卓越表面光洁度的五大磨削技巧

精密CNC生产磨削在零件要求严格几何公差和优质表面光洁度时大显身手。典型需达32 μin Ra至4.0 μin Ra甚至更优表面光洁度。对比传统铣削或车削约达125-32 μin Ra。

若目标将现有表面光洁度从20 μin Ra提升至17 μin Ra，仅适当提高砂轮转速和/或略微降低进给率可能足矣。但若需更精细表面光洁度，则应着手解决以下五大因素。

1) 磨削运行参数

调整磨削参数是改善零件表面光洁度最简快途径。以下关键参数及建议操作可助成功。

此零件磨至3.0 μin Ra表面光洁度。通过超硬砂轮及工艺优化（含本文所有建议）达成。图片来源：Norton | Saint-Gobain Abrasives。

慢进给/平面磨削：

• 提高砂轮转速。好起点。但须确认砂轮额定转速支持新转速。最大工作速度（MOS）标注在砂轮侧面。
• 降低进给率。
• 减小切深。
• 增加无进给抛光次数。

外圆(OD)/内圆(ID)磨削：

• 提高砂轮转速。同前，砂轮须额定支持新转速。最大工作速度标注砂轮侧面。
• 减小每转切深。
• 降低工件转速(rpm)：进给率可能需调整以维持每转切深。
• 增加停留/无进给抛光时间。
• 使用摆动（内圆插磨常见做法）。

现代磨床多配变频调速，改砂轮转速只需编辑CNC程序或调主轴调速器。其他机床可能需手动换滑轮皮带。

降低进给率亦可通过编辑CNC程序或调进给控制实现。但此法可能增加循环时间，生产作业中循环时间关键时非良选。循环时间非关键应用中，降低进给率或为改善工件表面光洁度良选。

提高砂轮转速、减小切深和进给率时，砂轮可能变钝。这增加工件热损伤风险和磨削力。调整参数时须谨慎，避免引入新问题。

2) 砂轮修整

常规和超硬砂轮修整条件可调整以助改善表面光洁度。此项

修整导程为砂轮一转中行进距离。

通常通过降低修整横向进给速度和/或减小修整单次切深实现。减小修整切深使修整动作温和，得更光滑砂轮端面，通常改善工件表面光洁度。降低修整横向进给速度减小修整导程（砂轮一转行进距离）。修整导程适用修整工具横跨砂轮端面的任何修整过程，不适用插入式修整。调整导程是改善现有工艺表面光洁度好方法。

建立新工艺或换修整工具类型时，最好计算修整重叠比（考虑修整器宽度）。重叠比指修整器横跨砂轮时，砂轮端面任一点接触修整器端面次数。

修整重叠比决定砂轮端面表面状况，进而决定工件表面粗糙度。重叠比增加时，修整器反复撞击砂轮同一砂粒，在砂轮表面形成精细微观地貌。砂轮端面变钝闭合，导致工件表面光洁度更精细。

修整重叠比决定砂轮端面表面状况。

但须防止极精细修整导致砂轮端面过度闭合。过闭合端面因砂轮表面钝化导致磨削功率升高，可能造成工件热损伤。表2给出导程和重叠比计算公式。

3) 砂轮成分：粒度

砂轮粒度直接影响表面光洁度。粒度越大，光洁度越粗糙。须基于工件光洁度要求选正确粒度。表3列出各类光洁度要求对应CBN和金刚石砂轮粒度类型、尺寸及建议。

表3. 减小砂轮粒度是改善表面光洁度途径之一。表显CBN和金刚石砂轮粒度与期望光洁度对应关系。

更改粒度前，建议先用温和参数修整砂轮。减小粒度通常意味需降低进给率，导致循环时间增加。细粒度去除材料速率不如粗粒度高。细粒度也可能诱发工件热损伤。

常规磨料砂轮成分含磨料类型尺寸、轮结构（砂粒间距）、等级（结合剂硬度）、结合剂类型。超硬砂轮成分含磨料类型尺寸、磨料浓度、结合剂等级和类型。常规磨料含氧化铝、碳化硅、陶瓷磨料；超硬磨料含金刚石和立方氮化硼(cBN)。

