重庆大学精密与特种加工课件第三章
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精密与超精密加工课件第三章
03.03.2019
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆方法
重力落砂法
涂覆法
03.03.2019
静电植砂法
第2节 精密磨削
一、精密磨削机理
(1)微刃的微切削作用 (2)微刃的等高切削作用 (3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
03.03.2019
第2节 精密磨削
二、精密磨削砂轮选择
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨料及粒度
棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆 刚玉黑色碳化硅、绿色碳化硅、 氧化铁、人造金刚石等。 涂覆磨料的粒度无论磨粒还是 微粉，都用P字粒度号表示。
粘接剂
又称胶，作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。 动物胶：皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨 和油磨。 树脂：醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂 等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。 高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。
磨削液的种类 和组成
03.03.2019
第3节 超硬磨料砂轮磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡 动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
03.03.2019
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
涂 覆 磨 具 基 底 材 料
工 作 条 件
形 状
耐 水
干 磨
复 合
塑 料 膜
化 纤 布
棉 布
纸
盘状
第3章 精密磨削加工 优质课件
2019/12/7
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
普通磨料
碳化物系
碳化硼
碳化硅
2019/12/7
刚玉系
超硬磨料 金刚石 天然 人造
立方氮化硼
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料粒度及其选择 结合剂及其选择
多选用180＃～240＃普通 磨料、170/200～325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削
3.3 超硬磨料砂轮磨削 3.4 Biblioteka 精密磨削 3.5 精密和超精密砂带磨削
2019/12/7
第1节 精密和超精密磨削概述
金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等 材料进行超精密切削，而对于黑色金属、 硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是 应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和 超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒 和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工， 以得到高加工精度和低表面粗糙度值。
精密和超精密砂轮磨削
将磨料或微粉与结合剂粘合 在一起，形成一定的形状并 具有一定强度，再采用烧结、 粘接、涂敷等方法形成 砂轮、砂条、油石、砂 带等磨具。
精密和超精密砂带磨削
精密砂轮磨削：砂轮的粒度60＃～80＃，加 工精度1μm，Ra0.025μm； 超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40～W50， 得加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
硬度及其选择 磨具的强度
普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。
精密与特种加工讲解讲课文档
的表面质量，不能提高尺寸和形位精度。
超级光磨的应用也很广泛，如汽车和内燃机 零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面的光整加 工。它不仅能加工轴类零件的外圆柱面，而且还 能加工圆锥面、孔、平面和球面等。
28
第28页，共111页。
加工原理
零件旋转，磨具以恒力轻压于零件表面，作轴 向进给的同时作轴向微小振动，从而对零件微观不 平的表面进行光磨。
磨条材料
氧化铝
碳化硅
26
第26页，共111页。
珩磨液
组成
形态
煤
机
溶
水
油
油
液
剂
27
第27页，共111页。
超级光磨
超级光磨是用细磨粒的磨具(油石)对零件施加
很小作方便；(2) 加工余量极小；
(3) 生产率较高；(4) 表面质量好；(5)仅能提高工件
脉冲发生器1的两极分别接在工具电极3 与零件4上，当两极在工作液5中靠近时，极
间电压击穿间隙而产生火花放电。
54
第54页，共111页。
电火花加工装置原理图
1—脉冲发生器 2—自动进给调 节装置 3—工具电极 4—零件 5—工作液
火花放电的同时，在放电通道中瞬时产生大量的
热，达到很高的温度(10000℃以上)，使零件和工具 表面局部材料熔化甚至气化而被蚀除下来，形成 一个微小的凹坑。
从应用范围来看，研磨、珩磨、超级光磨和抛光都
可以用来加工各种各样的表面，但珩磨则主要用于孔的
精整加工。
从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨和超级
光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。
43
第43页，共111页。
超精密加工 指加工的尺寸精度以微米计的加工方 法的统称。是指加工精度和表面质量达到 极高精度的加工工艺。
