磨床砂轮的保养与安全

◉保养与点检

• 正确保管和搬运砂轮砂轮

  遵守“不滚动、不跌落、不碰撞”。放在干燥处的整理架等上

  受冲击产生肉眼看不见的裂纹后，旋转中会破裂^[1][2]（单一资料·仅供参考）

• 安装前进行外观检查和敲击检查砂轮

  先目视检查有无裂纹、破裂、缺口，再敲击听声。OSHA 的方法：使砂轮处于干燥状态，轻砂轮用螺丝刀柄、重砂轮用木槌之类的非金属轻质工具，在垂直中心线左右约 45°、距外圆周 1～2 英寸处轻敲。转 45° 后重复。声音清脆如金属声为合格，声音发闷说明有裂纹，不得使用

  在安装前发现运输、保管过程中产生的裂纹。外观检查和敲击检查也是特别教育的科目（《安全卫生特别教育规程》） 树脂结合剂等有机质砂轮，敲击声不如陶瓷结合剂砂轮清脆（OSHA）^[3][1][4]

• 确认砂轮标识与机床是否相符砂轮

  把砂轮标识（制造商名、结合剂种类、最高使用线速度）与磨床标识（可用砂轮的直径、厚度、孔径，旋转方向，空载转速）、防护罩标识（可用砂轮的最高使用线速度、厚度、直径）对照。根据砂轮轴转速计算线速度，不得超过最高使用线速度

  超过最高使用线速度使用，为《劳动安全卫生规则》第119条所禁止。标识内容由《磨床等结构规格》第29条规定 直径不足 75 mm 的砂轮，也可按最小包装单位标识（结构规格）^[5][6][1][3]

• 不要强行安装孔径不符的砂轮砂轮

  不要强行压入砂轮轴。不要扩孔等改动。砂轮宜松松地套入轴，磨削过程中也保持松套状态

  孔配合过紧时，安装以及轴的热膨胀会使砂轮承受很大的压力（OSHA）^[1][3]

• 停止供磨削液后，让砂轮空转甩净液体，再停机砂轮

  停止供磨削液后继续旋转，甩掉渗入砂轮的液体

  砂轮浸着磨削液就停机，水分分布不均会造成不平衡（捷太格特、诺利达）。UNITED GRINDING 也把这种空转列为出现振纹时的对策^[1][7][8][9]

  发布方	对象	时间
  诺利达	一般磨削砂轮	完全甩净后再停机（未注明时间）
  捷太格特磨削工具	更换砂轮时可能再次使用的砂轮	停止供磨削液后旋转约 10 分钟
  UNITED GRINDING	长期停用前拆下的一般砂轮	空转 20 分钟以上使其干燥后再拆下

• 法兰要使用两侧直径、接触宽度相同，且无变形、伤痕、脏污、锈蚀的法兰

  使固定侧与活动侧法兰的直径和接触宽度一致。直形法兰的直径不小于砂轮直径的 1/3，让位槽深度在 1.5 mm 以上（《磨床等结构规格》第16条）。不使用没有让位槽的法兰。接触面磨损、变形后，要修整或更换

  两侧直径、接触宽度不同，砂轮会受弯曲力而破裂。法兰面的变形、异物会使紧固压力不均 安全法兰用于平形砂轮时，直径不小于砂轮直径的 2/3（结构规格第18条）。OSHA 也规定：法兰直径不小于砂轮直径的 1/3，两侧直径和接触面相同，磨损、变形的接触面要修整^[5][1][3]

• 使用砂轮上附带的标签（吸墨纸）法兰

  标签要比法兰直径大，无脏污、破损，并盖满法兰整个接触面

  标签能使法兰紧固压力均匀分布（OSHA） 《磨床等结构规格》规定，用平形砂轮用安全法兰安装时要使用橡胶制标签。金刚石砂轮等也有不使用标签的种类（OSHA）^[1][3][5]

