結果。在老師的辛勤指導下和同組同學的幫助下，我的這次設計取得了基本成功，達到了廠家的基本要求。
本次設計可以說是對所學知識的綜合運用，也是第一次單獨面對這樣龐大的設計工作。鑒于本人水平有限，經驗不足，設計中難免有不足之處，請各位老師同學批評指正。
1磨削技術
1.1 磨削加工的發(fā)展歷史
1.第一階段
我國是采用磨削加工方法的最古老的國家之一，如在古代科學巨著《天工開物》中就有“切、磋、琢、磨”的成語，而其中“磨”就是指的磨削加工。
其實人類最早使用磨削要追溯到原始社會，在母系社會，人們就已經開始使用最簡單的石器，而這些最簡單的石器是用簡單的石頭之間互相摩擦得來的。人們用這些最簡單的工具捕獵，耕種。那時人們的衣著雖然簡單，但仍然要有刃器的輔助，這也離不開磨削。
北魏時一個叫崔亮的創(chuàng)造了水磨，用來加工糧食，晉代劉景宣創(chuàng)造了可同時運行八盤天然巖石磨盤的石磨；唐朝時又出現了陶磨及磨碾，這些磨具均在山西長治縣“王琛”墓中出土。經過專家考察在宋朝也早存在九轉速的磨；十三世紀時即在元朝時候，中國人已開始用天然樹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，在地中海沿岸的意大利人也開始使用簡單的涂附磨具。說起指南針，誰都知道，可誰又能想到，那也是磨削得來的產品呢！以上所敘不僅說明了我國是最早制造陶瓷材料、機械傳動的古國，而且也是最早采用對金屬及非金屬材料進行磨削加工的國家之一，從最原始一直持續(xù)到十九世紀的初期，可視為磨削加工歷史發(fā)展的第一階段。這一階段的特點是利用的磨料磨具及機械都較簡單。
2. 磨削加工發(fā)展的第二階段（1840---1900年前后）
這一階段出現了新的特點，即隨著工業(yè)的發(fā)展、被加工材料的硬度越來越高，原來簡單的磨料磨具滿足不了發(fā)展的需要，于是人們就開始尋求硬度更高的物質來做磨料，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，以此來進行加工。
可以說，開始使用硬度較高的天然磨料是這一時期的普遍特點。
但是所有天然磨料的產量都不集中，而數量又有限質量不統一，很難保持穩(wěn)定這一切局限性和飛速猛進的工業(yè)越來越不適應。
3.磨削加工歷史發(fā)展的第三階段（十九世紀的后期到二十世紀初）
這一時期的主要特點是出現并使用人造磨料。
1893年美國卡不倫登公司的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，意義是重大的，結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)方面開始到得了大批比較低廉而質量又比較穩(wěn)定的、產量又穩(wěn)步增加的人造磨料的磨削工具，從而推動了被磨材料加工迅速增長，當然另一方面從磨削加工的發(fā)展也促進了磨料磨具的迅速發(fā)展。本階段又可分為以下幾個時期：
1）1900年-1920年左右：這一時期，出現了除無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，磨床機械開始由機械傳動發(fā)展到液壓傳動，還在磨削過程中部分的實現了自動化，，在這一時期，無心磨床設計成功，開始投入使用，這一時期一個非常重要的現象就是對于磨削過程的研究，由開始的經驗方法轉入理論分析。即開始對磨削理論的研究。
3) 1950年至1980年前后：在國際上，英、法、美、德、意以及前蘇聯對人造磨料進行了普遍的研究，并進行了工業(yè)性生產，因而磨料及磨具較前一時期有了很大的提高，工業(yè)發(fā)達國家磨床所占的比重已達機床總量的10%，而且還在不斷的上升。
在國內，一批具有影響力的重要項目的建成投產，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。說明了我國的磨料磨具行業(yè)也在不斷的發(fā)展壯大。
4)改革開放前后：我國的磨料磨具為了和世界同步，在以下幾個方面進行了研究或改進:① 提高磨床的精度，②提高磨削的自動化程度，③高速研磨，④高精度和高光潔度，⑤強力磨削，⑥寬砂輪和多砂輪的磨削，⑦提高磨床的加工生產率，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，莫氏硬度為10。金剛石的用量，每加工百萬噸鋼鐵所用的金剛石的量來表示這個國家的工業(yè)發(fā)展水平，美日及主要西方國家的用量均超過了18-20萬克拉每百萬噸鋼，美國是世界上金剛石用量最大的國家。而我國則是2.4萬克拉每百萬噸鋼，這差距是顯而易見的。
