CNC 磨削入门

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  砂轮如何去除金属
• 2
  平面磨削、外圆磨削与缓进给磨削对比
• 3
  磨削为何烧伤工件以及如何避免
• 4
  磨削优于铣削的场合与不适用的场合
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  磨削工艺选择指南

砂轮就像一把带有数百万个微小不规则齿的铣刀。每个磨粒都是结合剂把持的硬质矿物。砂轮接触钢件时，单个磨粒剪切出的切屑远小于铣削切屑，厚度往往只有几微米。这就是磨削能在淬硬材料上达到车削和铣削无法保持的公差与表面粗糙度的原因。

磨粒不会一直保持锋利。它们会变钝、破碎或从结合剂中脱落，下面露出新的刃口。这种自锐行为正是关键所在。磨钝堵塞的砂轮只会摩擦而不是切削，工件会迅速升温。磨粒脱落过快的砂轮会失去形状，尺寸随之漂移。修整是操作者重置这两种状态的方法。

热量才是真正的限制。压入接触区的能量几乎全部转化为热，并通过切屑、砂轮、切削液和工件散出。工件承担的比例过大时，就会膨胀、烧伤或开裂。因此实用规则是：切深适中、切削液充足、砂轮保持开放。

硬度的影响没有人们想象的那么大。60 HRC 的工具钢和软铝件使用完全不同的砂轮，但同一台机床可以加工两者。变化的是磨料、结合剂、砂轮速度和进给。把这四项匹配好，工艺就稳定。

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  磨料钢件用氧化铝，铸铁和有色金属用碳化硅，硬质合金和淬硬合金用金刚石和 CBN。
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  结合剂陶瓷结合剂覆盖大多数精密加工；树脂结合剂可承受更高速度和冲击。
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  粒度粗粒度用于去除余量，细粒度用于精加工，但细粒度砂轮加工软金属时容易堵塞。
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  硬度等级硬材料用软等级，软材料用硬等级。这一点与直觉相反。

平面磨削让平面或成形面接触往复或旋转工作台。这是模具、板件以及任何以平面度和平行度承载公差的零件的标准路线。电磁吸盘夹持铁磁性零件；有色金属和薄壁零件需要工装夹具，薄壁件仍会弹性变形，因此轻切削和支撑块很重要。

外圆磨削让工件旋转并接触砂轮，零件用顶尖或卡盘夹持。外径加工可保证轴、主轴和销的圆度和锥度。内孔磨削使用小得多的砂轮，除非采用高频主轴，否则砂轮速度会下降，且接触弧长，容易积热。

缓进给磨削采用一次深切削，通常 1–6 mm，进给速度很慢，而不是多次浅切。砂轮开放且软，机床需要高压切削液，该工艺适合硬质合金中的槽和轮廓。对于会损坏硬质合金刀具的材料，它可替代铣削。

无心磨削是其中的特例，值得了解。工件由砂轮和导轮之间的托板支撑。没有中心可定位，因此小销和衬套的产能很高，但装夹繁琐，且该工艺只适用于旋转对称零件。

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  平面平面、台阶、模具板。往复或旋转工作台。
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  外圆轴和内孔。顶尖或卡盘夹持。
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  缓进给硬质合金中的深槽和轮廓，一次走刀。
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  无心批量小销和衬套，无需顶尖。

烧伤是回火痕迹。表面温度高到改变了显微组织，可见的变色是轻微版本。严重的版本是下方带有拉应力的再淬硬层，会在后续使用中开裂。在淬硬轴上，这种裂纹就是疲劳源。

切削液输送方式比切削液类型更重要。大面积浇注与把连贯射流对准接触区不是一回事。通过砂轮或通过喷嘴的高压切削液能把液体送到发热位置。在缓进给加工中，这不是可选项。

砂轮速度有结合剂决定的上限。陶瓷结合剂砂轮通常为 30–35 m/s，树脂结合剂砂轮更高。超过额定速度运行是安全问题，不是产能问题。远低于最佳速度运行会使磨粒摩擦，导致工件烧伤。

进给和切深是一对参数。轻而快的走刀往往比重而慢的走刀温度更低，因为磨粒是在切削而不是摩擦。如果工件烧伤，首先要改的通常是砂轮硬度等级或切削液喷射方向，而不是切深。

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  烧伤回火变色，钢件上通常呈蓝色或稻草色。
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  裂纹烧伤下方的再淬硬层，靠检测发现，肉眼看不出来。
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  颤振砂轮不平衡或硬度等级过高，表现为规律性痕迹。
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  堵塞软金属填满砂轮气孔。改用更粗、更软的砂轮。

材料硬度高时，磨削更有优势。硬质合金、50 HRC 以上的淬硬工具钢以及许多高温合金，用硬质合金刀具加工很难长时间保持良好表面。淬硬零件的公差要求严格时，磨削同样更有优势，因为已铣削成形的表面在淬火后必然变形。

软材料、简单形状的零件不适合磨削。铝、黄铜和低碳钢用铣削或车削加工更快，磨削只会让砂轮堵塞。如果图纸要求铝支架达到 Ra 1.6 μm，用好的铣床加一道精加工走刀即可。

三维形状复杂的零件也不适合磨削。五轴铣床可以加工型腔、加强筋和斜面，而砂轮无法进入这些部位。对大多数工件而言，磨削是精加工工序，不是成形工序。

小批量生产时，成本主要取决于装夹，而不是加工节拍。磨削工装夹具、修整成形砂轮和试切首件都需要时间，之后才能产出第一件合格品。单件加工时，这部分装夹成本可能超过加工费。批量生产 500 件淬硬销轴时，这部分成本会摊薄到单件价格中。

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  选择磨削淬硬钢、圆度或平面度要求严格、表面粗糙度要求高、薄壁淬硬零件。
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  选择铣削复杂三维几何形状、软材料、公差宽松、交期短。
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  两者都用先铣削软态，再热处理，最后只磨削关键表面。