第三章 精密磨削和超精密磨削
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• 低速进给时无爬行,工作平稳
– 动力系统的设计(电机驱动:系统转动惯量, 加减速特性好;液压系统:排除管道内气体, 节流阀的合理选择)
– 导轨设计 – 润滑设计
减小振动
• 减少电机所产生的振动,电机转子进行 动平衡,电机与机床之间需加隔振垫。
• 砂轮的动平衡,目前有砂轮的动平衡装 置组件
• 机床本身的隔振措施
c)比较凹下和已经钝化的磨粒，既不切削也不刻划， 只能从工件表面滑擦而过，起摩擦抛光作用。
精密磨削机理
• 微刃的微切削作用
– 精细修整砂轮使磨粒微细破碎产生微刃， 微切削降低Ra
• 微刃的等高切削作用——微刃等高性好， 降低Ra
• 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
– 微刃由锐利刀半钝化、钝化，切削减弱， 滑挤、摩擦、抛光增强，降低Ra
• 普通磨料：180#~ 240# • 超硬磨料：170/200~ 325/400 • 磨料粒度越大，磨削时Ra越小，生产
率越低
结合剂及其选择
• 作用：将磨料粘接在一起,形成一定的 形状,并有一的强度
• 常用粘接剂:树脂,陶瓷,金属结合剂 • 对砂轮的影响:
– 结合强度 – 自锐性 – 化学稳定性 – 修整方法
第三章 精密磨削和超精 密磨削
本章内容
• 精密和超精密磨削概述 • 精密磨削 • 超硬磨料砂轮磨削 • 超精密磨削 • 精密和超精密砂带磨削
第一节 精密和超精密磨削概述
• 精密和超精密磨料加工方法分类 • 精密和超精密砂轮磨料磨具 • 精密和超精密涂覆磨具
磨具与磨削
1.磨具: 用结合剂或粘结剂将许多细微、坚硬和 形状不规则的磨料磨粒按一定要求粘结而成。
涂
覆
磨料
CBN
磨 刚碳人 天
玉化造 然
具
硅金 磨 刚料
分
石
类
粒度
植砂密度
疏密 型型
页卷带盘异 状状状状形
基体 布复纸硫无聚
合 代纺胺 基 纤布脂 体维纤
维 基体处理 非耐 耐水 水处 处理 理
粘结剂
干
水
磨
磨
用
用
动 合树 油
物
成 树脂
漆
胶脂
胶
涂覆磨具
• 涂覆磨粒及其粒度：与固接磨具相同 • 粘结剂
– 动物胶
• 普通磨料
– 碳化物： 碳化硼
碳化硅
– 刚玉
不同材料选择合适的磨料是十分重要的
超硬磨料和普通磨料的特点
• 超硬磨料
– 耐用度高 – 磨削精度高 – 本身磨损少,修整次数少 – 磨削温度低 – 内应力、裂纹和烧伤等缺陷少
• 普通磨料(用于普通磨削)
– 硬度较高 – 热稳定性较好 – 价格便宜
磨料粒度及选择
• 磨具的强度:磨具高速旋转时抗离心力作用而 自身破碎的能力
• 磨具形状和尺寸及其基体材料
– 磨料层、（过渡层、）基体组成 – 基体材料
• 金属结合剂：铁，铜合金 • 树脂结合剂：铝、铝合金、电木 • 陶瓷结合剂：陶瓷
精密和超精密涂覆磨具
• 分类 • 涂覆磨粒及其粒度 • 粘结剂 • 涂覆方法
涂覆磨具
第三节 超硬磨料砂轮磨削
应用金刚石砂轮和CBN砂轮加工 难加工，高硬度、高脆性材料
研 磨
抛 光
第一节 精密和超精密磨削概述