超级光磨的应用也很广泛，如汽车和内燃机 零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面的光整加 工。它不仅能加工轴类零件的外圆柱面，而且还 能加工圆锥面、孔、平面和球面等。
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第28页，共111页。
加工原理
零件旋转，磨具以恒力轻压于零件表面，作轴 向进给的同时作轴向微小振动，从而对零件微观不 平的表面进行光磨。
磨条材料
氧化铝
碳化硅
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珩磨液
组成
形态
煤
机
溶
水
油
油
液
剂
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超级光磨
超级光磨是用细磨粒的磨具(油石)对零件施加
很小作方便；(2) 加工余量极小；
(3) 生产率较高；(4) 表面质量好；(5)仅能提高工件
脉冲发生器1的两极分别接在工具电极3 与零件4上，当两极在工作液5中靠近时，极
间电压击穿间隙而产生火花放电。
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第54页，共111页。
电火花加工装置原理图
1—脉冲发生器 2—自动进给调 节装置 3—工具电极 4—零件 5—工作液
火花放电的同时，在放电通道中瞬时产生大量的
热，达到很高的温度(10000℃以上)，使零件和工具 表面局部材料熔化甚至气化而被蚀除下来，形成 一个微小的凹坑。
从应用范围来看，研磨、珩磨、超级光磨和抛光都
可以用来加工各种各样的表面，但珩磨则主要用于孔的
精整加工。
从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨和超级
光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。
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第43页，共111页。
超精密加工 指加工的尺寸精度以微米计的加工方 法的统称。是指加工精度和表面质量达到 极高精度的加工工艺。
机械设计制造精密加工和特种加工ppt课件
第二节 特种加工
电解加工
第二节 特种加工
电解加工
特点：
〔1〕加工范围广，加工不受资料本身力学性能的限 制；
〔2〕加工过程中无切削力和切削热的作用，工件不 产生内应力和变形；
〔3〕加工后的零件外表无毛刺和剩余应力；
〔4〕在加工中，工具阴极只发生氢气和沉淀而无溶 解作用；
第二节 特种加工
电解加工
运用：
第一节 精细加工 第二节 特种加工
精细加工是指在一定的开展时期，加工精 度和外表质量到达较高程度的加工工艺。
第一节 精细加工
精细加工范畴：微细加工、光整加工、精整加工等 精细加工方法：研磨、珩摩、超级光磨、抛光等
第一节 精细加工
研磨
原理：在研具与工件之间置以研磨剂，对工件外表 进展精细加工的方法。 研磨时，研具在一定的压力作用下与工件外表之间 作复杂的相对运动，使每颗磨粒几乎都不会在工件 外表上反复本人的轨迹，并经过研磨剂的机械与化 学作用，从工件外表上切除很薄的一层资料，从而 到达很高的尺寸精度和很小的外表粗糙度。
珩磨
利用珩磨工具对工件外表 施加一定压力，珩磨工具 同时作相对旋转和直线往 复运动，切除工件上极小 余量的光整加工方法。
第一节 精细加工
珩磨 特点：
〔1〕多个磨条同时任务，并且经常延续变化切削方 向，能较长时间坚持磨粒锋利，所以消费效率较高； 〔2〕可提高孔的外表质量、尺寸和外形精度，但不 能提高空的位置精度； 〔3〕已加工外表有交叉网纹，利于油膜构成，光滑 性能好，所以外表耐磨损； 〔4〕珩磨头构造较复杂。
第一节 精细加工
特种加工是采用电能、化学能、光能、声能、 热能等能源进展加工的非传统加工方法。
第二节 特种加工
特种加工与传统切削加工的本质区别： 传统切削加工是利用机械能经过道具切除工 件上的多余资料以获得合格零件，刀具与工 件之间必需施加一定的机械力才干实现切削 加工，而且刀具资料的硬度必需高于加工资 料的硬度； 特种加工是利用物理能量、化学能量或其组
电解加工
第二节 特种加工
电解加工
特点：
〔1〕加工范围广，加工不受资料本身力学性能的限 制；
〔2〕加工过程中无切削力和切削热的作用，工件不 产生内应力和变形；
〔3〕加工后的零件外表无毛刺和剩余应力；
〔4〕在加工中，工具阴极只发生氢气和沉淀而无溶 解作用；
第二节 特种加工
电解加工
运用：
第一节 精细加工 第二节 特种加工
精细加工是指在一定的开展时期，加工精 度和外表质量到达较高程度的加工工艺。
第一节 精细加工
精细加工范畴：微细加工、光整加工、精整加工等 精细加工方法：研磨、珩摩、超级光磨、抛光等
第一节 精细加工
研磨
原理：在研具与工件之间置以研磨剂，对工件外表 进展精细加工的方法。 研磨时，研具在一定的压力作用下与工件外表之间 作复杂的相对运动，使每颗磨粒几乎都不会在工件 外表上反复本人的轨迹，并经过研磨剂的机械与化 学作用，从工件外表上切除很薄的一层资料，从而 到达很高的尺寸精度和很小的外表粗糙度。
珩磨
利用珩磨工具对工件外表 施加一定压力，珩磨工具 同时作相对旋转和直线往 复运动，切除工件上极小 余量的光整加工方法。
第一节 精细加工
珩磨 特点：
〔1〕多个磨条同时任务，并且经常延续变化切削方 向，能较长时间坚持磨粒锋利，所以消费效率较高； 〔2〕可提高孔的外表质量、尺寸和外形精度，但不 能提高空的位置精度； 〔3〕已加工外表有交叉网纹，利于油膜构成，光滑 性能好，所以外表耐磨损； 〔4〕珩磨头构造较复杂。
第一节 精细加工
特种加工是采用电能、化学能、光能、声能、 热能等能源进展加工的非传统加工方法。
第二节 特种加工
特种加工与传统切削加工的本质区别： 传统切削加工是利用机械能经过道具切除工 件上的多余资料以获得合格零件，刀具与工 件之间必需施加一定的机械力才干实现切削 加工，而且刀具资料的硬度必需高于加工资 料的硬度； 特种加工是利用物理能量、化学能量或其组
精密与特种加工技术(课件)
第一章概论第一节精密与特种加工的产生背景机械制造面临着一系列严峻的任务：⑴解决各种难切削材料的加工问题。
⑵解决各种特殊复杂型面的加工问题。
⑶解决各种超精密、光整零件的加工问题。
⑷特殊零件的加工问题。
