工艺说明

CNC 平面磨削要点

本页介绍 CNC 控制机床上磨料平面磨削的机理、可保持的平面度与表面质量，以及适合采用该工艺的零件形状。在为淬硬件或薄壁件指定平面之前，请先阅读本页。

±0.005 mm 公差Ra 0.2–0.8 µm 表面质量淬硬钢100% 检验

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原理

在 CNC 平面磨削中，砂轮由结合剂粘结的磨料颗粒制成。每个颗粒相当于一个微小的单点刀具。在 30–35 m/s 的线速度下，磨粒从工件上剪切下切屑，结合剂缓慢破碎，露出新的磨粒。这种自锐特性正是磨削能保持尺寸、而铣刀会磨损的原因。

每刀切削深度很小，粗加工通常为 0.005–0.05 mm，精加工为 0.002–0.01 mm。砂轮不像立铣刀那样扎入角落，而是扫过整个表面，因此加工是在较大面积上的浅而均匀的去除，而非局部深切削。

热量是主要约束。切削能量几乎全部进入接触区，普通氧化铝砂轮磨削淬硬钢时，可在毫秒内使该区域温度超过 800 °C。大量切削液带走大部分热量。切削液无法到达的地方会出现烧伤痕迹和软化的回火层。

CNC 部分只实现运动自动化，按程序路径控制横向进给、垂直进给、工作台速度和砂轮修整。操作者仍需选择砂轮、切削液和光磨时间。这三项选择决定表面是平的还是凹的。

平面度

调整良好的平面磨床在 300 mm 表面上通常可保持 0.005 mm 平面度。更严的公差则主要受工件夹持和砂轮状态影响。磁力吸盘会将薄件吸平，松开后零件回弹，因此松开后测得的平面度与在台面上时并不相同。

表面质量分三档。粗修整砂轮配粗横向进给可得 Ra 1.6–3.2 µm。细修整配较慢横向进给可达 Ra 0.8–1.6 µm，这是常见的生产目标。细修整加最后两刀无垂直进给的光磨可达 Ra 0.2–0.8 µm。

尺寸公差是磨削的价值所在。磨削面可保持 ±0.005 mm，铣削或热处理后通常留 0.02–0.05 mm 余量用于磨削。铣削面在淬硬件上无法保持该尺寸，因为刀具在切削过程中会磨损。

平行度与平面度是两回事。零件两面可以都平但不平行。在一次装夹中相对修整过的吸盘磨削两面，或按已知台阶翻面，才能使两面平行度保持在 0.01 mm 以内。

材料

磨削在三类零件上占优。第一类是 45 HRC 以上的淬硬钢。60 HRC 的模具镶件用任何铣刀都无法经济地铣到尺寸，而立方氮化硼或氧化铝砂轮可以干净地磨削。工具钢和 440C 不锈钢属于此类。

第二类是薄而平的零件。1 mm 厚板或 0.5 mm 垫片在铣刀下会振颤和弯曲。在磁力吸盘上轻切削，同样的板可以磨平并达到尺寸。吸盘的支撑使其成为可能。

第三类是表面质量具有功能而非装饰作用的平面。阀座、密封面或导轨面需要能密封或滑动的表面。磨削产生无方向性的随机划痕纹理，可储油并与配合面密封。铣削留下有方向性的痕迹，会泄漏。

铣削仍适用于深腔、尖锐内角以及任何带 3D 轮廓的特征。磨削是平面加工工艺，不能加工槽、螺纹或小于砂轮边缘半径的圆角。如果特征不是平面或简单圆柱面，就应交给铣床。

装夹

砂轮选择取决于材料而非机床。氧化铝（46–60 目，J–K 级）适用于碳钢和合金钢。碳化硅适用于铸铁和有色金属。立方氮化硼适用于淬硬钢和大批量生产，但单片砂轮成本更高。

修整是最常被草率处理的步骤。单点金刚石以 0.02–0.05 mm 深度划过砂轮，可打开磨粒并恢复形状。磨粒钝化会使砂轮堵塞，堵塞的砂轮只摩擦不切削，表面随即烧伤，表面质量下降。

切削液有两个作用：带走接触区的热量，冲走切屑以免二次划伤表面。水基切削液浓度 5–8% 是标准做法。磨削淬硬钢时，对准接触点的高压射流比低压大流量更有效。

光磨是最后两到四刀无垂直进给的走刀。砂轮扫过表面，只去除零件的弹性回弹。省略这一步，表面不会均匀磨净，尤其是会在砂轮下让刀的薄件。

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