• 法兰与砂轮之间不要夹入异物，螺栓用扭矩扳手均匀紧固法兰

  接触面（砂轮、标签、法兰）要平整干净后再装配。用多个螺栓紧固的法兰，按作业标准规定的扭矩使用扭矩扳手，使各螺栓受力均匀。用 1 个螺母紧固时也不要拧得过紧

  数控外圆磨床上发生过砂轮破裂，原因被认为是法兰与砂轮之间夹有金属片，以及用六角扳手和锤子紧固造成的扭矩不均（日本厚生劳动省事例。5 分钟的试运转中无异常）^[10][1][3]

• 清扫砂轮轴锥面和法兰内孔锥面，去除毛刺法兰

  新装时，清扫砂轮轴锥部和法兰内孔锥部，轻轻用油石去除毛刺和伤痕的隆起

  哪怕一点点灰尘也会造成不平衡（捷太格特）^[7][10]

• 事先确定做平衡的时机和方法平衡

  平衡在更换砂轮时以及出现振纹等问题时进行。装有法兰的砂轮（一般砂轮、超硬磨料砂轮均是）通常做静平衡，不使用法兰的超硬磨料砂轮通常做动平衡（捷太格特）

  砂轮不平衡的原因有：砂轮内部磨粒、结合剂分布不均或有气泡孔洞，砂轮与法兰装配错位，砂轮单边磨损，缺口、裂纹以及吸入磨削液（Marposs） 不使用法兰的超硬磨料砂轮，多由厂家出厂时已做好动平衡。若连同法兰组装保管且已调整好，更换时有时可省去静平衡（捷太格特。视线速度和精度要求而定）^{[7][11][12][1]}

• 做静平衡（平衡架）平衡

  捷太格特的步骤：①用水平仪确认平衡架水平 ②在法兰上装平衡心轴，轻放到架上 ③松手后，在自然停下时处于最高点（最轻处）的法兰上用粉笔做标记 ④在标记位置装平衡块①，在距其 120° 的位置装②③并临时紧固（不要拧太紧） ⑤只少量移动②③，使标记在 0°、90°、45° 任何位置都能停住（向倾斜侧的反方向、即较轻的一侧移动） ⑥最后再次确认在所有位置都能停住，用六角扳手固定

  即使重量只有一点点偏差，旋转时也会产生晃动，造成振动、振纹、表面粗糙度不良以及砂轮寿命缩短 平衡架不水平，就无法正确做平衡（捷太格特）^[7][1]

• 在机上做动平衡（便携式平衡仪、自动平衡仪）平衡

  便携式平衡仪测量包括砂轮在内的整台磨床的动平衡，并指示平衡块的位置（诺利达）。自动平衡仪用振动传感器（加速度计）测量旋转时的振动，移动平衡头内的配重来抵消。在磨削循环间隙以运转速度自动进行，振动超出设定值时重复（Marposs）

  带着不平衡磨削，质量和生产率下降，磨床本体也会受损（诺利达） 平衡头有嵌入主轴内部的类型、装在法兰上的类型（便于后装）、向法兰腔室注入磨削液或油来取得平衡的液体式（Marposs）^[2][12][11]

• 装好砂轮后，务必进行整形（消除跳动、修正形状）修整器

  安装后，用百分表测量旋转中砂轮表面的跳动，通过整形使外圆周与轴同心。出现振纹、进给痕迹、划痕等由砂轮形状走样引起的问题时，也要进行整形

  安装时若旋转轴与砂轮中心偏离，磨削中会产生振动（捷太格特） 整形（修正形状）是消除外圆周跳动、修正形状的作业，修整（锐化）是击碎磨损的磨粒以露出新的切削刃、清除堵塞的磨屑的作业（诺利达）^[7][13][14]