第二节精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响精密与特种加工是一门多学科的综合高级技术；精密加工包括微细加工、光整加工和精整加工等，与特种加工关系密切。
特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它们与传统切削加工的不同特点主要有：①主要不是依靠机械能；②刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；③在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用。
精密与特种加工技术引起了机械制造领域内的许多变革：⑴提高了材料的可加工性。
⑵改变了零件的典型工艺路线。
⑶大大缩短新产品试制周期。
⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。
⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。
第三节精密与特种加工的方法及分类1．加工成形的原理分为去除加工、结合加工、变形加工三大类。
去除加工又称为分离加工，是从工件上去除多余的材料。
结合加工是利用理化方法将不同材料结合在一起。
又可分为附着、注入、连接三种。
变形加工又称为流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。
2．加工方法机理按机理精密与特种加工分为传统加工、非传统加工、复合加工。
第四节精密与特种加工技术的地位和作用先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一。
发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。
从先进制造技术的技术实质而论，主要有精密、超精密加工技术和制造自动化两大领域。
精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。
第3章 精密磨削和超精密磨削 管文 编著
2019/12/19
1)重力落砂法。先将粘结剂均匀涂敷在基底上，再靠重力将砂粒均匀 地喷洒在涂层上，经烘干去除浮面砂粒后即成卷状砂带，制造成本较低。
2)涂敷法。先将砂粒和粘结剂进行充分均匀的混合，然后利用胶辊将 砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。
3)静电植砂法。其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上， 这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加 工质量好。
(2) 磨料粒度及其选择 磨料粒度是影响精密和超精密磨削加工的重要因素，
粒度的选择应根据加工要求、被加工材料、磨料种类等来确定。
粒度是指磨料的颗粒尺寸，其大小用粒度号表示。依据国家标准，固结磨具
用粗磨料粒度分为27级，表示为F4～F220；微粉磨料粒度分为F系列微粉和J系
列微粉，F系列微粉分为11级，表示为F230～F1200或分为13级，表示为F230～
人造
210-490 300
2000
700-800
立方氮化硼 7300-9000
300
800-1000 1250-1350
普通磨料系
碳化物系
ห้องสมุดไป่ตู้
碳化硼 碳化硅
4150-9000 3100-3400
300 155
1800 1500
700-800 1300-1400
刚玉系
1800-2450
87.2
757
1200
表3-5 涂覆磨具的分类
2019/12/19
(2)涂覆磨料及粒度 常用的涂覆磨料分为普通磨料和超硬磨料两大类。通常 情况下，涂覆磨具用于精密与超精密加工，所选用磨料的粒度级次较高且粒度 较细。
(3)粘结剂 粘结剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基底上，直接影 响涂覆磨具性能和质量。
1)重力落砂法。先将粘结剂均匀涂敷在基底上，再靠重力将砂粒均匀 地喷洒在涂层上，经烘干去除浮面砂粒后即成卷状砂带，制造成本较低。
2)涂敷法。先将砂粒和粘结剂进行充分均匀的混合，然后利用胶辊将 砂粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。
3)静电植砂法。其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上， 这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加 工质量好。
(2) 磨料粒度及其选择 磨料粒度是影响精密和超精密磨削加工的重要因素，
粒度的选择应根据加工要求、被加工材料、磨料种类等来确定。
粒度是指磨料的颗粒尺寸，其大小用粒度号表示。依据国家标准，固结磨具
用粗磨料粒度分为27级，表示为F4～F220；微粉磨料粒度分为F系列微粉和J系
列微粉，F系列微粉分为11级，表示为F230～F1200或分为13级，表示为F230～
人造
210-490 300
2000
700-800
立方氮化硼 7300-9000
300
800-1000 1250-1350
普通磨料系
碳化物系
ห้องสมุดไป่ตู้
碳化硼 碳化硅
4150-9000 3100-3400
300 155
1800 1500
700-800 1300-1400
刚玉系
1800-2450
87.2
757
1200
表3-5 涂覆磨具的分类
2019/12/19
(2)涂覆磨料及粒度 常用的涂覆磨料分为普通磨料和超硬磨料两大类。通常 情况下，涂覆磨具用于精密与超精密加工，所选用磨料的粒度级次较高且粒度 较细。
(3)粘结剂 粘结剂又称为胶，其作用是将砂粒牢固地粘结在基底上，直接影 响涂覆磨具性能和质量。
精密与超精密加工课件第3章402
X
y＞ x 取 G＝ Gy
Y
Gx
Gy
Gy
Gx
Gx X
Gy
B(xe , ye)
(a)
(b)
(c)
3) J的确定 4) Z的确定
G的确定
电火花线切割加工 例：编写下图的程序。
C
100
A
100
B
A
(a)
Y
C
C
X
Y
A
A
X
(b)
(c)
Y B
X (d)
J3
J2
电火花线切割加工 2. 圆弧的3B代码编程
1) x，y值的确定
电火花线切割加工
电火花线切割加工
电火花线切割加工
第一节 电火花线切割加工的原理、特点、应用
一.电火花线切割加工的原理
3
1
4
2
6
-+
5
1、贮丝筒 2、电极丝 3、导电块 4、导轮 5、工件 6、脉冲电源
