精密和超精密加工技术第7章精密研磨与抛光
精密研磨与抛光(精密加工)
表面平滑
在抛光过程中，工件表面逐渐被 磨平，最终达到镜面或高度平滑
的效果。
表面改性
在抛光过程中，工件表面可能会 发生物理或化学变化，如表面层 晶格结构的变化或表面化学成分
的改变。
抛光工艺参数
压力
抛光压力是影响抛光效果的重要参数，压力过大会导致工件表面 损伤，过小则抛光效率低下。
02
精密研磨技术
研磨材料
01
02
03
04
刚玉
常用作研磨材料，具有高硬度 和耐磨性，适用于硬材料的研
磨。
碳化硅
具有高硬度和高韧性，适用于 研磨硬而脆的材料。
氧化铝
具有较好的韧性和耐磨性，适 用于研磨软材料和中等硬度的
材料。
天然磨料
如河砂、海砂等，可用于粗研 磨和抛光。
研磨机理
切削作用
研磨材料表面上的磨粒在压力作 用下切入工件表面，切削出微小
智能化的发展
智能检测与监控系统
通过引入传感器和智能化检测技术，实现对 研磨与抛光过程的实时监测和数据采集，提 高加工过程的稳定性和可靠性。同时，通过 数据分析与处理，优化加工参数，提高加工 效率和表面质量。
自动化生产线
通过集成机器人、自动化设备和智能化管理 系统，构建自动化生产线，实现研磨与抛光 过程的自动化和连续化生产。这将大幅提高 生产效率，降低人工成本，提升企业竞争力
总结词
高分子材料的研磨与抛光是实现高分子材料表面高精度和高光洁度的重要手段。
详细描述
高分子材料的研磨与抛光主要采用金刚石、刚玉等硬质材料作为磨料，通过研磨、抛光等工艺去除高 分子材料表面的凸起和划痕，以提高其表面质量和性能。高分子材料的研磨与抛光广泛应用于塑料、 橡胶、涂料等领域。
研磨与抛光的区别
研磨与抛光的区别
很早以前看过这样一个报道，说是德国、日本等几个国家的科学家耗时5年时间，花了近千万元打造了一个高纯度的硅-28材料制成的圆球，这个1kg纯硅球要求超精密加工研磨抛光，精密测量（球面度，粗糙度，质量..），可谓是世界上最圆的球了。
关于这个圆球的故事
我们明天会具体的介绍一下
今天我们主要是想通过这个视频
来介绍一下超精密抛光工艺
我们经常把研磨和抛光放在一起讲，因为零件经过这两个工序的粗糙度已经十分小了。
首先咱们了解一下它们的区别。
研磨与抛光的区别
研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。
研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。
加工精度可达IT5～IT1，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。
抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。
两者的主要区别在于：抛光达到的表面光洁度要比研磨更高，并且可以采用化学或者电化学的方法，而研磨基本只采用机械的方法，所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗，即粒度大。
现代电子工业，超精密抛光是灵魂
超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命，不仅仅是平坦化不同的材料，而且要平坦化多层材料，使得几毫米见方的硅片通过这种‘全局平坦化’形成上万至百万晶体管。
第七讲精密加工和超精密加工
工艺过程的优化
五、游离磨料的高效加工
（一）超声研磨工艺
• 超声研磨是一种采用游离磨料（研磨膏或研磨液）进 行切削的加工方法。磨料通过研磨工具的振动产生切 削功能，从而把研磨头（工具）的形状传递到工件 上。 • 超声研磨正是利用脆性材料的这一特点。有目的有控 制地促进材料表层的断裂和切屑的形成。
二、金刚石车削技术及其应用
1. 金刚石车床的技术关键
• 除了必须满足很高的运动平稳性外，还必须具有很高 的定位精度和重复精度。镜面铣削平面时，对主轴只 需很高的轴向运动精度，而对径向运动精度要求较 低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运动精 度，才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影 响。 • 目前市场上提供的金刚石车床的主轴大多采用气体静 压轴承，轴向和径向的运动误差在50nm以下，个别主 轴的运动误差已低于25nm。金刚石车床的滑台在90年 代以前绝大部分采用气体静压支承，荷兰的Hembrug 公司则采用液体静压支承。进入90年代以来，美国的 Pneumo公司（现已与Precitech公司合并）的主要产品 Nanoform600和250也采用了具有高刚性、高阻尼和高
（二）超声研磨加工玻璃
• 在玻璃上钻孔时，超声加工已经可以与金刚石钻削竞 争，优化后的超声钻孔已经达到金刚石钻削时的材料 切除速度。根据孔径和孔深的不同，超声钻孔时的进 钻速度可也达到20～40mm/min。 • 用金刚石钻削玻璃上的孔时，需要从两面进刀，以免 钻透时出现玻璃崩裂，采用超声钻孔时，则可从一侧 直接钻通，工具出口时不会出现玻璃的崩裂。从而可 以省去金刚石钻孔时的校正和倒角等加工工序。 • 在玻璃上钻小孔时，超声研磨的作用变得更为重要。 普通的金刚石钻孔，最小孔径大约在2mm左右。超声 钻孔时的最小孔径几乎没有任何限制，目前在实验室 中进行的实验表明，用超声研磨可在3mm厚的玻璃上 钻出直径为0.5～1.0mm的小孔
精密研磨与抛光ppt课件
课后思考题
习题6-2 习题6-15
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨抛光机理 7.2 精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3 超精密平面研磨和抛光 7.4 超精密研磨抛光的主要新技术
第1节 研磨抛光机理
一、研磨加工的机理
1.研磨时磨料的工作状态 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧 效果；
2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对 工件表面进行刻划，实现微切削加工；
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）