• 单粒金刚石修整器要带角度安装，不时转动，并充分浇注磨削液修整器

  相对于砂轮旋转方向和修整器进给方向，各取 10～15° 的安装角，让尖端接触砂轮。为避免尖端同一处单边磨损，要不时沿圆周方向转动。向金刚石尖端多浇注磨削液

  发热会使金刚石碳化、磨损（诺利达）。修整器的发热和磨损会造成进给痕迹（UNITED GRINDING） 安装角越大，加工表面越细，但角度由各台磨床规定（诺利达）^[13][2][8]

• 确定修整的切入量修整器

  一般陶瓷结合剂砂轮：切入量以直径计在 0.03 mm 以下为宜，约为平均粒径的 1/10（陶瓷磨粒砂轮为 1/20）。诺利达技术支持给出的数值为：精密磨削半径约 5 µm，一般磨削半径 10～30 µm，粗磨约半径 40 µm。不要一次切入过大

  切入量小，磨粒表面变平，加工表面变细，但切削性下降。切入量大，切削性提高但表面变粗（诺利达） 总切入量（若干次之和）不足，性能不能恢复。过多则有时磨粒突出量不足（诺利达）。SME 的文章称，无心磨砂轮用固定修整器时从 0.0005～0.001 英寸的切入量开始^{[14][13][2][15]}

• 确定修整导程（砂轮每转 1 圈修整器的进给量）修整器

  以修整器扫过每颗磨粒 2～3 次为准（每颗磨粒上约形成 2.5 个峰的切削刃）。修整器进给速度 F（mm/min）＝ 平均粒径 d（mm）× 砂轮转速 N（min⁻¹）÷ 2.5。参考值：粒度 100 号 0.05，60 号 0.1，36 号 0.22 mm/rev（诺利达）

  一般而言，改变修整导程比改变切入量对磨削性能的影响更大。想纠正精度时，先重新审视导程（诺利达） 导程小则表面变细，但磨削阻力增大，容易堵塞。导程大则切削性提高，但表面变粗。UNITED GRINDING 建议，出现螺旋状纹路时只沿单一方向修整并降低进给^{[14][13][2][8]}

• 检查修整器的磨损和裂纹，尖端磨平后就更换修整器

  检查金刚石是否开裂、安装是否松动、刀柄是否伸出过长。尖端磨平的换成新的

  尖端磨平的修整器因发热容易使金刚石开裂，而且砂轮表面会处于钝化状态，切削性下降（诺利达）。UNITED GRINDING 也把检查和更换修整工具列为砂轮切不动（钝化）时的对策^[13][2][8]

• 确定旋转修整器（回转修整器）的旋转方向和线速度比修整器

  陶瓷结合剂 CBN 砂轮用旋转修整器修整（用单粒金刚石会使形状走样，磨粒切削刃变平）。CBN 的参考值：切入量以直径计 1～7 µm，导程 0.01～0.2 mm/rev。修整器与砂轮旋转方向相反（接触点处运动方向相同＝顺磨 down-cut）时侧重切削性，方向相同（逆磨 up-cut）时侧重表面粗糙度。顺磨时线速度比（修整器线速度÷砂轮线速度）为 0.4～0.9，侧重切削性时多为 0.75 以上（诺利达）

  旋转修整器的旋转方向和线速度比对磨削性能影响很大 SME 的文章（Norton 的工程师）称，无心磨削中让金刚石滚轮在接触点处与砂轮同向运动，并以砂轮线速度的 80% 旋转，切削性最好。与诺利达的顺磨、线速度比参考值方向一致^[14][16][15]

• 把导轮（调整砂轮）修整成与倾斜角相符的形状导轮

  通磨（贯穿式进给磨削）时，倾斜导轮来送进工件。按机床厂家规定的偏移量修整导轮，使砂轮、工件、导轮接成一条直线（多修整成两端粗的“狗骨”形）。SME 文章的参考值：进给 5～10 英寸/分（粗磨）、1～2 英寸/分（精磨），切入量 0.001 英寸

  导轮转得越快、倾斜角越大，工件进给越快（Micron Precision）。接触不在一条直线上，进给和精度就会紊乱（SME） 通磨时导轮多倾斜约 3°（SME）^[15][17]