• 磨料及其选择 • 磨料粒度及选择 • 结合剂及其选择 • 组织和浓度的选择 • 硬度及其选择 • 磨具的强度 • 磨具形状和尺寸及其基体材料
磨料及其选择
• 超硬磨料
– 金刚石：天然
人造
• 硬度高，导热好，热膨胀系数小，与铁高温反 应
– 立方氮化硼：
• 硬度低于金刚石，耐热性、化学稳定性好；高 温下易与水反应
砂轮表面磨粒形状各异，排 列不规则，其间距和高低随 机分布。修正后的刚玉砂轮， 前角平均为－65°～－80° ， 磨削一段时间后增大到－ 85°，即磨削时是负前角切 削，且负前角远大于一般刀 具切削。
磨粒的切削过程
a)砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒，切入工 件较深且有切屑产生，起切削作用
b)突起高度较小和较钝的磨粒，只能在工件表面刻画 细微的沟痕，工件材料被挤向两旁而隆起，此时无 明显切屑产生，仅起刻划作用。
– 利用静电将砂粒吸附在涂胶基底上，静电作 用使砂粒尖端向上，切削性好，等高性好， 加工质量好，被广泛应用
静电植砂原理
磨粒 粘接剂
规格涂层 基带
静电植砂砂带结构
第二节 精密磨削
• 精密磨削机理 • 精密砂轮选择 • 精密磨削时的砂轮修整 • 精密磨床
磨削过程
砂轮表面上分布着为数甚多的磨粒，每个磨粒相当于多 刃铣刀的一个刀齿，因此磨削过程可以看作是众多刀齿 铣刀的一种超高速铣削。
• 粘结性好、价格便宜，但溶于水，稳定性不好。
– 树脂
• 粘结性好、价格较高，耐热、耐湿，有弹性， 易溶于有机溶液
– 高分子化合物——粘结性好、价格高，耐湿， 有弹性
涂覆磨具的涂覆方法
• 重力落砂法:
– 利用重力将砂粒均匀地喷洒在涂层上
• 涂覆法:
– 磨粒与粘结剂进行混合，涂覆在基上
• 静电植砂法
组织和浓度的选择
• 组织反映磨料、结合剂和气孔之间比例 关系
• 浓度影响磨削质量、效率和加工成本 • 考虑砂轮阻塞发热
– 高浓度：成型、沟槽、宽接触平面磨削 – 细粒度、中浓度：半精、精密磨削 – 细粒度、低浓度：精密和超精密磨削
磨具其他参数选择
• 硬度及其选择: 外力作用下，磨粒自磨料表面 脱落的难易程度
精密砂轮选择
• 原则：易产生和保持微刃及其等高性
精密磨削时的砂轮修整
• 修整方法
– 单颗粒金刚石修整 – 金刚石粉末烧结型修整器 – 金刚石超声波修整 – 金刚滚轮修整器(可通过CNC控制修整轨迹，
修整成型砂轮)
• 砂轮修整参数
– 修整导程：降低可减小Ra，但过低工件易 烧伤
– 修整深度：初修大，精修小 – 修整次数 – 光修次数
精密磨床
• 高几何精度 • 低速进给运动的稳定性 • 减小振动
高几何精度
• 主要为主轴回转精度（径向跳动<1µm， 轴向跳动<2~3µm ），导轨的直线度。
• 轴承形式：液体静压轴承、三瓦由膜轴 承、整体多油楔动压轴承、动静压组合 轴承、精密滚动轴承（转速不太高，如 NSK、FAG轴承等）
低速进给运动的稳定性
2.种类：砂轮、油石、砂纸、砂布、砂带、油剂 调制的研磨膏等。砂轮和油石称为固结磨具; 砂 纸、砂布、砂带称为涂覆磨具。
精密和超精密磨料加工方法分类
精密和超精密 磨料加工
固接磨料加工
游离磨料加工
固接磨具
涂覆磨具
精 油 精超 砂 砂