最小切除可以达到原子级，直至切去一层 原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能 够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。 加工原理实质是磨粒原子的扩散作用和加速 的微小粒子弹性射击的机械作用的综合效果。 真空中带静电的粉末粒子加速法、空气流或 水流来加速。
化学机械抛光
3.金属材料的研磨
当金属表面用硬度计压头压入时，只在表面 产生塑性变形的压坑，不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。
研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态,且表面不会产生裂纹。
二、抛光加工的机理
抛光的机理：1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑， 但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2）借助磨 粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平。
磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸 （<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特 性是：每一个粒子的磁力矩较大，不会因重力而沉降，磁 化强度随磁场增加而增加。当将非磁性材料的磨料混入磁 流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转 的工件而进行研磨。磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加 工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律
精密加工和超精密加工技术期末复习资料
考试复习题库一、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均无分。
1、精密和超精密加工目前包含的三个领域：（超精密切削）、（精密和超精密磨削研磨）和（精密特种加工）。
2、金刚石晶体的激光定向原理是利用金刚石在不同的（结晶方向）上因晶体结构不同而对激光放射形成不同的（衍射图像）进行的。
3、金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤，将影响加工零件的（表面质量）和（尺寸精度）。
4、目前金刚石刀具主要用于（铝、铜及其合金等软金属）材料的精密与超精密加工，而对于（黑色金属、硬脆）材料的精密与超精密加工，则主要应用精密和超精密磨料加工。
5、金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤，将影响加工零件的（表面质量）和（尺寸精度）。
6、金刚石有（人工目测定向）、（X射线定向）和（激光定向）三种方法。
7、由于金刚石的脆性，在保证获得较小的加工表面粗糙度前提下，为增加切削刃的强度，应采用（较大）的刀具楔角β，故刀具的前角和后角都取得（较小）。
8、金刚石刀具适合加工（铝合金）、无氧铜、黄铜、（非电解镍）等有色金属和某些非金属材料。
9、单晶金刚石有（100 ）、（110 ）、（111 ）三个主要晶面。
10、研磨金刚石晶体时，（110 ）晶面摩擦因数最大，（100 ）晶面次之，（111 ）晶面最小。
11、在高磨削率方向上，（110 ）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100 ）晶面的磨削率次之，（111 ）晶面磨削率最低，最不容易磨。
12、单晶金刚石的（破损）机理主要产生于（111 ）晶面的解理。
13、单晶金刚石的磨损机理主要属（机械磨损），其磨损的本质是（微观解理）的积累。
14、超硬磨料在当前是指（金刚石）和（立方氮化硼）以及它们为主要成分的复合材料。
15、用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整的（磨削法）是目前最为广泛采用的（修整方法）。
16、精密和超精密磨料加工分为（固结磨料）加工和（游离磨料）加工两大类。
精密与超精密加工技术课件
珩磨效果受到多种因素的影响 ，如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法，具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点，常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成， 具有优异的综合性能，如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点，广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦，以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成，具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ，常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体，加入增强纤维或颗 粒，以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法，以达到平滑表面 的效果。
《超精密加工技术》PPT课件
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 0.02μm〕。
2〕静电植砂，磨粒 有方向性，尖端向 上 〔 图 12〕 ， 摩 擦 生热小，磨屑不易 堵塞砂轮，磨削性 能好。
磨粒 粘接剂 规格涂层 基带 图12 静电植砂砂带结构
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。
➢由聚氨基甲酸〔乙〕 酯制成，磨料直径 0.1～0.01μm
图13 弹性发射加工原理
➢ 机理：微切削＋被加工材料的微塑性流动作用
一、 精细与超精细加工技术
★ 液体动力抛光 ➢ 工作原理〔图14〕
工具运动方向 抛光工具
➢抛光工具上开有锯齿槽， 抛光液
磨粒
靠楔形挤压和抛光液的反
弹，增加微切削作用。