订购细粒度砂轮前，建议联系砂轮制造商/分销商寻找最适配应用的砂轮成分。

4) 冷却液供给

冷却液施加不足会导致磨屑重新进入磨削区。磨屑划伤工件，常见于内圆磨削。关键确保

洗刷喷嘴典型高压(500-1000 psi)、低流量，针对磨削区后方清除砂轮结构中磨屑。

冷却液喷嘴准确指向磨削区且有足够流量压力冲走磨屑。准确覆盖整个磨削区是实现零件表面光洁度一致性关键。大去除率工艺中，可能需调整冷却液压力匹配砂轮转速避免烧伤工件。这也助清除磨削区磨屑。

磨屑有时粘附砂轮。激进磨削或加工易粘砂轮金属时会发生。此类应用可能需洗刷喷嘴。洗刷喷嘴典型高压(500-1000 psi)、低流量装置，指向磨削区后方清除砂轮结构中磨屑。

表4. 硬质合金磨削经验法则：用滤芯捕获大于砂轮粒度10%以上颗粒。

内圆磨削因孔内空间有限，洗刷喷嘴不太适用。此类应用宜用浇注式冷却液。但外圆和慢进给/平面磨削常可实施洗刷喷嘴而不干扰工件或工装。

冷却液过滤不良也会负面影响表面光洁度和/或造成工件表面划伤。颗粒未滤除会随冷却液泵回磨削区。怀疑过滤导致划伤和不良光洁度时，可能需更小微米滤芯。硬质合金磨削经验法则：滤芯至少捕获大于砂轮粒度10%颗粒（见表4）。

冷却液类型也因润滑性影响砂轮磨损而影响表面光洁度。纯油冷却液通常降低砂轮磨损，从而获得更一致表面光洁度。

5) 机床状况

磨床相关因素影响工件表面光洁度，含：

砂轮/法兰组件平衡： 若砂轮组件平衡未达可接受水平，可能导致振动和/或不良表面光洁度。平衡可用静平衡仪、动态/手动平衡仪或机床安装自动平衡仪实施。工件要求精度和光洁度决定设备选型。

直接安装磨削主轴的自动平衡系统为最佳平衡选项。系统自动移动轮毂内配重抵消砂轮/轮毂不平衡。自动平衡器限于大型机床如慢进给和外圆磨床，不适用小直径砂轮。

次优为动态/手动平衡系统，适用所有机型。在机床上直接平衡砂轮/轮毂组件，但需手动移动平衡配重。

最后，离机静平衡在可达平衡等级上有限制。但总比不平衡强，某些应用足矣。

并非所有砂轮需平衡。小质量小砂轮无重量产生问题不平衡。除非极高转速或机床/系统(套筒)不刚性，否则小砂轮毋需平衡。低精度或粗加工用砂轮亦可能免平衡。

机床刚性： 刚性差导致工件质量差。时间久主轴轴承磨损松动，撞机也可能损坏轴承。可能时应定期或持续用振动分析设备检查主轴轴承。此设备是预测主轴轴承潜在问题导致工件质量下降的好工具。不良工装夹持法也可能导致振动或挠度，最终表面光洁度差。

修整系统： 正确修整砂轮对良好表面光洁度至关重要，故修整系统须良好。固定修整器损坏磨损应更换。旋转修整器如磨削主轴应检查过度振动、跳动和移动。

机床维护： 遵循机床供应商计划润滑、监控压缩空气

加速度计安装磨削主轴待检测振动水平。

质量、滤芯更换频率等指令至关重要。轮毂、轴承座、工装、稳定架、尾座顶尖等应检查损伤。检查这些机床部件应纳入车间日常预防性维护常规。

除定期维护，许多公司现实施基于状态监测(CBM)维护计划，用加速度计、温度计、压力计等传感器监测机床。此预测性维护利用传感器数据建立趋势、预测故障、确定轴承等部件更换时机。

Norton|Saint-Gobain Abrasives | nortonabrasives.com/en-us

作者简介

John Hagan为高级应用工程师，Mark Martin为应用工程师，均就职于Norton|Saint-Gobain Abrasives。