六十年代天然金剛石約2500萬克拉，數量不是很大，這是因為金剛石的生產成本太大，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，可見金剛石為什么如此的昂貴。天然金剛石的低產量及高成本促使人們走上了發(fā)展人造金剛石之路。
我國是在六十年代中期開始試制與發(fā)展人造金剛石。六十年代世界人造金剛石的產量為1000萬克拉，今天，中國人造金剛石的產量就已達5000萬克拉（約合1萬噸），而全世界人造金剛石的產量就無法估計了，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，質量在不斷的提高，這樣就極大的開辟了人造金剛石磨料的使用前景。不僅在固結磨具上，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特的優(yōu)點，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，也可以說后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工業(yè)生產大國有了較大的發(fā)展，如前蘇聯立方氮化硼的產量已發(fā)展到5000多萬克拉。我國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)展的新型產品，但速度較慢，其原因在于工藝與技術還遠遠落后于其它工業(yè)發(fā)達的國家，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，這兩種超硬磨料的磨具也得到相應的發(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)展成為一個較為完整、成熟和自成體系的加工技術領域。人造金剛石磨具制品如電鍍金剛石內圓切割鋸片、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合金復合片磨具等等品種系列，而且繼續(xù)完善補充與提高。
4.磨削加工發(fā)展的第四階段（九十年代后期）
進入九十年代，磨料磨具行業(yè)的生產與銷售、科研都起著很大很大的變化，主要表現為品種日趨多樣化，專業(yè)化，競爭也前所未有的日趨激烈，科研與銷售成為每個廠家的重中之重，而我們做為砂帶的專業(yè)生產廠家，也是如此。，但與國際上涂附磨具尤其是砂帶產品，無論是品種或者是質量上差距是很大的。因此，當務之急加大科技力量投入迅速提高我國涂附磨具尤其是砂帶高檔產品的品種及質量水平，以面臨高品質、多品種需求的浪潮。如果目前全國高檔次的涂附磨具產量在400萬平方米左右，予計到2000年初期將達到700萬至1000萬平方米用量的需求。這就希望我們共同努力去開拓這個有廣闊前途的市場。
1.2 磨料磨具的簡明知識
磨料磨具素有工業(yè)牙齒的美稱。在磨削時常用磨料或磨具作為磨削工具對需加工的零件進行機械加工，而達到一定的技術要求。
1、 磨料
磨削材料簡稱磨料，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采經過加工而制成的磨料。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，主要用來制造張頁式砂紙，主要用來加工皮革、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，主要化學成分為SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂來源于石英礦或從河砂中篩選加工，其用途類似燧石，迄今國內有些小砂布砂紙廠還在用石英砂作為生產的原料進行生產，其目的在于生產的砂布或砂紙以低于用人造磨料所生產的砂布或砂紙的價格，銷售于廣大農村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)加工使用，質量下乘，但也有一定的市場。
3） 紫紅鐵粉即氧化鐵：多用于天然的、也可以經過人工制造的。由于質地比較柔和，主要用于工件的清理和拋光的目的加工，如部分光學玻璃的研磨或拋光也用紫紅鐵粉進行加工。
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行熱處理，可使這種材料的硬度和韌性增強。柘榴石容易沿其材料的結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行磨削加工，在國內或國外已不多用于生產涂附磨具，更極少用于制造固結磨具，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 多地方的蘊藏量都很豐富，礦石的質地與晶位各異，這種礦物材料的切削性能較差，一般只作為拋光使用。現在用這種天然礦物制造磨具已經不多，屬于淘汰的趨勢。
