精密加工_第二讲__精密超精密加工课件

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1、精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 超精密加工是指被加工零件的尺寸精度为0.001m，加工表面粗糙度达Ra0.030.0051m数量级的加工技术。随着加工技术的发展，超精密加工的技术指标也在不断变化。 一般加工：精度1m左右，Ra0.20.8m； 精密加工：精度0.10.01m左右，Ra0.1m； 超精密加工：精度0.001m左右，Ra0.01m； 纳米加工：精度高于0.001m，Ra小于0.005m。超精密加工的主要方法有： 1）精密切削(金刚石刀具)； 2）精密磨削； 3）纳米级加工； 超精密加工技术超精密加工技术精密与特种加工精密与特种加工HIGH ED

2、UCATION PRESS1.1.金刚石刀具超精密切削金刚石刀具超精密切削 金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。 金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓、光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 2. 2.精密和镜面磨削精密和镜面磨削 磨削时尺寸精度和几何精度主要靠精密磨床保证，可达亚微米级精度（指精度为110-2m）。在某些超精密磨床上可磨出十纳米精度的工件。在精密磨床上使用细粒

3、度磨粒砂轮可磨削出Ra=0.10.05m的表面。使用金属结合剂砂轮的在线电解修整砂轮的镜面磨削技术可得到 Ra0.010.002m的镜面。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS3.3.精密研磨和抛光精密研磨和抛光 精密研磨和抛光技术意指：使用超细粒度的自由磨料，在研具的作用和带动下加工表面，产生压痕和微裂纹，依次去除表面的微细突出处，加工出Ra0.010.02m的镜面。 超精密加工是以精密元件为加工对象。超精密加工必须具有稳定的加工环境，即必须在恒温、超净、防振等条件下进行。另外，精密测量是超精密加工的必要手段，否则无法判断加工精度。精密与特种加工精密与特种加工H

4、IGH EDUCATION PRESS 纳米（Nanometer）,是一个长度单位，简写为nm。1nm=10-3m=10-9m。纳米技术是20世纪80年代末期诞生并在蓬勃发展的一种高新科学技术。纳米不仅是一个空间尺度上的概念，而且是一种新的思维方式，即生产过程越来越细，以至于在纳米尺度上直接由原子、分子的排布制造的具有特定功能的产品。1.纳米技术的含义 纳米技术是指纳米级（0.1100nm）的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。它将加工和测量精度从微米级提高到纳米级。2.纳米技术的主要内容 纳米技术是一门多学科交叉的高新技术，从基础研究角度来看，纳米技术包括：纳米生物学、纳米电子学、纳米

5、化学、纳米材料和纳米机械学等新学科。4 4、纳米加工技术、纳米加工技术精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS纳米级加工是指：加工精度高于10-3m，表面粗糙度 Ra小于0.005m，达到纳米级精度。包括纳米级 尺寸精度、纳米级几何形状精度和纳米级表面质量。纳米级加工方法包括：机械加工、化学腐蚀、能量束加 工、复合加工、扫描隧道显微加工等。纳米级机械加工方法包括：单晶金刚石刀具的超精密磨 削；金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮的超精密磨削及 镜面磨削；衍磨和砂带抛光等固定磨料工具的加工；衍磨、抛光等自由磨料的加工等。 在达到纳米层次后，决非几何上的在达到纳米层次后，决非几何

6、上的“相似缩小相似缩小”，而出现一系列新现象和规律。量子效应、波动特性、微而出现一系列新现象和规律。量子效应、波动特性、微观涨落等不可忽略，甚至成为主导因素。观涨落等不可忽略，甚至成为主导因素。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 切削在晶粒内进行；切削在晶粒内进行； 切切削削力力原原子子结结合合力力（剪剪切切应应力力达达13000N13000N/ / mmmm2 2）；）； 刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受 高高速速切切削削（与与传传统统精精密密切切削削相相反反），工工件件变变形形小小，表表层层高高温温不不会