工件
一、 精细与超精细加工技术
概述
◆精细加工 —— 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。
超精细加工 —— 在一定的开展时期，加工精度和外表质 量到达最高程度的加工工艺。 ◆瓦特改进蒸汽机 —— 镗孔精度 1mm
20 世纪 40 年代 —— 最高精度 1μm 20 世纪 末 ——
工件
砂带
b）砂带定心外圆磨削 （接触轮式）
支承板 主动轮
砂带 工件 c）砂带定心外圆磨削
（接触轮式）
砂带
接触轮
砂带
接触轮 d）砂带内圆磨削
（回转式）
工件
工件
砂带
工作台
e）砂带平面磨削 （支承板式）
支承轮 f）砂带平面磨削
（支承轮式）
图11 几种砂带磨削形式
一、 精细与超精细加工技术
《精密和超精密加工技术(第3版)》第3章精密磨削和超精密磨削
2018/3/11
第1节 概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
超硬磨料制作的磨具在以下几方面能够满足精密加工和超精密加工 的要求,因此使用广泛。
1)磨具在形状和尺寸上易于保持,使用寿命高,磨削精度高。
2)磨料本身磨损少,可较长时间保持切削性,修整次数少,易于保持精度。
3)磨削时,一般工件温度较低,因此可以减小内应力、裂纹和烧伤等缺
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。
2018/3/11
第1节 概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
根据涂覆磨具的形状、基底材料和工作条件与用途等,分类见下表
涂 覆 磨 具
工 作 条 件
基 底 材 料
形 状
耐 水 (N)
2018/3/11
精密砂带磨削：砂带粒度F230～F320，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。
2018/3/11
第1节 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。
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 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
2018/3/11
第1节 概述
精密和超精密磨料加工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,得到高 加工精度和低表面粗糙度值。对于铜、铝及其 合金等软金属,用金刚石刀具进行超精密车削是 十分有效的,而对于黑色金属、硬脆材料等,用 精密和超精密磨料加工在当前是最主要的精密 加工手段。
精密和超精密加工复习整理资料
精密和超精密加⼯复习整理资料1.精密和超精密加⼯⽬前包含的三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨和精密特种加⼯2.超精密加⼯中超稳定的加⼯环境条件主要指（恒温）、（恒湿）、（防振）和（超净）四个⽅⾯的条件。
3.电⽕花型腔加⼯的⼯艺⽅法有：（单电极平动法）、（多电极更换法）、（分解电极法）、简单电极数控创成法等。
4.超精密加⼯机床的总体布局形式主要有以下⼏种：（T形布局）、（⼗字形布局）、（R-θ布局）、（⽴式结构布局）等。
5.实现超精密加⼯的技术⽀撑条件主要包括：（超精密加⼯机理与⼯艺⽅法）、（超精密加⼯机床设备）、（超精密加⼯⼯具）、（精密测量和误差补偿）、⾼质量的⼯件材料、超稳定的加⼯环境条件等。
6.激光加⼯设备主要包括电源、（激光器）、（光学系统）、（机械系统）、控制系统、冷却系统等部分。
7.精密和超精密加⼯机床主轴轴承的常⽤形式有（液体静压轴承）和（空⽓静压轴承）。
8.⾦刚⽯晶体的激光定向原理是利⽤⾦刚⽯在不同结晶⽅向上（因晶体结构不同⽽对激光反射形成不同的衍射图像）进⾏的。
9.电⽕花加⼯蚀除⾦属材料的微观物理过程可分为（介质电离击穿）、（介质热分解、电极材料熔化、⽓化）、（蚀除物抛出）和（间隙介质消电离）四个阶段。
10.超精密加⼯机床的关键部件主要有：（精密主轴部件）、（导轨部件）和（进给驱动系统）等。
11.三束加⼯是指电⼦束、离⼦束和激光束。
12.所谓空⽓洁净度是指空⽓中含尘埃量多少的程度。
13.⼯业⽣产中常见的噪声主要有空⽓动⼒噪声、机械噪声和电磁噪声。
14.纳⽶级加⼯精度包含：纳⽶级尺⼨精度、纳⽶级⼏何形状精度、纳⽶级表⾯质量。
15.超精密切削时积屑瘤的⽣成规律：1）在低速切削时，h0值⽐较稳定；在中速时值不稳定。
2）在进给量f很⼩时，h0较⼤3）在背吃⼑量a p<25um时，h0变化不⼤；在a p>25um时，h0将随a p的值增⼤⽽增⼤。
16.超精密切削时积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤⾼时切削⼒⼤，积屑瘤⼩时切削⼒⼩。
精密与超精密加工试题和答案
1）精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？2）答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高, 以目前的加工能力而言, 精密加工的精度范围是0.1~1μm, 加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。
超精密加工的精度高于0.1μm, 加工表面精度Ra小于0.01μm。
3）超精密加工领域:4）超精密切削,5）超精密磨削,6）超精密研磨和抛光。
超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答: 超精密切削对刀具的要求:1) 刀具刃口锋锐度ρ刀具刃口能磨得极其锋锐, 刃口圆弧半径ρ极小, 能实现超薄切削厚度, 减小切削表面弹性恢复和表面变质层。
ρ与切削刃的加工方位有关, 普通刀具5~30μm, 金刚石刀具<10nm；从物理学的观点, 刃口半径ρ有一极限。
2) 切削刃的粗糙度。
切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。
普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm, 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm, 特殊情况Ry1nm, 很难。