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，在國內一些光學玻璃廠還在使用如上海光學儀器廠等。
7）金剛石：天然金剛石又稱金剛鉆，系自然界最硬的物質，莫氏硬度為10，天然金剛石產于南非、剛果，中國也有，價格十分昂貴，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，在極個別的應用范圍內才采用天然金剛石。
總之，天然礦石的磨料已趨于淘汰之勢。
1.3 現階段國內磨削加工科學技術新進展
1. 繼續(xù)提高磨削效率
進一步發(fā)展高速磨削，不僅在普通外圓、內圓、軸承磨床上提高速度，而且也在諸如軋輥磨床(險峰機床廠)上也由35m/s提高到45m/s以上。在采用動壓軸承主軸條件下實現了高效高速低粗糙度磨削(廣西大學、湖南大學)。在一汽早已將高速磨削定為許多工藝的必行工序。
發(fā)展緩進給強力磨削工藝及機床，例如北京機床研究所與北京第四機床廠在國內最早發(fā)展此種機床，近年又在杭州機床廠等單位發(fā)展了HZ－029型液壓緩進給成型磨床，MLK7140型數控緩進深切成形強力磨床。電機功率后者已達32kW。在生產中的應用除了加工汽輪機及燃氣輪機葉片根部外，在游標卡尺零件，三爪卡盤零件，50mm以上深溝槽磨削，均有很大進步，天津機床廠還發(fā)展了MKL7132型數控緩進給強力磨削機床。
迅速發(fā)展高效砂帶磨削工藝，例如對汽油機葉片工作面加工，鎳材及鈦材的磨削，190發(fā)動機氣缸蓋磨削，合金鋼線材、帶材磨削，大型寬鋼板表面磨削專用尤門式磨床的開發(fā)等(東北工學院、湖南大學、華中理工大學等)。由于鄭州第二砂輪廠成功地引進了寬砂帶靜電植砂全套設備，并且年產量達數百萬平方米，因而為今后在國內更廣泛應用砂帶磨削創(chuàng)造了很好的條件。沈陽地區(qū)的礦山機器廠，重型機器廠對砂帶磨削均有不同的開拓應用。重慶大學青年工學碩士黃云同志和重大機械廠在科研和生產相結合方面，成功地闖出了一條新路，研制成功并取得了多種型號有自己專利的砂簡易磨床，現已達到年產數百臺規(guī)模。
發(fā)展重負荷磨削、磨削速度已達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)近年自國外引進不少高效鋼坯磨床外，由冶金部組織東北工學院，蘇州冶金機械廠等單位開發(fā)了YLM－1型雙面立式半自動修磨生產線，填補了當時的國內空白。重慶特殊鋼廠發(fā)展的鋼坯磨削技術在生產中經過多年考驗證明是成功的。在這方面第三砂輪廠已擁有大批量生產高速重負荷砂輪的技術能力及生產能力，第三砂輪廠不僅已對63m/s 250~500kgf砂輪進行了鑒定，而且也已試制了80m/s重負荷砂輪，在磨料方面已采用了粗粒度剛玉，燒結剛玉及二者混合壓制燒結產品，得到了用戶歡迎。從磨削科技進展看，在高速重負荷磨削方面由于寶山鋼廠、大冶、大連、長城、齊齊哈爾諸鋼廠引進國外許多鋼坯磨床，而促進了重負荷磨削的發(fā)展。
發(fā)展了其它各種形式的磨削。如磁力研磨(哈工大)、砂頁輪拋光磨削(河北煤建學院），磨料流加工工藝(一汽)，立軸平磨的強力磨削(東工)。為了提高磨削效率而積極研究各種磨削液，如對鈦材的加工(西北工大)，SM－2化學合成磨削液(東工)，發(fā)展GL1系列重力式紙帶過濾機(上海磨研所)。而大連組合機床所研制的多種型號半自動離心式凈化裝置及全自動紙帶過濾機可廣泛應用于各種精密磨床，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、質量、發(fā)展超精密磨削
在高精度磨削所需要的磨慶方面，經過長期努力，已批量生產供應市場。上海機床廠已有多年生產。北京第二機床廠的MG1420E，MG1432E屬于部優(yōu)產品，上海第三機床廠生產的MGBA1420為遠銷國外的產品，漢江機床廠的SGK7303型為數控高精度千分尺絲杠磨床，MMB8612型半自動花鍵軸磨床。此外還有絲杠磨床及內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，已開展試用CBN砂輪磨削。立軸平面磨床砂輪對精度及波紋的影響的研究(杭州機床廠)，滾珠螺母內滾邊的磨削精度的研究(西安交大)等。