7、会波及工件内层，可获得高精度和好表面质量。金刚石超精密加工技术金刚石超精密加工技术 机理、特点精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 用用于于铜铜、铝铝及及其其合合金金精精密密切切削削（切切铁铁金金属属，由由于于亲亲合合作作用用，产产生生“ “碳碳化化磨磨损损” ”，影影响响刀刀具具寿寿命命和和加加工质量）；工质量）； 加工各种红外光学材料如锗、硅、加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnSZnS和和ZnSeZnSe等等 加工有机玻璃和各种塑料；加工有机玻璃和各种塑料； 典典型型产产品品：光光学学反反射射镜镜、射射电电望望远远镜镜主主镜镜面面、大大型型投投影影电电视视屏

8、屏幕幕、照像机塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等。镜片及光学元器件为主。镜片及光学元器件为主。 应用精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 应用实例棱镜加工棱镜加工光学玻璃加工光学玻璃加工摄像头：要求下表面能够很好的反光成像摄像头：要求下表面能够很好的反光成像精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 应用实例后视镜后视镜室外广角镜室外广角镜精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 金刚石刀具 超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石精密与特种加工精密与特种加工HIGH

9、 EDUCATION PRESS性性性性 质质质质用用用用 途途途途 无色透明、正八面体形无色透明、正八面体形状的固体，加工后有夺目光状的固体，加工后有夺目光泽。泽。 经仔细琢磨后，成为经仔细琢磨后，成为装饰品装饰品钻石。钻石。 划玻璃、切割大理石、划玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，装在钻探加工坚硬的金属，装在钻探机的钻头钻凿坚硬的岩层。机的钻头钻凿坚硬的岩层。 自然界中存在的最硬物自然界中存在的最硬物质质, ,熔点高。熔点高。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS金刚石刀具磨损的常见形式为机械磨损和破损。机械磨损机械摩擦、非常微小；破损本身裂纹、冲击和振动。刀

10、具磨损直接影响到加工质量。（具体视加工材料而定）金刚石刀具只能安装在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上使用。（不能有振动）。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS金刚石车床加工4.5mm陶瓷球图图 金刚石车床及其加工照片金刚石车床及其加工照片精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 金刚石车床主要性能指标数控系统分辩率 /m40020050001000050000. 10.010. 2/1000. 10. 11/1502/100径向1140轴向1020640720最大车削直径和长度 /mm最高转速 r/min最大进给速度mm /min重

11、复精度(2) / m主轴径向圆跳动 / m滑台运动的直线度 / m主轴前静压轴承（100mm）的刚度 /（N/m）主轴后静压轴承（80mm）的刚度 /（N/m）纵横滑台的静压支承刚度 /（N/m）主轴轴向圆跳动 / m横滑台对主轴的垂直度 / m精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密切削加工精密切削加工 精密加工：加工精度为0.11um，表面粗糙度为0.020.1um。3、增强互换性、促进自动化装配应用。提高加工精度的好处：1、提高产品的性能与质量、稳定性和可靠性；2、促进产品的小型化；（集成线路、磁盘容量）精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATI

12、ON PRESS 精密加工技术涉及内容广泛的综合性技术：精密机床设备和工具、稳定的加工环境、运用计算机技术的实时检测和反馈补偿等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密加工的关键技术：1、精密加工机床2、金刚石刀具3、精密切削机理5、误差补偿4、稳定的加工环境6、精密测量技术精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密加工机床精密加工机床 研究方向：提高机床主轴的回转精度、工作台的直线运动精度以及刀具的微量进给精度。（主轴轴承和导轨） 超精密级滚动轴承液体静压或空气静压轴承。金刚石刀具金刚石刀具 金刚石晶面选择、金刚石刀具刃口的圆弧

13、半径。 先进国家达到纳米级，我国0.10.3um。精密切削机理精密切削机理 积屑瘤的形成、毛刺的产生、切削参数及加工条件等。需深入研究以掌握其变化规律。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS稳定的加工环境稳定的加工环境 恒温（加工空间和机床本身）、防振、净化（高效过滤器）。误差补偿误差补偿 消除或抵消误差本身的影响。同时防止误差累计。（一直靠提高机床制造精度来提高工件精度会使成本大大增加）精密测量技术精密测量技术 高一个数量级、显微镜和激光干涉仪等。隧道显微镜分辨率达到0.1nm。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精密切削研究最