3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。
4) 刀刃无缺陷, 足够的强度, 耐崩刃性能。
5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低, 能得到极好的加工表面完整性。
单晶金刚石硬度极高。
自然界最硬的材料, 比硬质合金的硬度高5~6倍。
摩擦系数低。
除黑色金属外, 与其它物质的亲和力小。
能磨出极锋锐的刀刃。
最小刃口半径1~5nm。
耐磨性好。
比硬质合金高50~100倍。
导热性能好, 热膨胀系数小, 刀具热变形小。
因此, 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。
人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削, 但是价格仍然很昂贵。
金刚石刀具不适宜切黑色金属, 很脆, 要避免振动而且价格昂贵, 刃磨困难。
人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃, 切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm, 它只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。
精密和超精密加工技术
4、脆性材料精密磨削
? 脆性材料划擦变形模型
磨粒作用下的脆性裂纹
4、脆性材料精密磨削
? 脆性材料精密磨削机理
? 磨削脆性材料时，在一定工艺条件下，切屑形成与塑性材料相似，即通 过剪切形式被磨粒从基体上切除下来。
? 磨削后工件表面呈有规则纹理，无脆性断裂凹凸不平，也无裂纹。
? 脆性材料精密磨削工艺条件
? 磁流变研磨抛光的特点
? 利用磁场达到快速及可靠的控制。 ? 易于实现数控。 ? 抛光板能准确符合复杂的形状，因此能确保非球面及复杂的表
面的精密抛光。
4、磁流变研磨抛光技术 (MRF)
? 磁流变研磨抛光技术的应用
? 长宽比例大的光学部件及基片 (通讯仪器、硬盘、晶片等 ) ； ? 光学玻璃镜片； ? 单结晶 (钙氟化物，矽 )； ? 陶瓷(矽碳化物，钨碳化物 )。
游离磨 料加工
固结磨具
涂覆磨具 精密研磨 精密抛光
精密砂 轮磨削
油石研磨 精密珩磨
精密超 精加工
砂带磨削 砂带研磨
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，加工精度0.1μm， Ra0.025～0.008μm。
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。
? 组成要素 ：铸铁基砂轮：“ +”极 ；石墨电极：“ –”极；两电极间隙： 0.1mm
3、在线电解磨削技术
? ELID磨削的特点
? 磨削过程具有良好的稳定性； ? ELID 修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率； ? ELID 修整法使磨削过程具有良好的可控性； ? 采用 ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的 残留裂纹。
《精密超精密加工》PPT课件
◆ 机理、特点
金刚石超精密加工技术
➢ 切削在晶粒内进行； ➢ 切削力＞原子结合力（剪切应力达13000N/ mm2）；
➢ 刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受
➢ 高速切削（与传统精密切削相反），工件变形小，表层高温不会波及工件内 层，可获得高精度和好表面质量。
◆ 应用
➢ 用于铜、铝及其合金精密切削（切铁金属，由于亲合作用，产生“碳化磨 损”，影响刀具寿命和加工质量）； ➢ 加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnS和ZnSe等 ➢ 加工有机玻璃和各种塑料； ➢ 典型产品：光学反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、照像机塑 料镜片、树脂隐形眼镜镜片等。
精密与超精密加工技术
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。 床身和导轨：具有尺寸稳定性好、热膨胀系数小、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、花岗岩、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。
精密与超精密加工技术
3、磨削液的作用： 冷却作用、润滑作用、清洗作用等。一般选用乳化
液和离子型磨削液。 4、磨削加工一般安排在最后的终加工阶段。 5、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。 6、磨削力的影响因素：砂轮速度 、工件速度及进给 量 、砂轮的磨损 。
1）金刚石刀具超精密切削； 2）精密和镜面磨削； 3）精密研磨和抛光；
1.金刚石刀具超精密切削
超精密研磨与抛光
研磨速度
适当的研磨速度能够提高研磨 效率，同时也有助于控制表面 粗糙度。
研磨时间
研磨时间的长短会影响工件表 面的粗糙度和研磨效率，需要 根据实际情况进行调整。
03
抛光技术
抛光材料
抛光布
常用的抛光布材料包括棉布、细 帆布、化纤布等，具有良好的耐 磨性和柔软性，能够承受抛光过
程中的摩擦和压力。
抛光液
通过超精密研磨与抛光技术，可以加工出具有高精度、低 表面粗糙度的金属表面，提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳性能。该技术还可以用于加工金属材料的特殊 结构，如纳米级涂层、微纳颗粒等。
05
技术挑战与未来发展
技术挑战
01
02
03
04
加工精度要求高
超精密研磨与抛光需要达到纳 米级甚至更高级别的加工精度 ，对设备、工艺和材料的要求 极高。
研磨液
为了降低表面粗糙度和提高研磨效率，通常会使用 研磨液，如硅溶胶、氧化铝悬浮液等。
研磨垫
研磨垫是超精密研磨中常用的辅助工具，能够提供 均匀的研磨压力和稳定的研磨效果。
研磨机理与过程
80%
微观切削
研磨过程中，研磨砂纸上的磨粒 在压力作用下切入工件表面，通 过微观切削的方式去除材料。