提高表面質量與改善磨削表面質量情況是重要方面。這方面研究工作進行較多的如預應力磨削表面殘余力研究(華南理工大學)，磨削燒傷用模糊數學法加以預測(吉林工大)或用模糊數學方法評定磨削表面質量等(北方工大)。
隨著集成電路等工業(yè)部門的興起，硅片內孔切割用的金鋼石薄片砂輪已成功生產，表面超精密加工的科技工作已在一些研究院所及高校進行。
1991年5月沈陽第一機床廠等單位成功地研制了小徑定心花鍵側面磨床磨削工藝，為貫徹國家標準GB－1144－87矩形花鍵連接標準提供了重要技術依據，并且在1991年9月的第二屆中國國際機床展覽會上展出了據此工藝而研制成功的MB8712型立式矩形花鍵孔鍵側磨床，為今后機床行業(yè)滑動花鍵副及相應齒輪副配合質量的進一步提高創(chuàng)造了有利條件。
3. 繼續(xù)為提高磨削加工過程的自動化程度、發(fā)展數控磨床、附加數顯裝置及自動測量等
我國目前磨床品種雖已達400種左右，但對于數控生產型及自動化生產型的產品還感不足，上海重型機床廠與德國合作生產的30－158精密尤門導軌磨床，配有自行開發(fā)的數控系統，具有NC設定選擇粗精磨削量，凹凸形狀的磨削功能，已向國內外提供了數臺產品。險峰機床廠與德國瓦德里希.濟根廠合作生產MK84125，MQK84315型數控軋輥磨床，提供給武鋼等大型企業(yè)。武漢機床廠發(fā)展了MK6430數控滾刀刃磨床，精度可達AA級，無錫機床廠為滿足噴油嘴大批量、高精度生產而開發(fā)了WX－042A噴油咀中孔座面自動磨床。北京第二機床廠開發(fā)了MG1320數控外圓磨床和MGB1420E高精度半自動萬能外圓磨床，MBS1320E半自動高速外圓磨床。此海第三機床廠的MGBA高精度半自動萬能外圓磨床，MK1320數控外圓磨床，MK2945數控立式單柱座標磨都為磨加工高度自動化增添了新設備。沙市機床工業(yè)公司的生產的3MZ306全自動軸承溝道超精研機不僅實現全自動而且粗糙度可達Ra0.16~0.02um。
上海機床廠、濟南第四機床廠分別制造了H194數控端面外圓磨床和J4－026型高精度數控外圓磨床，還開發(fā)了MK9020數控光學曲線磨床。在自動化軸承環(huán)內外圓磨床方面開發(fā)并生產的型號有3MZK203B，3MA1410S，MZ208C等等。在磨床用數控系統開發(fā)方面，有北京機床研究所承擔、北京機械工業(yè)自動化所參加研制的產品，測量范圍為ф5~ф180mm，重復性<1μm。
4. 發(fā)展超硬磨料磨削
我國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，現在有的工廠已達到年產金剛石數百萬克拉的可觀規(guī)模。雖然比不上國外個別大國已所產數以千萬克拉計的人造金鋼石和CBN，但是國內在這方面的進展還是相當迅速的。一個重要問題是企業(yè)要對應用金剛石及立方氮化硼有個觀念上的改變，即從極高的磨削比和被磨零件產品質量上著眼，推廣使用超硬磨料磨具。國內個別很有遠見的工廠考慮到含碳類鋼鐵材料的廣泛應用，及早引進國外較為先進的CBN生產技術，這無疑是正確的。
改進對超硬磨料磨具的修整，改善對難加工材料的磨削。國內這方面以航天航空部門及其所屬大學和研究所開展工作較多。例如：
對鈦合金的在削(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，國內近年開展工作較多的如華中理工大學、東北工學院、鄭州三磨所、天津大學等，東北工學院還和日本關西大學對金屬陶瓷磨削研究進行了國際間協作。
M17鎳基合金的緩進給強力磨削燒傷問題西北工大與沈陽航院聯合進行了研制，另對等離子噴涂碳化鎢高硬材料的磨削進行了研究(東北工學院)。
陶瓷結合劑CBN砂輪磨削機床導軌問題，多年前在日本東芝機械等機床廠開始了實際有交的應用，目前已在上海機床廠等單位以端面磨削方式得到了很好應用，這是鄭州磨料磨具磨削研究所和上海磨床研究所共同進行的，沈陽第一機床廠用CBN砂輪對內花鍵側面磨削工藝已成功地通過了部級科技鑒定。
5. 發(fā)展其他形式的磨削以及非金屬材料的削
例如開展了電解研磨復合加工，用冰層緊固法的電子冷凍磨削加工(沈陽工業(yè)學院)，深孔珩磨中的內孔表面質量，大型精密油缸孔徑的研磨技術(上海試驗機廠)等，在一汽開展了磨料流加工，大連理工大學研究了粘彈磨料加工。煙臺砂輪廠近幾年先后研制成功了樹脂結合劑強力珩磨油石，金鋼石珩磨油石，和蝸桿珩磨砂輪等系列產品，替代了進口產品，在推廣應用強力珩磨新工藝工作中，積累了不少經驗。
在開展石材加工方面，鄭州磨料所研究了菱苦土磨具及其在石材工業(yè)中的應用，該所還研究了花崗石拋光方法的合理選擇及拋光機理的研究。武漢工業(yè)大學對單顆磨粒犁削石材削量的計算方面進行了研究。大連理工大學對巖石磨削拋光機理及工藝做了系統而深入的研究。