电火花线切割加工
电火花线切割加工
在这个加工过程中,工件接高频脉冲电源的正极,钼 丝接高频脉冲电源的负极,当工件与钼丝接进到一定距 离(0.01-0.2mm)时,它们之间就产生火花放电,腐蚀工件 (熔化,温度在10000度以上)。
4) Z的确定 加工指令Z按照第一步进入的象限可分为R1、R2、R3、R4； 按切割的走向可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令： SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，具体 可参考下图。
电火花线切割加工
SR2
Y SR1
NR2
Y NR1
SR3
X SR4
NR3
X NR4
精密与特种加工课件
在集成电路制造中，精密与特种加工技术用于制造高精度掩膜版、光刻胶等关键材料， 是实现集成电路高密度集成的重要手段。
微纳制造
在微纳制造领域，精密与特种加工技术用于制造微型机械、微型传感器等，广泛应用于 医疗、环保等领域。
新材料领域应用实例
高温合金加工
在高温合金加工中，精密与特种加工技 术用于制造高性能涡轮叶片、燃烧室等 高温部件，提高了航空发动机的工作温 度和效率。
分类
根据加工原理和应用领域，精密与特 种加工可分为电火花加工、激光加工 、离子束加工、超声波加工等多种类 型。
特点与优势
特点
高精度、高效率、高表面质量、 低成本等。
优势
精密与特种加工能够解决传统机 械加工难以解决的问题，尤其在 难加工材料、复杂结构和高精度 零件的加工方面具有显著优势。
应用领域与发展趋势
02 03
激光加工
激光加工是指利用激光束的高能量密度，对材料进行切割、打孔、焊接 等加工。由于激光束的聚焦光斑小、能量密度高，可以获得高精度、高 效率的加工效果。
电子束加工
电子束加工是指利用电子束的高能量密度，对材料进行切割、打孔、焊 接等加工。由于电子束的能量密度比激光束更高，可以获得更高的加工 精度和更小的热影响区。
特种加工工艺
特种加工工艺概述
特种加工工艺是指不同于传统机 械加工方法的工艺方法，具有加
工范围广、适应性强的特点。
电化学加工
电化学加工是指利用电解反应对 材料进行溶解和成型加工的工艺 方法。该方法适用于各种金属材 料的加工，具有高精度、高效率
的特点。
超声波加工
超声波加工是指利用超声波振动 对材料进行研磨、打孔、切割等 加工的工艺方法。该方法适用于 各种硬脆材料的加工，具有高精
微纳制造
在微纳制造领域，精密与特种加工技术用于制造微型机械、微型传感器等，广泛应用于 医疗、环保等领域。
新材料领域应用实例
高温合金加工
在高温合金加工中，精密与特种加工技 术用于制造高性能涡轮叶片、燃烧室等 高温部件，提高了航空发动机的工作温 度和效率。
分类
根据加工原理和应用领域，精密与特 种加工可分为电火花加工、激光加工 、离子束加工、超声波加工等多种类 型。
特点与优势
特点
高精度、高效率、高表面质量、 低成本等。
优势
精密与特种加工能够解决传统机 械加工难以解决的问题，尤其在 难加工材料、复杂结构和高精度 零件的加工方面具有显著优势。
应用领域与发展趋势
02 03
激光加工
激光加工是指利用激光束的高能量密度，对材料进行切割、打孔、焊接 等加工。由于激光束的聚焦光斑小、能量密度高，可以获得高精度、高 效率的加工效果。
电子束加工
电子束加工是指利用电子束的高能量密度，对材料进行切割、打孔、焊 接等加工。由于电子束的能量密度比激光束更高，可以获得更高的加工 精度和更小的热影响区。
特种加工工艺
特种加工工艺概述
特种加工工艺是指不同于传统机 械加工方法的工艺方法，具有加
工范围广、适应性强的特点。
电化学加工
电化学加工是指利用电解反应对 材料进行溶解和成型加工的工艺 方法。该方法适用于各种金属材 料的加工，具有高精度、高效率
的特点。
超声波加工
超声波加工是指利用超声波振动 对材料进行研磨、打孔、切割等 加工的工艺方法。该方法适用于 各种硬脆材料的加工，具有高精
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精密和超精密砂带磨削
精密砂带磨削：砂带粒度W63～W28，加工
精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精 度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。
2015-4-7 5
第1节 精密和超精密磨削概述
一、精密和超精密加工分类
游离磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。
2015-4-7 9
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
涂 覆 磨 具 基 底 材 料
工 作 条 件
形 状
耐 水
2015-4-7
干 磨
复 合
塑 料 膜
化 纤 布
棉 布
纸
盘 状
带 状
环 状
卷 状
页 状
10
第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
2015-4-7
2015-4-7
32
第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
单颗粒磨削
1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合 剂）的和大负前角切削刃的弹性体。 2）磨粒切削刃的切入深度是从零开 始逐渐增加，到达最大值再逐渐减 少，最后到零。 3）磨粒磨削时在工件的接触过程中， 开始是弹性区，继而塑性区、切削区、 塑性区，最后是弹性区。 4）超精密磨削时有微切削作用、塑性 流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦 作用。
2015-4-7 27
第3节 超硬磨料砂轮磨削
三、超硬磨料砂轮磨床
超精密磨削对磨床的要求： 1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向 跳动应<0.01mm，端面圆跳动<0.005mm。 2）比普通磨床刚度提高50％左右。 3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给 速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.001～ 0.002mm/单行程。 4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有 可靠的密封。 5）有比较完善的磨削液处理系统。 6）采取相应的防振、隔振措施。