14、早从金刚石车削开始金刚石铣削金刚石镗削，来加工型面和内孔。刀具材料从金刚石刀具材料立方氮化硼、复合陶瓷等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密加工的经济性： 过去尤其其昂贵的价格、高要求的加工环境在一定程度上限制精密加工的应用范围。 现在由于科学技术发展和生活水平的提高，精密加工深入到各个领域。机械制造业：加工工具、卡具、量具，发达国家已经开始零件的精密加工。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精密机床是进行精密加工的首要条件。二战后美国首先发展了金刚石刀具

15、精密切削技术。我国起步比较晚，20世纪60年代才开始发展精密机床。上海机床厂、武汉和重庆机床厂、北京机床研究所、航空精密机械研究所为我国精密机床发展做出了相当的贡献。 我国由于起步晚、且从国外购进的精密机床受到保密技术的制约，与外国的差距较大。精密机床精密机床精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 普通机床主轴径向跳动通常为0.01mm，导轨平直度为0.02mm/1000mm； 精密机床主轴径向跳动通常为0.0030.005mm，导轨平直度为0.01mm/1000mm；精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 通常，加工设备的精度必须高

16、于零件精度，通常高一个数量级。所以高精度工件的精度保证，取决于加工机床的精度。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精密主轴部件是精密和超精密机床的关键部件之一，它的性能直接影响精密和超精密加工质量。 对主轴的要求：回转精度、转动平稳、无振动，其关键在于使用精密轴承。 液体静压轴承和空气静压轴承。液体静压轴承回转精度可达0.1m，且转动平稳，无振动。 主轴驱动方式直接影响精密和超精密机床的主轴回转精度。电动机通过带传动驱动、电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 床身和导轨：具有尺寸稳定性好、热膨

17、胀系数小、振动衰减能力强、耐磨性和加工工艺性好等。通常用优质耐磨铸铁（抗腐蚀能力不强，易生锈）、花岗岩（吸湿性、加工性不好）、人造花岗岩等。 进给驱动系统：精密机床必须具有精密的进给驱动精度。 精密和超精密加工的精度由检测精度来保证的，为了消除误差，必须使用误差补偿技术。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS “蜕化”原则或“母性”原则：机床精度高于工件精度。（普通加工） “进化”原则或“创造性”原则：利用误差补偿技术（精密加工）。 现在国外生产的超精密机床，都装有双频激光随机检测系统，检测机床运动部件两个坐标方向的位移位置，和精密数控系统组成反馈控制系统，以保证

18、加工的尺寸精度。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 刀架在横滑板5上，主轴箱在纵滑板6上。激光测量系统的分辨率为0.01um，绝对测量精度小于0.1um。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 切削加工本质：切削加工本质：材料在刀具作用下产生剪切断裂、摩擦挤压和滑移变形等过程。 精密切削机理：精密切削机理：采用微量切削方法，对普通切削影响不显著的因素将成为影响精密切削的主要因素。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 超精密切削加工发展：20世纪60年代发展起来的新技术，在国防和尖端技术领域具有重要

19、地位。 服从金属切削的普遍规律，但由于切削层极薄，所以又具有一定的特殊性。 （1）切削用的金刚石刀具的刀刃极为锋利，切削温度低，切削速度对金刚石刀具的磨损影响甚微。 （2）积屑瘤方面，在普通切削时使刀具实际切削前角增大，切削力下降。超精密切削中积屑瘤使金刚石刀具的刃口半径显著增加，实际切削厚度增大，工件、切屑、刀具间的摩擦加剧，从而切削力明显增大，加工表面质量严重恶化。超精密切削超精密切削精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS（3）切削力方面，在普通切削时主切削力大于径向切削力；而超精密切削则相反。（4）工件材料对超精密切削有重要影响。如：工件表面的不纯物（形成空