பைடு நூலகம்
密 砂 轮
石 研 磨
密精 珩加 磨工
带 磨 削
带 研 抛
磨
削
精
精
密
密
– 动力系统的设计(电机驱动:系统转动惯量, 加减速特性好;液压系统:排除管道内气体, 节流阀的合理选择)
– 导轨设计 – 润滑设计
减小振动
• 减少电机所产生的振动,电机转子进行 动平衡,电机与机床之间需加隔振垫。
• 砂轮的动平衡,目前有砂轮的动平衡装 置组件
• 机床本身的隔振措施
c)比较凹下和已经钝化的磨粒，既不切削也不刻划， 只能从工件表面滑擦而过，起摩擦抛光作用。
精密磨削机理
• 微刃的微切削作用
– 精细修整砂轮使磨粒微细破碎产生微刃， 微切削降低Ra
• 微刃的等高切削作用——微刃等高性好， 降低Ra
• 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
– 微刃由锐利刀半钝化、钝化，切削减弱， 滑挤、摩擦、抛光增强，降低Ra
• 普通磨料：180#~ 240# • 超硬磨料：170/200~ 325/400 • 磨料粒度越大，磨削时Ra越小，生产
率越低
结合剂及其选择
• 作用：将磨料粘接在一起,形成一定的 形状,并有一的强度
• 常用粘接剂:树脂,陶瓷,金属结合剂 • 对砂轮的影响:
– 结合强度 – 自锐性 – 化学稳定性 – 修整方法
第三章 精密磨削和超精 密磨削
本章内容
• 精密和超精密磨削概述 • 精密磨削 • 超硬磨料砂轮磨削 • 超精密磨削 • 精密和超精密砂带磨削
第一节 精密和超精密磨削概述
• 精密和超精密磨料加工方法分类 • 精密和超精密砂轮磨料磨具 • 精密和超精密涂覆磨具
磨具与磨削
1.磨具: 用结合剂或粘结剂将许多细微、坚硬和 形状不规则的磨料磨粒按一定要求粘结而成。
涂
覆
磨料
CBN
磨 刚碳人 天
玉化造 然
具
硅金 磨 刚料
分
石
类
粒度
植砂密度
疏密 型型
页卷带盘异 状状状状形
基体 布复纸硫无聚
合 代纺胺 基 纤布脂 体维纤
维 基体处理 非耐 耐水 水处 处理 理
粘结剂
干
水
磨
磨
用
用
动 合树 油
物
成 树脂
漆
胶脂
胶
涂覆磨具
• 涂覆磨粒及其粒度：与固接磨具相同 • 粘结剂
– 动物胶
• 普通磨料
– 碳化物： 碳化硼
碳化硅
– 刚玉
不同材料选择合适的磨料是十分重要的
超硬磨料和普通磨料的特点
• 超硬磨料
– 耐用度高 – 磨削精度高 – 本身磨损少,修整次数少 – 磨削温度低 – 内应力、裂纹和烧伤等缺陷少
• 普通磨料(用于普通磨削)
– 硬度较高 – 热稳定性较好 – 价格便宜
磨料粒度及选择
• 磨具的强度:磨具高速旋转时抗离心力作用而 自身破碎的能力
• 磨具形状和尺寸及其基体材料
– 磨料层、（过渡层、）基体组成 – 基体材料
• 金属结合剂：铁，铜合金 • 树脂结合剂：铝、铝合金、电木 • 陶瓷结合剂：陶瓷
精密和超精密涂覆磨具
• 分类 • 涂覆磨粒及其粒度 • 粘结剂 • 涂覆方法
涂覆磨具
第三节 超硬磨料砂轮磨削
应用金刚石砂轮和CBN砂轮加工 难加工，高硬度、高脆性材料
研 磨
抛 光
第一节 精密和超精密磨削概述