磨削液的种类 和组成
2015-4-7
30
第3节 超硬磨料砂轮磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡 动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
Precision and ultra-precision machining
精密和超精密加工技术
周杰 2010年3月
2015-4-7 1
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削 3.4 超精密磨削 3.5 精密和超精密砂带磨削
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6
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
普通磨料
碳化物系 碳化硼 碳化硅
超硬磨料
金刚石 天然 人造
刚玉系
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立方氮化硼
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第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料粒度及其选择
多选用180＃～240＃普通 磨料、170/200～325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。
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23
第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
喷射法
碳化硅和刚玉
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
电加工法 电解修整法
利用电化学个腐 蚀作用蚀除金属结合 剂，多用于金属结合 剂砂轮的修锐，非金 属结合剂砂轮无效。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
整形 对砂轮进行微量切削，使砂 轮达到所要求的几何形状精 度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。
修锐
去除磨粒间的结合剂，使磨 粒间有一定的容屑空间，并 使磨刃突出于结合剂之外， 形成切削刃。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
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第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的 表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨 屑，并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为：三个阶段，砂轮表 面的磨粒与工件材料接触，发生弹性变形，磨粒继续切入工件（切 削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性 变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤 裂，即进入切削阶段，最后被切离。当磨削切入量达到最大值后， 逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。
二、超硬磨料砂轮修整
电火花修整法
电火花放电加工，适 用于各种金属结合剂 砂轮。若在结合剂中 加入石墨粉，可用于 树脂、陶瓷结合剂砂 轮。既可整形，又可 修锐。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
超声波振动修整法
用受激振动的 簧片或超声波 振动头驱动的 幅板作为修整 器，并在砂轮 和修整器间放 入游离磨料撞 击砂轮的结合 剂，使超硬磨 粒突出结合剂。
砂轮修整是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、 金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修 整等。 砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次 数和光修次数。修整导程（纵向进给量）为10～ 15mm/min，修整深度为2.5μm/单行程，精修次 数2～3次，光修次数1次单行程。
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第2节 精密磨削
四、精密磨床
精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求： 1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度， 以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和 动静压组合轴承。 2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能 平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流 阀、工作台导轨压力润滑。 3、减少振动 1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进 行隔振； 2）砂轮要进行动平衡； 3）精密磨床最好安装在防振地基上。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
四、超硬磨料砂轮磨削工艺
磨削液
磨削液的作用
降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削 表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。 润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、 防锈性、防腐性、防火性、切削性和挤 压性等