100%
表面塑性流动
具体而言，超精密研磨与抛光技术可以对光学元件的表面进行纳 米级别的加工和修饰，使其表面达到原子级的光滑度，减少散射 和反射，提高光的透过率和成像质量。同时，该技术还可以加工 出具有特殊光学性能的元件，如非球面透镜、光波导等。
半导体材料
半导体材料是现代电子工业的基础，其质量和性能对电子器 件的性能和可靠性有着至关重要的影响。超精密研磨与抛光 技术是半导体材料加工的关键技术之一，主要用于加工硅片 、锗片、砷化镓等半导体材料。
精密和超精密加工技术
《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。
1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。
一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。
因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。
而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。
超精密切削的速度选择是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性所决定的，即选择振动最小的转速。
换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。
例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。
二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。
判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。
而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。
倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。
但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。
因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。
机械制造工艺学课件第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
➢ 精密、超精密磨削和磨料加工
超精密磨削和磨料加工是利用细粒度的磨粒和微 粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加工，可分为固 结磨料和游离磨料两大类加工方式。
固结磨料加工主要有：超精密砂轮磨削和超硬材 料微粉砂轮磨削、超精密砂带磨削、ELID 磨削、双 端面精密磨削以及电泳磨削等。
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
7.1 概述
现代制造业持续不断地致力于提高加工精度和加
工表面质量，主要目标是提高产品性能、质量和可靠性
，改善零件的互换性，提高装配效率。超精密加工技术
是精加工的重要手段，在提高机电产品的性能、质量和
发展高新技术方面都有着至关重要的作用，因此，该技
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
游离磨料类加工是指在加工时磨粒或微粉成游离状态，如研磨时的研磨 剂、抛光时的抛光液，其中的磨粒或微粉在加工时不是固结在一起的。 游离磨料加工的典型方法是超精密研磨与抛光加工。
① 超精密研磨技术
研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，使被加工表面
和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面
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第7章 精密、超精密及微细加工工艺
② 超精密砂带磨削技术 随着砂带制作质量的迅速提高，砂带上砂粒的等高性和 微刃性较好，并采用带有一定弹性的接触轮材料，使砂 带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用，从而可以达 到高精度和低表面粗糙度值。
砂带磨削机构示意图
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第7章 精密、超精密及微细加工工艺
③ ELID（电解在线修整）超精密镜面磨削技术
术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，
超精密研磨与抛光课件[行业荟萃]
![超精密研磨与抛光课件[行业荟萃]](https://img.taocdn.com/s3/m/54ed9e8c227916888486d7cf.png)
行业借鉴
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研磨特点
1. 不选择切削用量，只限定压强和加工时间。
2. 研磨是在良好的预加工基础上进行的，加工余量小。
3. 研磨过程中工件与研具的接触是随机的，可使高点相
互修整，逐步减少误差。
4. 降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显，生产率
行业借鉴
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超精密抛光加工机理和特点
➢ 用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转（或往复运 动）对工件进行微弱切削，从而降低工件表面粗糙度， 提高光亮度的一种精密加工方法。 ➢ 软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具有一定 弹性。抛光膏由磨料和油脂（油酸、硬脂酸、煤油、石 蜡）调制而成。 ➢ 抛光不能提高尺寸精度、形状精度和位置精度。
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双面研磨机
行业借鉴
