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，開始試磨。如果出現(xiàn)單向磨削弧狀紋理，就說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，開始試磨，用外球面工件進(jìn)行檢測配磨，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?，就可正式用移?dòng)縱向工作臺(tái)進(jìn)行吃刀磨削球面了。在磨削過程中，用外徑千分尺測量球徑尺寸，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。