油性液：成分是矿物油，如机油、轻质 柴油、煤油，加入脂肪油和添加剂。 水溶性液：成分是水，如乳化液、无机 盐水溶液和化学合成液等。 金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性 液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。
精密磨削使所用砂轮的选择以易产生微刃和保持 微刃及其等高性为原则。 磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料较好，单晶 刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。 砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。 结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛 光作用。
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第2节 精密磨削
三、精密磨削时砂轮的修整
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第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆方法
重力落砂法
涂覆法
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静电植砂法
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第2节 精密磨削
一、精密磨削机理
(1)微刃的微切削作用 (2)微刃的等高切削作用 (3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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第2节 精密磨削
二、精密磨削砂轮选择
8
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
硬度及其选择
普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。
磨具的强度
高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破 碎的能力。
磨具的形状和尺寸及其基体材料
根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和 尺寸。 基体材料与结合剂有关， 金属结合剂磨具多采用铁或铜合金； 树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木； 陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。
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第4节 超精密磨削
一、超精密磨削和镜面磨削
超精密磨削的特点： 1）超精密磨床是超精密磨削的关键 2）超精密磨削是一种超微量去除加工 3）超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程
超精密磨削的加工精度达到或 高于0.1μm，表面粗糙度低于 0.025μm，是一种亚微米级的 加工方法；对于钢、铁材料和 陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种 重要的加工方法。镜面磨削加 工表面粗糙度达到0.02～ 0.01μm，属于精密和超精密 磨削范畴。
将磨料或微粉与结合剂粘合 在一起，形成一定的形状并 具有一定强度，再采用烧结、 粘接、涂敷等方法形成 砂轮、砂条、油石、砂 带等磨具。
精密砂轮磨削：砂轮的粒度60＃～80＃，加 工精度1μm，Ra0.025μm； 超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40～W50， 得加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
二、超硬磨料砂轮修整
软钢磨削整形法
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单滚轮法
双滚轮法
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
滚压挤轧法
用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮， 与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使 结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩 碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依 靠游离磨料挤轧作用进行修锐。
精密砂带磨削：砂带粒度W63～W28，加工
精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精 度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。
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第1节 精密和超精密磨削概述
一、精密和超精密加工分类
游离磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。
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第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
涂 覆 磨 具 基 底 材 料
工 作 条 件
形 状
耐 水
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干 磨