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行业借鉴
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行业借鉴
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研磨加工设备
行业借鉴
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行业借鉴
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行业借鉴
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研磨（抛光）工具
✓ 研磨工具：磨损要小，容易修正精度。 ✓ 研具工作面的形状精度会反映到工件上，必须减
小因研具磨损和变形引起的精度下降。
行业借鉴
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抛光工具
行业借鉴
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研磨磨料
行业借鉴
✓ 利用磨料本身或研磨剂与工件之间的化学作用，对工
件进行研磨抛光。
✓ 在腐蚀液中研磨，是为了利用腐蚀液的腐蚀作用，提
高效率。
✓ 工件与研磨液或磨料进行化学反应，可促进研磨的进
行。
行业借鉴
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机理：机械+化学作用，称为“增压活化”。
活性 抛光液
工具运动方向 加压
精密和超精密加工技术课件
激光器
➢ 固体激光器
➢YAG (钇、铝和石榴石构成) 激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
墨最常用。
➢工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高 放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有 煤油、机油、去离子水、乳化液等。 ➢放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必 要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程 中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并 带动工具电极缓慢向工件进给。
电火花加工工作要素
➢高速而能量密集的电子束冲击到工件上，被冲 击点处形成瞬时高温(几分之一微秒时间内升 高至几千摄氏度)，工件表面局部熔化、气化 直至被蒸发去除。
电
子
电子束
束
加工的
喷丝头
加
异形孔
工
电子束加工曲面、穿孔
电子束加工特点及应用
➢ 电子束束径小(最小直径可达 0.01-0.05mm )，而其 长度可达束径几十倍，可加工微细深孔、窄缝。
➢可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 ➢被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺
寸精度可达0.01~0.05mm 。
➢加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变
形零件。
➢ 生产效率较低。采用超声复合加工(如超声车削，超声 磨削，超声电解加工，超声线切割等)可提高加工效率。
➢优点：无焊渣，不需去除工件氧化膜，可实现不同材料 之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。
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第2节 抛光
抛光加工：利用微细磨粒的机械作用和化学作用，在 软质抛光工具或化学加工液、电 / 磁场等辅助作用下， 为获得光滑或超光滑表面，减小或完全消除加工变质 层，从而获得高表面质量的加工方法。 抛光与研磨的区别： 磨料。抛光使用1µm以下的微细磨粒。研磨是采用微 米级磨粒。 研具材料的选择。抛光盘选用沥青、石蜡、合成树 脂和人造革、锡等软质金属或非金属材料制成，可根 据接触状态自动调整磨粒的切削深度、减缓较大磨粒 对加工表面引起的划痕损伤，提高表面质量。研磨采 用硬质研磨盘。
第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 二、研磨与抛光设备
工件保持架齿面与设备的内齿圈和太阳轮同时啮合， 2018/6/30 使工件得到均匀不重复的加工轨迹。
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2.硬脆材料的研磨
一部分磨粒由于研磨压力的作用，嵌入研磨盘表面， 用露出的尖端刻划工件表面进行微切削加工；另一部分 磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动，产生滚轧效果。 在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面的拉伸应力最 大部位产生微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并产生脆性 崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨 7.2 抛光 7.3 精密研磨与抛光的主要工艺因素 7.4 精密研磨抛光新技术 7.5 曲面研磨抛光技术
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第7章 精密研磨与抛光
在超精密加工中，超精密切削和超精密磨削的实
现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及相关 技术的支持，并受到加工原理及环境因素的影响和限 制，要实现更高精度的加工十分困难。 超精密研磨抛光具有独特的加工原理，对加工设 备和环境因素要求不高，可以实现纳米级甚至原子级 的加工，已经成为超精密加工技术中一个十分重要的 部分。 精密研磨与抛光加工涉及的材料：金属材料，硅 、砷化镓等半导体材料，蓝宝石、铌酸锂等光电子材 2018/6/30 料，压电材料，磁性材料，光学材料等。