20、穴和划伤）、结晶的晶界出现阶梯、工件有残留变形和残留应力、对金刚石刀具的亲和性，产生粘结现象等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS美国：加工材料从铜铝扩展到难切削材料和非金属硬脆材料的研究、加工方式从切削扩展到开发带有检测反馈的超精密技术及最终表面涂层处理技术的综合研究。日本：高密度高能量的粒子束加工的研究和开发、以三维曲面加工为主的高性能超精密加工技术及三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。发展方向：1、基本理论和工艺；2、设备的精度、动态性及热稳定性；3、精度检测和误差补偿；4、环境控制技术；5、加工材料。发展展望发展展望精密与特种加工精密与特种加工HI

21、GH EDUCATION PRESS恒温恒温要求：1 0.01 实现方法：大、小恒温间+局部恒温（恒温罩，恒温油喷淋）恒恒湿湿要求：相对湿度35%45%，波动10% 1% 实现方法：采用空气调节系统 净净化化要求：10000100级（100级系指每立方英尺空气中所含大于0.5m尘埃个数不超过100） 实现方法：采用空气过滤器，送入洁净空气隔振隔振要求：消除内部、隔绝外部振动干扰 实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器 q 精密与超精密加工环境精密与超精密加工环境精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密磨削加工 磨削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨

22、削的主要工具。特点：1、可加工一般结构材料：铸铁、碳钢、合金钢；难以切削高硬度材料：淬火钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等。2、精度高、表面粗糙度小：IT5及以上，Ra为1.250.01um精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS3、径向作用力大且作用在工艺系统刚性？较差的方向上。（细长轴）（细长轴）4、磨削的温度高，磨削产生的切削热多：80%90%传入工件（10%15%传入砂轮，1%10%由磨屑带走）。在磨削区形成瞬时高温，易造成工件表面烧伤和微裂纹。故应大量采用切削液来降低磨削温度。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS6、磨削加工的工艺范

23、围广：外圆面、内圆面、平面等。各种刀具的刃磨。7、磨削在切削加工中的应用比例增大：发达国家占到30%40%。5、砂轮有自锐作用：磨粒破碎，形成新的菱角；磨粒脱落露出新的磨粒。区别于其它切削刀具。砂轮磨削一段时间后需修整（磨粒脱落的不均匀性、磨屑和破磨粒脱落的不均匀性、磨屑和破碎的磨粒造成堵塞碎的磨粒造成堵塞）。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精密磨削加工：细粒度的磨粒或微粉、高精度小表面粗糙度值。是利用微小的多刃刀具去除细微切屑的一种加工方法。一般指砂轮磨削和砂带磨削。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS分类：研磨、超精加工

24、、珩磨、抛光等等。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精密砂轮磨削是利用精细修整粒度为60# 80#的砂轮进行磨削，其加工精度可达0.11 m、表面粗糙度值Ra可达0.20.025 m。超精密砂轮磨削是利用经过精细修整的粒度为W40W50 的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1 m ，表面粗糙度Ra为0.0250.008 m的加工表面。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS1、磨粒是不规则的菱形，在砂轮表面随机分布。一般只有10%的磨粒参与切屑。磨粒的微刃性和等高性好，获得的表面粗糙度值小。磨削加工机理磨削加工机理磨粒承受压力不

25、同呈现四种切削形态磨粒承受压力不同呈现四种切削形态精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 2、磨粒具有较好的微刃性微刃性(即磨粒产生微细的破碎，而且形成细而多的切削刃)。这种砂轮磨削时，同时参加切削的刃口增多，深度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 微刃是由砂轮的精细修整形成的，分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多，等高性好等高性好(即细而多的切削刃具有平坦的表面)，如图3.6 所示。由于加工表面的残留高度极小，因而形成了小的表面粗糙度值。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDU

26、CATION PRESS3、磨削力 单个磨粒切除的材料虽然很少，但一个砂轮表面层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度很不合理，绝大多数为负前角切削，因此总的磨削磨削力相当大力相当大。总磨削力可分解为三个分力： F Z 主磨削力(切向磨削力)， FY 切深力(径向磨削力)； F X 进给力(轴向磨削力)。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS影响因素影响因素：砂轮速度 （与工件挤压、摩擦作用加剧）工件速度：（切削量增大，但同时热源移动速度快，工件表面温度变化不明显。）径向进给量 （磨削变形和摩擦力增大）工件材料：导热性差， （碳、铬、镍、铝、硅加入导热性变差）砂轮

27、的粒度与硬度：硬度高，精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS5、磨削液的作用： 可降低磨削温度并减少磨削力减少磨削力，减少工件的热变形热变形，减小减小已加工表面的粗糙度值粗糙度值，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。冷却作用：磨削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热。润滑作用：边界润滑时的摩擦因数大于流体润滑，但小于干磨削。金属切削中的润滑大部属于边界润滑状态。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 清洗作用：冲刷磨粉等。对于深孔加工（高压高压磨削液磨削液）尤为重要。 防锈防腐蚀作用。精密与特种加工精密与特种加工HIGH E

28、DUCATION PRESS非水溶性非水溶性磨削液：磨削油水溶性水溶性磨削液：水溶液和乳化液。离子型磨削液离子型磨削液是水溶性磨削液中的一种新型磨削液，其母液是由阴离子型、非离子型表面活性剂和无机盐配制而成的。它在水溶液中能离解成各种强度的离子离子。磨削时，由强烈摩擦所产生的静电荷静电荷可由这些离子反应迅速消除，降低磨削温度，提高加工精度，改善表面质量。一般常用乳化液乳化液和离子型磨削液离子型磨削液。磨削液的分类及选用磨削液的分类及选用精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS浇注法浇注法：流速慢，压力低，难于直接渗透入最高温度区，影响磨削液效果。喷雾冷却法喷雾冷却法

29、：以 0.30.6MPa 的压缩空气，通过喷雾装置使磨削液雾化。从直径1.53mm 的喷嘴高速喷射到磨削区。高速气流带着雾化成微小液滴的磨削液渗透到磨削区，在高温下迅速汽化吸收大量的热，从而获得良好的冷却效果。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS6、磨削加工一般安排在最后的终加工阶段。7、磨削质量评价： 加工表面的几何特征：表面粗糙度、加工表面缺陷 加工表面层材料的性能：塑性变形与加工硬化、残余应力与金相组织变化。砂轮速度 ；工件速度 ；砂轮纵向进给 ；砂轮粒度号数 ； Ra 。磨削质量评价磨削

30、质量评价精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS表层金属的塑性变形：砂轮速度 ；工件速度 砂轮的硬度：磨粒在磨削力的作用下从砂轮上脱落的难易程度。 （磨削区温度高，工件表面温度可到900，塑性变形比一般切削过程大）。 砂轮材料、磨削液等等。冷作硬化：发生塑性变形，表面层金属硬度增加；工件材料（塑性好硬化趋向大）、磨削深度 ，工件转 速 ，硬化程度 。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS金相组织变化：磨削烧伤：表面层被氧化，硬度下降；（合适选择砂轮、合理的模削用量、冷却条件的改善）表层金属的残余应力：精细磨削中塑性变形起主导作用，工件表

31、面金属产生压缩残余应力。 （工件材料的强度越高，导热性越差，塑性越低，在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的倾向就越大。）精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS8、磨削机床要求：高几何精度：砂轮主轴的回转精度、导轨的直线度；低速进给运动的稳定性：无爬行和无冲击；减少振动：防振地基上；减少热变形：热变形引起的加工误差会达到总误差的 50%。机床开启后34h趋向热平衡，精密磨削需在热变形稳定后进行。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 如磨削 100 的轴类零件，温度升高10将产生11 m的误差。减小机床热变形的方法：减小机床热变形的方法：