• 磨料及其选择 • 磨料粒度及选择 • 结合剂及其选择 • 组织和浓度的选择 • 硬度及其选择 • 磨具的强度 • 磨具形状和尺寸及其基体材料
磨料及其选择
• 超硬磨料
– 金刚石：天然
人造
• 硬度高，导热好，热膨胀系数小，与铁高温反 应
– 立方氮化硼：
• 硬度低于金刚石，耐热性、化学稳定性好；高 温下易与水反应
砂轮表面磨粒形状各异，排 列不规则，其间距和高低随 机分布。修正后的刚玉砂轮， 前角平均为－65°～－80° ， 磨削一段时间后增大到－ 85°，即磨削时是负前角切 削，且负前角远大于一般刀 具切削。
磨粒的切削过程
a)砂轮表面突起高度较大和较为锋利的磨粒，切入工 件较深且有切屑产生，起切削作用
b)突起高度较小和较钝的磨粒，只能在工件表面刻画 细微的沟痕，工件材料被挤向两旁而隆起，此时无 明显切屑产生，仅起刻划作用。
– 利用静电将砂粒吸附在涂胶基底上，静电作 用使砂粒尖端向上，切削性好，等高性好， 加工质量好，被广泛应用
静电植砂原理
磨粒 粘接剂
规格涂层 基带
静电植砂砂带结构
第二节 精密磨削
• 精密磨削机理 • 精密砂轮选择 • 精密磨削时的砂轮修整 • 精密磨床
磨削过程
砂轮表面上分布着为数甚多的磨粒，每个磨粒相当于多 刃铣刀的一个刀齿，因此磨削过程可以看作是众多刀齿 铣刀的一种超高速铣削。
• 粘结性好、价格便宜，但溶于水，稳定性不好。
– 树脂
• 粘结性好、价格较高，耐热、耐湿，有弹性， 易溶于有机溶液
– 高分子化合物——粘结性好、价格高，耐湿， 有弹性
涂覆磨具的涂覆方法
• 重力落砂法:
– 利用重力将砂粒均匀地喷洒在涂层上
• 涂覆法:
– 磨粒与粘结剂进行混合，涂覆在基上
• 静电植砂法
组织和浓度的选择
• 组织反映磨料、结合剂和气孔之间比例 关系
• 浓度影响磨削质量、效率和加工成本 • 考虑砂轮阻塞发热
– 高浓度：成型、沟槽、宽接触平面磨削 – 细粒度、中浓度：半精、精密磨削 – 细粒度、低浓度：精密和超精密磨削
磨具其他参数选择
• 硬度及其选择: 外力作用下，磨粒自磨料表面 脱落的难易程度
精密砂轮选择
• 原则：易产生和保持微刃及其等高性
精密磨削时的砂轮修整
• 修整方法
– 单颗粒金刚石修整 – 金刚石粉末烧结型修整器 – 金刚石超声波修整 – 金刚滚轮修整器(可通过CNC控制修整轨迹，
修整成型砂轮)
• 砂轮修整参数
– 修整导程：降低可减小Ra，但过低工件易 烧伤
– 修整深度：初修大，精修小 – 修整次数 – 光修次数
精密磨床
• 高几何精度 • 低速进给运动的稳定性 • 减小振动
高几何精度
• 主要为主轴回转精度（径向跳动<1µm， 轴向跳动<2~3µm ），导轨的直线度。
• 轴承形式：液体静压轴承、三瓦由膜轴 承、整体多油楔动压轴承、动静压组合 轴承、精密滚动轴承（转速不太高，如 NSK、FAG轴承等）
低速进给运动的稳定性
2.种类：砂轮、油石、砂纸、砂布、砂带、油剂 调制的研磨膏等。砂轮和油石称为固结磨具; 砂 纸、砂布、砂带称为涂覆磨具。
精密和超精密磨料加工方法分类
精密和超精密 磨料加工
固接磨料加工
游离磨料加工
固接磨具
涂覆磨具
精 油 精超 砂 砂
பைடு நூலகம்
密 砂 轮
石 研 磨
密精 珩加 磨工
带 磨 削
带 研 抛
磨
削
精
精
密
密