球面和截球面的磨削加工,，看似挺復(fù)雜,，但只要根據(jù)球面成形原理，通過(guò)計(jì)算和選擇相應(yīng)的磨削工藝條件,，即可磨好各種球面工件,。
圖1所示為SR460mm大直徑球面副工件，外球面的材料為40Cr合金鋼,，淬火后的硬度為52～56HRC,；內(nèi)球面的材料為HT200灰鑄鐵,。工件球面配合精度要求較高,。
（1）磨削條件的選擇與工藝計(jì)算。磨床為立磨頭并在垂直方向能扳轉(zhuǎn)角度的導(dǎo)軌磨床或其他磨床,，夾具為能裝夾工件并能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（見(jiàn)圖2）,。選用砂輪特性為WAF36J6V、直徑為150mm的碗形砂輪,。外球面用樣板檢測(cè)球面的輪廓度,；磨內(nèi)球面時(shí)，用紅丹粉和外球面工件配測(cè)接觸面積的狀況,，要求達(dá)到75%以上,。
計(jì)算砂輪主軸中心線與工件中心線的夾角α，如圖3所示,。在△AOB中,，sin（α1/2）＝AB/（2R）＝150/920＝0.163,，α1/2=9°23′。在△BOC中,，sin（α2/2）＝BC/（2R）＝140/920＝0.152,，α2/2＝8°45′。則α＝α1/2＋α2/2＝9°23′+8°45′＝18°8′,。
圖1 大直徑球面副工件
圖2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與工件的安裝
1.工作臺(tái) 2.回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 3.工件 4,、5.齒輪 6.減速箱 7.電動(dòng)機(jī)
圖3 計(jì)算α角示意圖
（2）磨削球面。把外球面工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上,，找正工件中心與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心同軸,。再把立磨頭主軸中心線順時(shí)針扳轉(zhuǎn)18°8′。然后把砂輪中心調(diào)整到工件中心右側(cè)垂直平面內(nèi),，并移動(dòng)縱向工作臺(tái),，使砂輪圓周端面與工件右側(cè)球面接觸，開(kāi)始試磨,。如果出現(xiàn)單向磨削弧狀紋理,，就說(shuō)明砂輪和工件在垂直面內(nèi)未對(duì)正中心，應(yīng)調(diào)整砂輪架橫向位置,，使之達(dá)到交叉網(wǎng)紋,，這時(shí)砂輪橫向位置就正確了。球面磨光后,，用樣板檢測(cè)球面輪廓度,，這時(shí)可能出現(xiàn)3種情況：①工件外圓處有間隙，說(shuō)明球面半徑R小了,，這時(shí)應(yīng)向左移動(dòng)縱向工作臺(tái),，予以消除。②工件內(nèi)圓處有間隙,，說(shuō)明球面半徑R大了,，這時(shí)應(yīng)向右移動(dòng)縱向工作臺(tái)，予以消除,。③樣板與球面全接觸,，說(shuō)明外球面的輪廓度正確合格。這時(shí)只需垂直進(jìn)刀把工件球面磨好,。
磨內(nèi)球面時(shí),，同樣把工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，只移動(dòng)縱向工作臺(tái),，使砂輪端面與工件左側(cè)內(nèi)球面接觸,，開(kāi)始試磨，用外球面工件進(jìn)行檢測(cè)配磨，檢查其接觸面積,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有間隙的情況時(shí),，縱向工作臺(tái)的調(diào)整方向與磨外球面相反。經(jīng)過(guò)調(diào)整縱向工作臺(tái)反復(fù)垂直吃刀配磨,，直到用紅丹粉涂色和用外球面工件檢查,，使接觸面積達(dá)到70%以上為止。