玻璃的磨削及拋光，研磨是一個重要方面，遠自五、六十年代我國對光學玻璃的加工主要是研磨進行了大量生產上的使用，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)，全國已有數以百計的制鏡廠和數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行加工，其中最新例子為輕工部沈陽輕工機械研究所研制成功的MB－10B型十個金剛石砂輪磨頭的玻璃斜邊磨削機床，已達到國際上八十年代初技術水平，于1991年12月通過部級鑒定。
另一種特殊磨削加工為電火花加工與磨料復合加工，例如營口電火花機床廠最近推出的產品之一是DM6350電火花內孔磨床，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，積極開展國內外科技交流的協作
國內對磨削加工理論研究是重視的，同時同樣重視理論研究與生產實際相結合，盡快將研究成果變?yōu)樯a力。由鄭州三磨所和七所高校牽頭，每兩年召開一次磨削及表面質量研討會。
一項雙邊及多邊的國際金屬切削及特種加工學術會議IMCC，每兩年舉行一次，迄今在國內已舉行了五次，每次都有大量的磨削，方面科研論文在會上宣讀。
除上述外近十年國內學者及科技人員在美國機械工程師學會ASME，日本精密工程學會JSPE及其他國際各類學術會議上發(fā)表了不少篇磨削加工方面的研究成果。特別是在國際上影響更大些的國際生產工程學會CIRP年會上發(fā)表了十篇左右的磨削加工科技論文，從而在國際磨削加工學術界有了一定的影響。
1.4 磨削原理
研究磨具與工件在磨削加工過程中的各種物理現象及其內在聯系的一門學科。磨削原理的研究內容主要包括磨屑形成過程、磨削力和磨削功率、磨削熱和磨削溫度、磨削精度和表面質量、磨削效率等，目的在于深入了解磨削的本質，并據以改進或創(chuàng)造磨削方法。
磨削原理的研究始于1886年，美國的C.H.諾頓和C.艾倫合作研究砂輪和磨削過程，20年之后制訂出正確選擇砂輪類別和砂輪速度的原則；同時發(fā)現為了提高磨削效率和精度，必須對砂輪進行平衡，并在磨削過程中正確地修整砂輪(見砂輪修整)和使用切削液。1914～1915年，英國的J.格斯特和美國的G.奧爾登對磨削用量、磨屑大小和選擇砂輪等問題又作了進一步的研究。此后，磨削原理的研究不斷深入。在磨屑形成方面，德國的K.克魯格對砂輪上磨粒與工件的接觸弧長和影響單顆磨粒的切深的因素進行了幾何計算和研究在1925年提出了研究報告。德國的M.庫萊恩和G.施勒辛格爾以及日本的關口八重吉等人對磨削力作了研究，在20年代末至30年代先后提出了磨削過程中影響磨削力的諸因素，并使磨削力的測量技術不斷發(fā)展。從30年代起，隨著測量磨削表面溫度實驗技術的發(fā)展推動了有關磨削熱的理論研究。對于砂輪磨削性能的理論研究導致一系列新型高速砂輪的出現發(fā)展了砂帶磨削。由于金剛石和立方氮化硼磨料的應用，磨削原理又得到新的發(fā)展。70年代以來，應用掃描電子顯微鏡對磨削的微觀過程和超精密磨削的機理作了深入的分析。
1. 磨屑形成過程
磨粒在磨具上排列的間距和高低都是隨機分布的，磨粒是一個多面體，其每個棱角都可看作是一個切削刃，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。經精細修整的磨具其磨粒表面會形成一些微小的切削刃，稱為微刃。磨粒在磨削時有較大的負前角(見刀具)，其平均值為-60°左右。磨粒的切削過程可分3個階段。
①滑擦階段：磨粒開始擠入工件，滑擦而過，工件表面產生彈性變形而無切屑。
②耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側和前端堆高隆起；
③切削階段：切入深度繼續(xù)增大，溫度達到或超過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 磨粒的切削過程(局部放大)
根據條件不同，磨粒的切削過程的3個階段可以全部存在，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，可據以分析各主要工藝參數、砂輪特性、冷卻潤滑條件和磨料的性能等對磨削過程的影響，從而尋求提高磨削表面質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，Fn/Ft=1.5～3；當采用潤滑性能好的切削液時，由于摩擦力減少，Fn/Ft可高達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)的關系如下式：Pm=Ft?v/1000。在特定的磨削條件下，都有一個最佳磨削力區(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的砂輪壽命，因此發(fā)展了在磨削過程中使磨削力按預定數值保持恒定的控制力磨削技術。