复 合
塑 料 膜
化 纤 布
棉 布
纸
盘 状
带 状
环 状
卷 状
页 状
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第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
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第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
单颗粒磨削
1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合 剂）的和大负前角切削刃的弹性体。 2）磨粒切削刃的切入深度是从零开 始逐渐增加，到达最大值再逐渐减 少，最后到零。 3）磨粒磨削时在工件的接触过程中， 开始是弹性区，继而塑性区、切削区、 塑性区，最后是弹性区。 4）超精密磨削时有微切削作用、塑性 流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦 作用。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
三、超硬磨料砂轮磨床
超精密磨削对磨床的要求： 1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向 跳动应<0.01mm，端面圆跳动<0.005mm。 2）比普通磨床刚度提高50％左右。 3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给 速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.001～ 0.002mm/单行程。 4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有 可靠的密封。 5）有比较完善的磨削液处理系统。 6）采取相应的防振、隔振措施。
磨削液的种类 和组成
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡 动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
Precision and ultra-precision machining
精密和超精密加工技术
周杰 2010年3月
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第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 精密和超精密磨削概述 3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削 3.4 超精密磨削 3.5 精密和超精密砂带磨削
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第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
普通磨料
碳化物系 碳化硼 碳化硅
超硬磨料
金刚石 天然 人造
刚玉系
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立方氮化硼
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第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料粒度及其选择
多选用180＃～240＃普通 磨料、170/200～325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
喷射法
碳化硅和刚玉
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
电加工法 电解修整法
利用电化学个腐 蚀作用蚀除金属结合 剂，多用于金属结合 剂砂轮的修锐，非金 属结合剂砂轮无效。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
整形 对砂轮进行微量切削，使砂 轮达到所要求的几何形状精 度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。
修锐
去除磨粒间的结合剂，使磨 粒间有一定的容屑空间，并 使磨刃突出于结合剂之外， 形成切削刃。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
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第4节 超精密磨削
二、超精密磨削机理
磨削加工过程
磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的 表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨 屑，并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为：三个阶段，砂轮表 面的磨粒与工件材料接触，发生弹性变形，磨粒继续切入工件（切 削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性 变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤 裂，即进入切削阶段，最后被切离。当磨削切入量达到最大值后， 逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。
二、超硬磨料砂轮修整
电火花修整法
电火花放电加工，适 用于各种金属结合剂 砂轮。若在结合剂中 加入石墨粉，可用于 树脂、陶瓷结合剂砂 轮。既可整形，又可 修锐。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
超声波振动修整法
用受激振动的 簧片或超声波 振动头驱动的 幅板作为修整 器，并在砂轮 和修整器间放 入游离磨料撞 击砂轮的结合 剂，使超硬磨 粒突出结合剂。