32、(1)尽量减少机床中的热源。（发热小的电机、发热器件放在床身之外）(2) 采用热膨胀系数小的材料制造机床部件。(3) 机床结构合理化。(4) 使机床长期处于热平衡状态，使热变形量成为恒定。(5) 使用大量恒温液体喷淋，形成机床附近局部地区小环境的精密恒温状态。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上去除很薄的材料层,以提高工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法,如研磨、珩磨等。 光整加工是指不去除或从工件上去除极薄材料层，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨、抛光等。精整和光整加工精整和光整加工

33、精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS1.1.加工原理加工原理 研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。具体说：利用微小磨粒借助于研具与工件的相对运动作微小切削。有磁性研磨、弹性发射加工、悬浮抛光等。一、研一、研 磨（磨（lapping)精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 研磨磨粒为1m的氧化铝和炭化硅。挤压滚扎破碎、磨屑精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研磨平板等)可对内圆、外圆和平面等进行研磨。 精密与特种加工精密与特种加工H

34、IGH EDUCATION PRESS 图示为研磨外圆的工具。研磨套2由夹套1夹持，它的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。 1-夹套；2-研磨套；3-调节螺钉；4-手柄。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是铸铁。 研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂，将该工具套在工件上，并调节好配合的松紧程度，然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移动，直至达到研磨的要求为止 。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 研磨剂是很细的磨料(粒度为W14

35、W15)、研磨液和辅助材料的混合剂。 常用的有常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨皂）磨皂）三种。三种。 主要起主要起研磨、吸附、冷却和润滑研磨、吸附、冷却和润滑等作用。等作用。 2.2.2.2.研磨的特点与应用研磨的特点与应用研磨的特点与应用研磨的特点与应用 1)1)精度高质量好精度高质量好 经研磨后的工件表面,尺寸精度可达IT4IT1级； 表面粗糙度值可减小到0.10.006m。形状精度亦可相应提高。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 2) 2) 生产效率低，加工余量小生产效率低，加工余量小 3) 3) 研磨剂易飞

36、溅，污染环境研磨剂易飞溅，污染环境。 在现代制造业中研磨应用很广，许多在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜陶瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。等零件均需研磨。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 1. 1.加工原理加工原理 利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的工件精加工方法。 2.2.特点与应用特点与应用 一般珩磨

37、后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，表面粗糙度Ra值可达0.20.025m。珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和加工效率高，加工应用范围广、经济性好。 二、珩磨（二、珩磨（honing）精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 砂轮材料：金刚石，立方氮化硼（CBN） 可可加加工工各各种种高高硬硬度度、高高脆脆性性金金属属及及非非金金属属材材料料（铁铁金金属属用用CBNCBN） 耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高 磨削力小，磨削温度低，加工表面好磨削力小，磨削温度低，加工表面好 特点：精密与特种加工精密与特种加工H

38、IGH EDUCATION PRESS 分整形与修锐（去除结合剂，露出磨粒）两步进行 常用方法 用碳化硅砂轮（或金刚石笔）修整，获得所需形状； 电解修锐（适用于金属结合剂砂轮），效果好，并可在线修整 砂轮修整：精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS进给图图7 ELID磨削原理磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷 ELID（Electrolytic In-Process Dressing）使使 用用 ELIDELID磨磨 削削 ，冷冷却却液液为为一一种种特特殊殊电电解解液液。通通电电后后，砂砂轮轮结结合合剂剂发发生生氧氧化化，氧氧化化层层阻阻止止电

39、电解解进进一一步步进进行行。在在切切削削力力作作用用下下，氧氧化化层层脱脱落落，露露出出了了新新的的锋锋利利磨磨粒粒。由由于于电电解解修修锐锐连连续续进进行行，砂砂轮轮在在整整个个磨磨削削过过程程保保持持同同一一锋锋利状态。利状态。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS砂砂带带：带带基基材材料料为为聚聚碳碳酸酸脂脂薄薄膜膜，其上植有细微砂粒。其上植有细微砂粒。砂砂带带在在一一定定工工作作压压力力下下与与工工件件接接触触并并作作相相对对运运动动，进进行磨削或抛光。行磨削或抛光。有有开开式式（图图8 8）和和闭闭式式两两种种形形式式，可可磨磨削削平平面面、内内外外圆