3. 磨削熱和磨削溫度
磨削過程中所消耗的能量幾乎全部轉變?yōu)槟ハ鳠?。試驗研究表明，根據磨削條件的不同，磨削熱約有60～85％進入工件，10～30％進入砂輪，0.5～30％進入磨屑，另有少部分以傳導、對流和輻射形式散出。磨削時每顆磨粒對工件的切削都可以看作是一個瞬時熱源，在熱源周圍形成溫度場。磨削區(qū)的平均溫度約為400～1000℃，至于瞬時接觸點的最高溫度可達工件材料熔點溫度。磨粒經過磨削區(qū)的時間極短一般在0.01～0.1毫秒以內，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，形成瞬時熱聚集現象會影響工件表層材料的性能和砂輪的磨損。
4. 磨削精度和表面質量
大多數情況下磨削是最終加工工序，因此直接決定工件的質量。磨削力造成磨削工藝系統的變形和振動，磨削熱引起工藝系統的熱變形，兩者都影響磨削精度。磨削表面質量包括表面粗糙度、波紋度、表層材料的殘馀應力和熱損傷(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、工件材質和機床條件等。產生表面波紋度的主要原因是工藝系統的振動。由于磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會產生殘馀應力。殘馀壓應力可提高工件的疲勞強度和壽命；殘馀拉應力則會降低疲勞強度，當殘馀拉應力超過材料的強度極限時，就會出現磨削裂紋。磨削過程中因塑性變形而發(fā)生的金屬強化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會因磨削熱的影響，使強化了的金屬發(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就會出現回火軟化區(qū)，使表面質量下降，同時在表面出現明顯的褐色或黑色斑痕，稱為磨削燒傷。
5. 磨削效率
評定磨削效率的指標是單位時間內所切除材料的體積或質量，用mm3/s或kg/h表示。提高磨削效率的途徑有：①增加單位時間內參與磨削的磨粒數，如采用高速磨削或寬砂輪磨削；②增加每顆磨粒的切削用量，如采用強力磨削。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，在一定程度上說明砂輪壽命較長。磨削比減小，將增加修整砂輪和更換砂輪的次數，從而增加砂輪消耗和磨削成本。影響磨削比的因素有：單位寬度的法向磨削分力、磨削速度以及磨料的種類、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；砂輪粒度較細和硬度較高時，磨削比也較大。
6. 磨削加工的特點
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：
●切削工具是無固定形狀的，磨粒在砂輪中的分布是無規(guī)律的。
●磨削加工時，切刃會發(fā)生變化。磨削工具在切削過程中，磨程度上會切刃自銳化。即有些磨理會破碎形成新的切削刃，同時有些磨耗的磨粒自行脫落而被新的鋒銳磨粒代替。
●負的切削角度。磨粒不規(guī)則的鈍外形常使得磨削前角為負值。
●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。即每個磨刃的切削深度極小。
●磨削加工時磨屑形成的簡圖。磨削角一般為負值。
1.5 磨削技術的發(fā)展及關鍵技術
1. 磨削技術發(fā)展概述
一般來講，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、高速重負荷磨削。
高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快，如德國的Aa chen大學、Bremm大學、美國的Connecticut大學等，有的在實驗室完成了V s 為250 m/ s、350 m/s、400 m/s的實驗。據報道，德國Aachen大學正在進行目標為500 m/s的磨削實驗 研究。在實用磨削方面，日本已有V s =200 m/s的磨床在工業(yè)中應用。