• 观察无心磨砂轮的磨损，确定修整间隔砂轮

  磨损使表面形状走样时，通过修整来恢复。在生产用无心磨床上，旋转修整器更稳定（SME）

  磨损多了，工件与砂轮的接触减少，工件精度变差。修整越多砂轮寿命越短，所以抑制形状走样、拉长修整间隔就是延长寿命（诺利达） 无心磨用砂轮很大，更换费时费力（诺利达）^[18][15]

• 清除吸附面的切屑、毛刺、磕碰痕磁力卡盘

  擦净吸附面，毛刺和小的磕碰痕用细滑的油石去除（IMI Walker 称，卡盘安装面上的小伤痕用这种方法去除）

  吸力除了取决于工件的材质、厚度、面积，也会因吸附面的粗糙度而大幅变化（Kanetec）。有毛刺或异物，工件就贴不紧，吸力和精度都会下降^[19][20]

• 把卡盘正确安装到工作台上磁力卡盘

  IMI Walker 的步骤：清扫工作台安装面，确认是否平整、无毛刺（若不平整或与机床轴线不一致，要修整）。卡盘底面也要检查平面度，并在安装前清扫。方形卡盘的夹紧件，起初拧到不会晃动的程度，对准工作台后交替少量逐步拧到 10 ft·lbf，最后只把一侧端部加拧到 15 ft·lbf（为了让受热伸长有余地）

  安装面的脏污和变形会直接反映到卡盘面的精度上 Kanetec 的质量标准规定，卡盘安装面“不得中凸”。电磁吸盘要先确认本体已接地再通电（IMI Walker）^[19][20]

• 电磁吸盘要先通电使温度稳定后再精磨磁力卡盘

  安装后先通电，边浇注磨削液边使其适应机床的平均温度，然后再磨削表面（IMI Walker）

  电磁吸盘因线圈发热而升温。按 Kanetec 的标准，卡盘工作面的温升在 15℃ 以下（通电 3 小时） 永磁吸盘不发热，但仍需要时间适应机床温度（IMI Walker）^[19][20]

• 修磨卡盘面（磨面、自磨）磁力卡盘

  安装后磨削卡盘面，使其与机床运动轴线一致。IMI Walker 的参考做法：中等硬度、粗粒度（气孔多）的 36～40 号通用砂轮，湿式（使用不含亚硝酸盐或添加了抑制剂的磨削液）。每次磨削都要整形砂轮。最后一道之后不做光磨（普通磨削精加工的表面使工件更不易滑动）。顶板的磨削量以不超过厚度的 1/3 为宜

  用堵塞的砂轮磨削，热量会使卡盘中央隆起，严重破坏平面度（IMI Walker） 磨削底面时，不得励磁固定卡盘。要在两端用垫块挡住（IMI Walker）。不要干磨^[19][20]

• 选用不损伤卡盘的磨削液，防止生锈磁力卡盘

  隔磁片使用黄铜、树脂的卡盘，要选不易腐蚀这些材料的磨削液（与磨削液厂家商量，Kanetec）。IMI Walker 指定使用不含亚硝酸盐或添加了抑制剂的磨削液

  隔磁片或粘接部位腐蚀后，吸力和表面精度会下降^[20][19]

• 消除剩磁（消磁）、给工件退磁磁力卡盘

  电磁吸盘仅切断电流，工件会因残余吸力而不易取下。要先用消磁装置（交变衰减）削弱剩磁再取下。工件本身带磁时，用退磁器处理。台式退磁器要让工件平稳地从面上通过，并移动到距边缘约 20 cm 以上为止（推荐 3～5 m/min，通过约需 5 秒）