40、圆表表面面、曲曲面面等等（图图9 9）。）。接触轮硬磁盘装在主轴真空吸盘上图图8 砂带磨削示意图砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动 精密与超精密砂带磨削精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS图图9 9 用于磨削管件的用于磨削管件的砂带磨床砂带磨床（带有行星系统）带有行星系统）精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS闭式砂带磨削方式闭式砂带磨削方式（图10）a）砂带无心外圆磨削（导轮式） 工件导轮接触轮 主动轮砂带工件 接触轮主动轮砂带b）砂带定心外圆磨削（接触轮式）c）砂带定心外圆磨削（接触轮式）工件接触轮主动轮砂

41、带接触轮砂带工件d）砂带内圆磨削（回转式）工件支承板主动轮砂带工作台e）砂带平面磨削（支承板式）f）砂带平面磨削（支承轮式）支承轮工件砂带接触轮精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 砂带磨削特点1）砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好（ Ra 值可达 0.02m）。 3）强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之称。 4）制作简单，价格低廉，使用方便。5）可用于内外表面及成形表面加工。磨粒规格涂层粘接剂基带图图11 静电植砂砂带结构静电植砂砂带结构2）静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上（图11），摩

42、擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密砂带磨削工艺：砂带磨削用量选择：砂带速度：闭式粗磨1230m/s、精 磨2530m/s；工件速度：粗磨2030m/min、精 磨20m/min。砂带选择：根据精度和表面粗糙度要求选择磨料种类、 粒度、基底材料等。砂带磨削的润湿与除尘：考虑砂带粘结剂和基底材料的 种类。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS工件小间隙加压抛光轮悬浮液微粉(磨粒)图图12 弹性发射加工原理弹性发射加工原理抛光轮与工件表面形成小间隙，中间置抛光液，靠抛光轮高速回转造成磨料的“弹

43、性发射”进行加工。 工作原理（图工作原理（图1212） 机理：微切削被加工材料的微塑性流动作用机理：微切削被加工材料的微塑性流动作用 弹性发射加工（弹性发射加工（非接触式加工非接触式加工） Elastic Emission Machining，EEM 游离磨料加工 抛光轮：抛光轮：由由聚聚氨氨基基甲甲酸酸（乙乙）酯酯制制成成，磨磨料料直直径径 0.10.10.01m0.01m精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 1.1.1.1.加工原理加工原理加工原理加工原理 用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运

44、动，以实现微量磨削的一复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。种光整加工方法。 磨具与工件之间的运动如下：磨具与工件之间的运动如下： 1)1)工件作低速旋转运动工件作低速旋转运动,工工3 320m/min; 20m/min; 2)2)油石磨具作往复振动油石磨具作往复振动, ,每分钟振动每分钟振动300 300 12001200次次, ,振幅为振幅为3 35mm5mm； 三、超精加工三、超精加工GB （又名又名：超级光磨）：超级光磨）精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS3)3)磨具作纵向进给运动磨具作纵向进给运动, ,进给量进给量f f纵纵为为

45、0.10.10.15 mm/r0.15 mm/r。 2.2.2.2.特点与应用特点与应用特点与应用特点与应用 超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷瓷 、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属, ,可以加工外可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。圆、平面、内孔和各种曲面。 尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。销等的光整加工。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行，对于批量较大的生产则宜在专用机

46、床上进行。工作时应充分地加润滑油，以便形成油膜和清洗极细地磨屑。 超精加工后地工件表面粗糙度Ra值约在0.10.006m之间。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获的光亮、平整表面的加工方法。抛光的主要工具用品有软轮和磨膏等。 软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具有一定的弹性，以便抛光时能按工件形状而变形，增加抛光面积或加工曲面。 磨膏由磨料和油脂(包括硬脂酸、煤油、石蜡等）配置而成。 抛光使用的磨粒是1 m 以下的微细磨粒。 四、抛光四、抛光精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS

47、磨料的种类取决于工件材料，如：钢制零件抛光可选用氧化铁粉及刚玉；铸铁件抛光可选用氧化铁粉及碳化硅粉；有色合金抛光宜选用氧化铬及金刚砂。抛光是安排在工件精加工之后进行，抛光之后的工件，粗糙度Ra值可达0.10.012m,并能明显增加光亮度，但不能甚至不能保持原有的精度。 抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 微小的磨粒被抛光器弹性地夹持研磨工件，因而磨粒对工件的作用力很小，即使抛光脆性材料也不会发生裂纹。 抛光加工以磨粒的微小塑性切削生成切屑为主体，磨粒和抛光器与工件的流动摩擦使工件表面的凹凸变平，同时加工液对工件有化学性溶析作用，

48、而工件和磨粒之间受局部高温高压作用有直接的化学反应，有助于抛光的进行。 不同的工件、磨粒、抛光器和加工液组合，抛光效果也是不相同的。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 工作原理（图工作原理（图1313）抛抛光光工工具具上上开开有有锯锯齿齿槽槽，靠靠楔楔形形挤挤压压和和抛抛光光液液的的反反弹，增加微切削作用。弹，增加微切削作用。 机理：微切削作用。机理：微切削作用。 抛光工具图13 液体动力抛光小间隙工件工具运动方向抛光液磨粒 液体动力抛光液体动力抛光精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 机械化学抛光机械化学抛光抛光工具活性抛光液

49、图14 机械化学抛光小间隙工件工具运动方向加压 工作原理（图工作原理（图1414）活活性性抛抛光光液液和和磨磨粒粒与与工工件件表表面面产产生生固固相相反反应应，形形成成软软粒粒子，使其便于加工。子，使其便于加工。 机理：机械机理：机械+ +化学作用，称为化学作用，称为“增压活化增压活化”。 精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS1. 1. 磨削加工特点及其分类磨削加工特点及其分类(1) 磨削加工的特点。磨削加工对象广、磨削加工的精度高、表面粗糙度值小、磨削温度高、砂轮有自锐作用、磨削在切削加工中的比重日益增大。(2) 磨削加工分类见表3-1。2. 2. 精密磨削加

50、工机理精密磨削加工机理(1) 从磨削作用包括磨粒的微刃性、磨粒的等高性、微刃的滑擦、挤压、抛光作用以及弹性变形等来分析精密磨削的机理。(2) 从磨削力磨削力的主要特征、影响磨削力的因素、单个磨粒的切削厚度等来分析精密磨削的机理。本本 章章 小小 结结精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS(3) 影响磨削温度的主要因素砂轮速度、工件速度、径向进给量、工件材料、砂轮硬度与粒度。(4) 冷却液在精密磨削加工中的三个作用冷却作用、润滑作用、清洗作用。(5) 磨削质量的控制加工表面的几何特征，如表面粗糙度、加工表面缺陷；加工表面层材料的性能，如反映表面层的塑性变形与加工硬化

51、、表面层的残余应力及表面层的金相组织变化等方面的物理化学性能及一些特殊性能。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS3. 3. 超精研磨与抛光超精研磨与抛光 精密研磨属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具(如铸铁、锡、铝等软金属或硬木、塑料等)上注入磨料，在一定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法。 抛光是指用低速旋转的软质弹性或黏弹性材料(塑料、沥青、石蜡、锡等)抛光盘或高速旋转的低弹性材料(棉布、毛毡、人造革等)抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。精密与特种加

52、工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS 研磨盘是涂敷或嵌入磨料的载体，以发挥磨粒切削作用，同时又是研磨表面的成形工具。 抛光盘是采用特种玻璃或者在平面金属盘上涂一层弹性材料或软金属材料作为抛光盘。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS精密切削加工精密切削加工 可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。 可靠性设计（reliability design ）

53、：保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。 为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到。 返返 回回精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。精密与特种加工精密与特种加工HIGH EDUCATION PRESS