我國對高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，如湖南大學在70年代末期便進行了80m/s、1 20 m/s的磨削工藝實驗；前幾年，某大學也計劃開展250 m/s的磨削研究(但至今尚未見到這 方面的報道)，所以說有些高速磨削技術還只是實驗而已，尚未走出實驗室，技術還遠沒有 成熟，特別是超高速磨削的研究還開展得很少。在實際應用中，砂輪線速度V s 一般還 是45～60 m/s。
國內外都采用超精密磨削、精密修整、微細磨料磨具進行亞微米級以下切深磨削的研究，以 獲得亞微米級的尺寸精度。微細磨料磨削，用于超精密鏡面磨削的樹脂結合劑砂輪的金剛石 磨粒平均直徑可小至4 μm。日本用激光在研磨過的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致 的微小切刃，對硬脆材料進行精密磨削加工，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0.025 μm。日本開發(fā)了電解在線修整(ELID)超精密鏡面磨 削技術，使得用超細微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能，可實現硬脆材料的高精度、 高效率的超精密磨削。作平面研磨運動的雙端面精密磨削技術，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。電泳磨削技術也是一種新的超精密及納米磨削技術。
隨著磨削技術的發(fā)展，磨床在加工機床中也占有相當大的比例。據1997年歐洲機床展覽會(E MO)的調查數據表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆 床占14%。我國從1949～1998年，開發(fā)生產的通用磨床有1800多種，專用磨床有幾百種，磨床 的擁有量占金屬切削機床總擁有量的13%左右?？梢?，磨削技術及磨床在機械制造業(yè)中占有 極其重要的位置。
為什么磨削技術會不斷地發(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法比擬的特點，如砂輪上參 與切削的磨粒多，切削刃多且?guī)缀涡螤畈煌?；僅在較小的局部產生加工應力；磨具對斷續(xù)切 削、工件硬度的變化不很敏感；砂輪可實現在線修銳等，因而可使加工件獲得很高的加工精 度。
2)加工效率高 如緩進給深磨，一次磨削深度可達到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V s 進一步提高后，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)中的應用不斷擴大，有些材料只能采用磨削加工 ，需要有新的磨削技術及磨削工藝與之相適應。
4)新的磨料磨具 如人造金剛石砂輪、CBN砂輪的出現，擴大了磨削加工的 應用范圍。
5)相關技術的發(fā)展 如砂輪制造技術、控制技術、運動部件的驅動技術、 支撐技術等，促進了磨削技術及磨削裝備的發(fā)展。
總之，磨削技術發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。目前，磨削技術的發(fā)展趨勢 是，發(fā)展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機理并開發(fā)其新的磨削工藝 技術，研制高精度、高剛性的自動化磨床。
2. 磨削的關鍵技術研究
就磨削而言，特別就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言，其涉及的內容廣泛，不僅包括 磨削本身的技術，也集中了其它相關的技術。關鍵技術介紹如下：
1） 磨削機理及磨削工藝的研究
通過對磨削機理和磨削工藝的研究，揭示各種磨削過程、磨削現象的本質，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；磨具的磨損，新型磨具材料的磨削性能等，只有通過磨削機理和磨 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。
對普通磨削而言，在磨削機理和磨削工藝方面已開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理和磨削工藝方面，針對不同的工程材料(如陶瓷和玻璃) 國 內外開展了一些研究，但還很不全面，尚未形成完整的理論體系，還需進行廣泛的研究，找 出其內在的規(guī)律?？梢姡枰M一步研究的重點有，①磨削過程、磨削現象（如磨削力、磨削溫度、磨削燒傷及裂紋等）的研究；②磨削工藝參數優(yōu)化的研究；③不同材料（常用材料）的磨削機理的研究；④磨削過程的計算機模擬與仿真的研究。