如果工件是多件,，在第一件磨好后,，只做垂直退刀，卸下工件,，安裝第二件,，再做垂直吃刀即可，磨床縱,、橫向工作臺(tái)不必再調(diào)整,。
圖4所示為球面軸承，材料為40Cr,，淬火后的硬度為58HRC,，磨好端面和內(nèi)孔后，需要磨削外球面,。磨削外球面時(shí),，選用特性為WAF60K6V的杯形或碗形砂輪，砂輪工作內(nèi)徑DK≥50mm,。為了便于裝夾工件,，做一個(gè)以工件內(nèi)孔和端面定位的心軸，心軸的一端為莫氏錐柄,，以便于插裝在萬(wàn)能外圓磨床頭架主軸錐孔內(nèi),。
磨球面時(shí)，把工件裝在心軸上,，并插裝在磨床頭架主軸錐孔內(nèi),，然后把頭架逆時(shí)針扳轉(zhuǎn)90°。把杯形或碗形砂輪裝在內(nèi)圓磨具砂輪軸上,，并對(duì)砂輪端面和內(nèi)孔進(jìn)行修整,，使其徑向和端跳動(dòng)減小,。移動(dòng)磨床砂輪輪架,，使其砂輪旋轉(zhuǎn)中心（橫向）對(duì)正工件球面中心，縱向移動(dòng)縱向工作臺(tái),，對(duì)球面進(jìn)行試磨,。觀察球面磨削紋理，最好出現(xiàn)網(wǎng)狀交叉紋理，這就說(shuō)明砂輪旋轉(zhuǎn)中心與球面中心在橫向?qū)φ?。否則就得調(diào)整（微調(diào)）砂輪架橫向位置予以消除單向弧形紋,。砂輪橫向?qū)φ行暮螅涂烧接靡苿?dòng)縱向工作臺(tái)進(jìn)行吃刀磨削球面了,。在磨削過(guò)程中,，用外徑千分尺測(cè)量球徑尺寸，如有余量,，繼續(xù)用移動(dòng)縱向工作臺(tái)吃刀,，直到使球面直徑達(dá)到要求為止。
外球面的磨削方法,，一是用成形砂輪磨削,，此方法操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高,，但修整成形砂輪麻煩,，由于砂輪磨損，工件質(zhì)量難以保證,。二是用杯形砂輪在萬(wàn)能外圓磨床或內(nèi)圓磨床進(jìn)行磨削,，它是利用砂輪和工件軸線斜交并回轉(zhuǎn)來(lái)磨削的，這種方法不需要特殊設(shè)備和砂輪成形修整工具,，即使砂輪磨損了,，對(duì)球面也沒(méi)有什么影響。
采用后一種方法磨削時(shí),，需要計(jì)算杯形砂輪內(nèi)徑DK和磨床頭架扳轉(zhuǎn)的角度α,，如圖5所示。
（1）計(jì)算杯形砂輪內(nèi)徑DK,。計(jì)算公式為
式中,，DK為杯形砂輪內(nèi)徑（mm）；D為球面直徑,；K為大于或小于半圓的數(shù)值,，當(dāng)工件球面大于半圓時(shí)K為正值，小于半圓時(shí)K為負(fù)值,，等于半圓時(shí)K為0,。
（2）由sinα＝DK/D，計(jì)算頭架扳轉(zhuǎn)的角度α,。
需要注意的是：調(diào)整機(jī)床時(shí),，必須使砂輪旋轉(zhuǎn)中心線與球面中心相交于O點(diǎn)，這時(shí)在球面上的磨削紋理為交叉網(wǎng)紋,，否則就會(huì)出現(xiàn)單向弧狀紋,。即中心線未相交于球面中心O點(diǎn),，應(yīng)調(diào)整砂輪架的橫向位置。采用縱向工作臺(tái)移動(dòng)吃刀,，千萬(wàn)不要橫向吃刀,。這種磨削方法對(duì)砂輪內(nèi)徑尺寸DK 要求不嚴(yán)格。
內(nèi)球面的磨削方法與外球面的磨削方法和相關(guān)計(jì)算公式相同,，機(jī)床調(diào)整方法也一樣,，就是磨床頭架扳轉(zhuǎn)的方向相反。磨削時(shí)采用的砂輪形狀為平行砂輪,，如圖6所示,。
圖4 球面軸承
圖5 磨削外球面
圖6 磨削內(nèi)球面
根據(jù)球面成形原理，除在各種磨床上增加附加工裝磨削外,，還可以在臥,、立式車床、銑床上進(jìn)行磨削直徑不同規(guī)格的球面,，這是被實(shí)踐證明可行的,。