砂轮修整是精密磨削的关键，有单粒金刚石修整、 金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修 整等。 砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次 数和光修次数。修整导程（纵向进给量）为10～ 15mm/min，修整深度为2.5μm/单行程，精修次 数2～3次，光修次数1次单行程。
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第2节 精密磨削
四、精密磨床
精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求： 1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度， 以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和 动静压组合轴承。 2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能 平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流 阀、工作台导轨压力润滑。 3、减少振动 1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进 行隔振； 2）砂轮要进行动平衡； 3）精密磨床最好安装在防振地基上。
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
四、超硬磨料砂轮磨削工艺
磨削液
磨削液的作用
降低磨削温度，减少磨削力，改善磨削 表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。 润滑、冷却、清洗性能，尚有渗透性、 防锈性、防腐性、防火性、切削性和挤 压性等
油性液：成分是矿物油，如机油、轻质 柴油、煤油，加入脂肪油和添加剂。 水溶性液：成分是水，如乳化液、无机 盐水溶液和化学合成液等。 金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性 液，立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。
精密磨削使所用砂轮的选择以易产生微刃和保持 微刃及其等高性为原则。 磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料较好，单晶 刚玉最好，白刚玉、铬刚玉应用最普遍。 砂轮的粒度可选择粗粒度和细粒度两类。 结合剂选择树脂较好，加入石墨填料加强摩擦抛 光作用。
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第2节 精密磨削
三、精密磨削时砂轮的修整
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第1节 精密和超精密磨削概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆方法
重力落砂法
涂覆法
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静电植砂法
13
第2节 精密磨削
一、精密磨削机理
(1)微刃的微切削作用 (2)微刃的等高切削作用 (3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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第2节 精密磨削
二、精密磨削砂轮选择
8
第1节 精密和超精密磨削概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
硬度及其选择
普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。
磨具的强度
高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破 碎的能力。
磨具的形状和尺寸及其基体材料
根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和 尺寸。 基体材料与结合剂有关， 金属结合剂磨具多采用铁或铜合金； 树脂结合剂磨具采用铝及合金或电木； 陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。
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第4节 超精密磨削
一、超精密磨削和镜面磨削
超精密磨削的特点： 1）超精密磨床是超精密磨削的关键 2）超精密磨削是一种超微量去除加工 3）超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程
超精密磨削的加工精度达到或 高于0.1μm，表面粗糙度低于 0.025μm，是一种亚微米级的 加工方法；对于钢、铁材料和 陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种 重要的加工方法。镜面磨削加 工表面粗糙度达到0.02～ 0.01μm，属于精密和超精密 磨削范畴。
将磨料或微粉与结合剂粘合 在一起，形成一定的形状并 具有一定强度，再采用烧结、 粘接、涂敷等方法形成 砂轮、砂条、油石、砂 带等磨具。
精密砂轮磨削：砂轮的粒度60＃～80＃，加 工精度1μm，Ra0.025μm； 超精密砂轮磨削：砂轮的粒度W40～W50， 得加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
二、超硬磨料砂轮修整
软钢磨削整形法
2015-4-7
单滚轮法
双滚轮法
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第3节 超硬磨料砂轮磨削
二、超硬磨料砂轮修整
滚压挤轧法
用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮， 与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使 结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩 碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依 靠游离磨料挤轧作用进行修锐。