研 磨 脆 硬 材 料 时 ， 要控制产生裂纹的大 小和均匀性。
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通 过 选 择 磨 粒 的 粒 度及控制粒度的均匀 性 ，可避免产生特别 大的加工缺陷。
3.金属材料的研磨
当金属表面用硬度计压头压入时，只在表面 产生塑性变形的压坑，不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。
研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态。磨粒是游离状态的，其与 工件仅是断续的研磨状态。 研磨表面不会产生裂纹。但研磨铝、铜等软 质材料时，磨粒会被压入工件材料内，影响 表面质量。
第1节 研磨
一、研磨加工的机理
研磨加工：利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒， 在硬质研磨盘作用下产生微切削和滚扎作用，实现被 加工表面的微量材料去除，使工件的形状、尺寸精度 达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层的 加工方法。 1.研磨时磨料的工作状态 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧效果； 2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对工件表 面进行刻划，实现微切削加工； 3）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。
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第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 一、工艺因素及其选择原则
精密研磨与抛光加工的主要工艺因素： 加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的 金属材料的加工条件不同； 研磨方式：单面研磨和双面研磨； 研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求 能容易修整精度； 研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损和弹性变形引 起精度下降； 研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材 料； 加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的 2018/6/30 效果。
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第1节 研磨 二、研磨加工特点
1.微量切削
由于众多磨粒参与研磨，单个磨粒所受载荷很小，控 制适当的加工载荷范围，可得到小于 1µ m的切削深度。
2.多刃多向切削 磨粒形状不一致，分布随机，有滑动、滚动，可实现 多方向切削。
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第1节 研磨 二、研磨加工特点
3.按进化原理成形
当研具与工件接触时，在非强制性研磨压力作用下，能自动 地选择局部凸出处进行加工，故仅切除两者凸出处的材料。 超精密研磨的加工精度与构成相对运动的机床运动精度几乎 无关。加工精度主要由工件与研具间的接触性质和压力特性， 以及相对运动轨迹的形态等因素决定。
获得理想加工表面要求：
1)研具与工件能相互修整； 2) 尽量使被加工表面上各点的加工痕迹与研磨盘的相对运动轨 迹不重复，以减小研具表面的几何形状误差对工件表面形状所 引起的“复印”现象，同时减小划痕深度，减小表面粗糙度。 3)在保证研具具有理想几何形状的前提下，采用浮动的研磨盒， 2018/6/30 可以保证加工质量。
第2节 抛光 二、研磨、抛光的加工变质层（接上页） 抛光加工后的加工变质层，由表层向里依 次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹应 力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个加 工变质层深度约为 3μm。并且加工表面越粗， 加工变质层深度越大。 在加工过程中的化学反应对材料去除和减少加 工变质层有利。
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第2节 抛光 一、抛光加工的机理
1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑，但是它仅利用极 少磨粒强制压入产生作用。 2）借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸 凹变平。
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第2节 抛光 二、研磨、抛光的加工变质层
不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表 面上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、 组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面 的力学性能、物理化学性能与母体材料不同，进而影 响制成元件的性能，因此在超精密研磨抛光中要求变 质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：非 晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶 结构，从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：极 薄的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹 性变形层和母体材料。金属材料研磨后的加工表面变 质层与硬脆材料类似。 2018/6/30