2） 高速、高精度主軸單元制造技術
主軸單元包括主軸動力源、主軸、軸承和機架幾個部分，它影響著加工系統的精度、穩(wěn)定性 及應用范圍，其動力學性能及穩(wěn)定性對高速高效磨削、精密超精密磨削起著關鍵的作用。
提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉速，特別是在砂輪直徑受到限制的場合（如內圓磨 削）。因而，適應于高精度、高速及超高速磨床的主軸單元是磨床的關鍵部件。而對于高 速高精度主軸單元系統，應該是剛性好，回轉精度高，運轉時溫升小、穩(wěn)定性好、可靠，功 耗低，壽命長，同時，成本也應適中。要滿足這些要求，主軸的制造及動平衡，主軸的支撐 (軸承)，主軸系統的潤滑和冷卻，系統的剛性等是很重要的。
國外主軸單元技術的發(fā)展很快，有些公司專門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、超高速切削機床上。近年來高速和超高速磨床越來越多地 用電主軸作為其主軸單元部件，如美國福特公司和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，最高轉速達15 000 r/min，電機的響應時間很短； 在EMO'97上，電主軸是機床制造技術中最熱門的功能部件，參展商達36家；美國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，國內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 和提高。同時，缺乏高速、高精度、大功率的主軸單元(電主軸)。需要進一步研究的重點如 下：①大功率、高轉速和高精度的驅動系統的研究與開發(fā)；②高剛性、高精度、高轉速重負 荷的軸承或支承件的研究與開發(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。
3）精密、高速進給單元制造技術
進給單元包括伺服驅動部件、滾動單元、位置監(jiān)測單元等。進給單元是使砂輪保持正常工作 的必要條件，也是評價高速、高效及超高速磨床性能的重要指標之一，因此，要求進給單元 運轉靈活，分辨率高，定位精度高，沒有爬行，有較大的移動范圍(既要適合空行程時的快 進給，又要適應加工時的小進給或者微進給)，既要有較大的加速度，又要有足夠大的推力 ，剛性高，動態(tài)響應快，定位精度好。
數控機床普遍采用旋轉電機(交直流伺服電機)與滾動絲杠組合的軸向進給方案。但隨著高 速高精度加工的發(fā)展，國內外都普遍采用了直線伺服電機直接驅動技術，高動態(tài)性能的直線 電機結合數字控制技術，可達到較高的調整質量，也可滿足上述要求，如德國西門子公司就 在CIMT'97作了直線電機120 m/min高速進給的表演，而該公司的直線電機最大進給速度可達 200 m/min, 其最大推力可達6600 N，最大位移距離為504 mm。又如日本三井精機公司生產 的高速工具磨床，主軸上下移動(行程25 mm)采用直線電機后，可達400次/min，是原來的2 倍，加工效率提高3～4倍。我國國產數控進給系統(特別是高速、高精度進給系統)與國外相 比還有很大的差距，其快速進給的速度一般為24 m/min?？梢?，為了適應精密、高速及超高 速磨床的發(fā)展，在以下幾個方面應重點研究：①高速精密交流伺服系統及電機的研究；②直線伺服電機的設計與應用的研究；③高速精密滾珠絲杠副及大導程滾珠絲杠副的研究；④高精度導軌、新型導軌摩擦副的研究；⑤能適應超精密磨削的高靈敏度、超微進給機構和超低摩擦系數的導軌副的研究。
4）砂輪制造及其新技術
隨著工程材料的發(fā)展及其應用，CBN砂輪和人造金剛石砂輪的應用越來越廣泛，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250 m/s，發(fā)展超 高速磨削也需要150 m/s以上的砂輪，但國內80～120 m/s的CBN砂輪仍在研制之中。
此外，砂輪的設計，其截面形狀的優(yōu)化、粘結劑的結合強度及其適用性、砂輪基體的材料、 砂輪的制造技術(特別是對微細磨料磨具的制造技術)等都是非常重要的，仍需對一些關鍵技 術進行攻關：①砂輪基體材料及制造技術的開發(fā)、設計及其優(yōu)化；②砂輪新型粘結劑(特別是適用于制造微細磨料磨具的粘結劑)的研究；③新型磨料的制備工藝，如可使磨料容易產生新的切削刃；④新型砂輪的制造工藝，既要使砂輪具有足夠