精密加工和超精密加工

削 削削 单和
构
、应
价用
格范
便围
宜广
2.4 珩磨 超精研 研磨和超精密磨料加工
一、绗磨 珩磨
1、概念
珩磨是利用安装在珩磨头圆周上的若干条细粒度 油石，由张开机构将油石沿径向张开，使其压向工件 孔壁，以便产生一定的面接触，同时珩磨头做回转和 轴向往复运动，由此实现对孔的低速磨削。
一、绗磨 珩磨
1、加工机理
精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒 具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量 极细微的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削 阶段的作用，获得高精度和低表面粗糙度表面。
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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超精精磨削机理：
1、超精磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削 深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此 磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力， 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大，可能接近被 磨削材料的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处收到高 温和高压的作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高 温硬度。
立方氮化硼（CBN）
硬度莫氏硬度9.8-10
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力也很突出；
稳定性和化学惰性大大优于金 刚石
适合加工普通磨料难以加工且 金刚石又不宜加工的硬而韧的 金属材料如工具钢、模具钢、 不锈钢、耐热合金等特别是高 钒高速钢、铝高速钢等对磨削 温度较为敏感的金属材料。
三、加工原理
精密磨削机理：
球面（球轴承）车削，复印机硒 鼓（圆柱面）车削，磁盘基片的 车削。
四、发展趋势
高精度、高效率 极端化 智能化
工艺整合化 在线加工检测一体化
绿色化
2.3 精密、超精密磨削加工
一、概念
精密砂轮磨削：利用精细修正的粒度为60#～80#的普 通砂轮进行磨削，其加工精度可达1µm，表面粗糙度可达 Ra0.025µm。
超精密砂轮磨削：利用经过仔细修正的粒度为W40～ W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.025～Ra0.008µm的加工表面。
特点：表面变质层和残余应力较小，加工效率比切削加工高。
普通刚玉、碳化硅 磨料、粘合剂、气孔
工作层、基体、过渡层
工作层（金刚石层）：磨料、结合剂、气孔
利用粒度为W63～W28的砂带可进行精密磨削，其 加工精度可达1µm，表面粗糙度可达Ra0.025µm。利用 粒度为W28～W3的砂带可进行超精密砂带磨削，其加工 精度可达0.1µm，表面粗超度可达Ra0.025～0.008µm。
六、砂带磨削特点：
弹 冷高 制工
砂
性 态效 作艺
带
磨 磨磨 简性
结
桂林理工大学南宁分校机械与控制工程系
二、金刚石刀具的特点
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。
精密加工和超精密加工
2.1 概述
一、概念
精密加工：在一定的发展时期，加工精度和表面 质量达到很高程度的加工工艺。
超精密加工：加工精度和表面质量达到极高程 度的精密加工工艺。
二、分类
一般加工
加工精度在10µ左右,IT7～IT5,表面粗超度Ra0.8 ～0.2µm; 用于汽车、拖拉机制造等工业，车铣磨刨绞等。
2、磨削运动
由于弹性弹性让刀量的存在，磨削系统要求高刚度， 砂轮修锐质量好，形成切屑的磨削深度小。利用无火花磨 削状态，可以降低表面粗超度。
四、超精密磨床的特点：
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高精度
高刚度
高稳定性
微进给装置
计算机数控
砂带磨削 珩磨
超精研 研磨
五、砂带磨削：
根据工件的形状，用与之相应的接触方式，借助 于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并利 用砂带上的磨粒对工件加工表面进行高效磨削的一种 新工艺。
三、影响超精密切削的因素
液体静压轴承主轴
空气静压轴承主轴
主轴
磁悬浮轴承
污染
振动
工作环境
工件材质 均匀
温度
导轨
液体静压导轨
空气静压导轨
四、应用
平面镜的切削 多面镜的切削 其它零件的切削
平面度<0.06 µm， 表面粗糙度Rmax<0.02 µm。
面分度精度7.5”，面倾斜精度3.6”， 平面度<0.07 µm，表面粗糙度 Rmax < 0.02µm。用于激光印刷 机、复印机。
精密加工
加工精度在10 ～0.1µ之间, IT5以上,表面粗超度Ra0.3 ～0.03µm; 用于精密机床、精密测量仪器等中的关键零件加工； 金刚车、镗，研磨，珩磨，超精研，砂带磨，镜面磨削，冷压加工等。
超精加工
加工精度在0.1 ～0.01µ之间, IT5以上,表面粗超度Ra0.03 ～0.005µm; 用于镜面加工，大规模集成电路基片及上面图形加工， 金刚石刀具超精密切削、超精密磨削和研磨、超精密特种加工
是砂轮的工作部分
过渡层（非金刚石层）：结合剂、金属粉、气孔
将金刚石层牢固地连接在基体上
基体
承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨 床主轴上
二、磨料
金刚石
自然界人类认识的最坚硬的物 质，莫氏硬度10；
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力都很突出； 加工很多硬而脆的材料如硬 质合金、陶瓷、宝石玛瑙、 玻璃、石材、建材、混凝土 和半导体材料等及砂轮的修 整； 不适宜加工铁族金属材料。
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三、工艺特点
1 2
以精密元件为加工对象 加工不受外界条件变化的干扰
3
要有相应的精密测量手段
4
常常与微细加工结合在一起
5
常常和自动控制联系在一起
6
常常采用复合加工技术
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2.2 精密、超精密切削加工 一、起源
60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁 盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的 大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体 镜等等，各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、 研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很 难满足精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、开发了使 用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方 法加工。