  有剩磁，工件就不易取下，吸附切屑和铁粉，成为伤痕和不良品的原因 按 Kanetec 的术语，以电气方式减弱电磁吸盘剩磁称为“消磁”，强制减弱器具、工件剩磁称为“退磁”。有些退磁器的表面因电磁感应会相当烫，周围的金属物也会发热，所以要离开表面 5 cm 以上（隧道式 30 cm 以上）。根据热处理状态，有些材料不易退磁^[21][22][23]（单一资料·仅供参考）

÷砂轮线速度与转速的计算（确认是否超过最高使用线速度）

1. 从砂轮标识读取最高使用线速度（m/s）（旧标识为 m/min）
2. 确认磨床砂轮轴的转速 n（min⁻¹）和砂轮外径 D（mm）
3. 线速度 v（m/s）＝ 3.14 × D × n ÷ 60000（以 m/min 计则 ÷ 1000）
4. v 须在最高使用线速度以下。反过来，转速上限为 n ＝ 最高使用线速度（m/s）× 60 × 1000 ÷（D × 3.14）

转速（诺利达的公式）

转速（min⁻¹）＝ 线速度（m/s）× 60 × 1000 ÷（砂轮外径（mm）× 3.14）

m/s 与 m/min

1 m/s ＝ 60 m/min（诺利达换算表：33 m/s ≒ 2000 m/min，45 m/s ≒ 2700 m/min，60 m/s ＝ 3600 m/min）

计算示例：条件

日本厚生劳动省案例 101224 中的平面磨床：砂轮外径 405 mm，最高使用线速度 1800 m/min，电机转速 1450 min⁻¹

计算示例：结果

线速度 ＝ 3.14 × 405 × 1450 ÷ 1000 ≒ 1844 m/min，超过了最高使用线速度 1800 m/min（案例中也判定为超限。计算是根据这些数值的试算）

装上外径更大的砂轮，或更换电机、带轮，线速度就会改变。《劳动安全卫生规则》第119条禁止超过最高使用线速度使用^[24][25][6]

▦磨削砂轮转速换算表（诺利达，单位 min⁻¹）

表中数值为达到该线速度时的转速。不得超过最高使用线速度所在列的转速。计算式使用 3.14^[24]（单一资料·仅供参考）

▦磨削砂轮普通使用线速度的限度（《磨床等结构规格》附表，单位 m/s）

这是按“普通速度”处理的上限，也有超过此速度的高速用砂轮。能使用的速度，始终以每一块砂轮上标明的最高使用线速度为准。进口产品以英尺/分标示的，按 6500＝33、8500＝45、9500＝50、12000＝60、16000＝80、20000＝100 m/s 换算（同一附表的备注）^[5]（单一资料·仅供参考）

▦直形法兰的尺寸（《磨床等结构规格》第16条）

固定侧与活动侧的直径和接触宽度须相等（第15条）。安全法兰用于平形砂轮时不小于砂轮直径的 2/3，用于双面锥形时不小于 1/2，接触宽度不小于法兰直径的 1/6（第18条）。套筒法兰、适配法兰另有公式（第17条）。例：直径 305 mm 的砂轮，直形法兰直径约 102 mm 以上^[5]（单一资料·仅供参考）

÷修整器进给速度的计算（诺利达的参考：每颗磨粒约 2.5 个峰的切削刃）

1. 从砂轮粒度查表读取平均粒径 d
2. 确认砂轮转速 N（min⁻¹）
3. 修整导程 f（mm/rev）＝ d（mm）÷ 2.5
4. 修整器进给速度 F（mm/min）＝ f × N ＝ d × N ÷ 2.5

计算示例：条件

粒度 60 号（平均粒径 0.25 mm），砂轮转速 1800 min⁻¹

计算示例：结果

导程 ＝ 0.25 ÷ 2.5 ＝ 0.1 mm/rev，进给速度 ＝ 0.1 × 1800 ＝ 180 mm/min（试算）

粒径是把磨粒视为球体得到的参考值（诺利达产品目录）。想使表面更细时减小导程，想提高切削性时加大导程。切入量以直径计在 0.03 mm 以下^[14][13][2]（单一资料·仅供参考）