現(xiàn)代加工技術-磨粒加工技術

現(xiàn)代加工技術-磨粒加工技術第一頁，共243頁。第二頁，共243頁。3.1磨粒加工原理3.2高速磨削加工技術3.3緩進給磨削技術3.4精密和超精密磨削加工技術3.5研磨加工技術3.6拋光加工技術3.7其他磨削加工技術第三頁，共243頁。磨削加工是機械加工中常用的一種加工方法，主要用于精加工，有十分重要的地位。磨削加工可以使工件達到IT5～IT7級精度和Ra1.25～0.08m的表面粗糙度，高精度磨削可以獲得Ra<0.01m的表面粗糙度。本章在講述磨粒加工機理的基礎上，對先進的高速磨削、緩進給深切磨削、精密與超精密磨削、研磨、拋光等加工的關鍵技術和應用現(xiàn)狀進行介紹；同時，還比較系統(tǒng)地介紹幾種較有特色的磨削加工技術——珩磨、砂帶磨削和超聲波磨削加工。第四頁，共243頁。床身橫向進給手柄腳踏操作板尾座橫向進給機構(gòu)砂輪架內(nèi)圓磨具工作臺頭架萬能外圓磨床外觀圖第五頁，共243頁。3.1.1磨削加工特點及其分類一、磨削加工的特點磨粒加工（AbrasiveMachining），是指采用固結(jié)的硬質(zhì)磨粒工具或游離的硬質(zhì)磨粒對工件進行切除的加工方法。磨削加工是指用固結(jié)磨具進行加工的過程，常用的固結(jié)磨具有：砂輪、油石、砂布和砂帶等，其中砂輪應用最廣，狹義上的磨削加工專指砂輪磨削。第六頁，共243頁。具有如下特點：

（1）砂輪表面磨粒的分布及其刃口形狀均處于隨機狀態(tài)。（2）磨削速度很高，一般在30～50m/s，是車、銑速度的10～20倍。（3）磨粒的切削刃和前（后）刀面的形狀極不規(guī)則，會使工件表層材料經(jīng)受強烈擠壓變形。

rn圖3.1.1單顆磨粒的切削第七頁，共243頁。（4）普通磨粒在磨削力作用下，會產(chǎn)生開裂和脫落，會形成新的銳利刃，這稱為磨粒的自礪作用，對磨削加工是有利的。（5）磨削時單個磨粒的切削厚度可小到幾微米，故易于獲得較高加工精度和較小表面粗糙度值。（6）由于多數(shù)磨粒切削刃具有極大的負前角和較大的刃口半徑，使徑向磨削力Fy遠大于切向磨削力Fz，加劇工藝系統(tǒng)變形，造成實際磨削深度常小于名義磨削深度。第八頁，共243頁。外圓磨削內(nèi)圓磨削

工件回轉(zhuǎn)表面的磨削

工件平型表面的磨削

成形面磨削

用砂輪周邊磨削平面的方法，簡稱周邊平磨

用砂輪端面磨削平面的方法，簡稱端面平磨

按仿形法磨削成形表面

按切入法磨削成形表面

按展成法磨削成形表面

磨削加工

工件有支承的外圓磨削：分別有縱向進給的和切入進給的兩種工件無支承的外圓磨削：分別有縱向進給的和切入進給的兩種

工件有支承的外圓磨削：分別有縱向進給的和切入進給的兩種

工件無支承的內(nèi)圓磨削：分別有縱向進給的和切入進給的兩種

圖3.1.2磨削加工的分類第九頁，共243頁。圖3.1.3各式砂輪第十頁，共243頁。凡是用以進行磨削、研磨和拋光的工具統(tǒng)稱為磨具，大部分磨具均由磨料和結(jié)合劑制成；也有用天然礦石直接加工制成的。人造磨具是指用磨料為主要原料以人工方法制得的磨具，按其形狀和特征又可以分為固結(jié)磨具、涂附磨具和研磨劑三類。

圖3.1.4砂輪的結(jié)構(gòu)1－磨粒；2－結(jié)合劑；3－氣孔第十一頁，共243頁。一、磨料二、粒度三、結(jié)合劑四、硬度五、組織六、砂輪磨損和修整第十二頁，共243頁。磨料直接擔負著切削工作，應具有很高的硬度、耐熱性和一定的韌性，破碎時應能形成尖銳的棱角。目前生產(chǎn)中常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系三類。第十三頁，共243頁。磨料氧化物碳化物超硬磨料棕剛玉白剛玉絡剛玉黑色碳化硅綠色碳化硅碳化硼人造金剛石立方氮化硼磨削碳鋼、合金鋼、通用高速鋼磨削硬鑄鐵、硬質(zhì)合金、非鐵金屬磨削硬脆材料、硬質(zhì)合金、寶石、高溫合金圖3.1.5磨料分類第十四頁，共243頁。普通磨料根據(jù)使用要求，通常采用篩分法和水洗法制成各種粒度規(guī)格的磨粒和微粉。國家標準GB/T2481.1~2481.2-1998規(guī)定，磨料粒度按顆粒尺寸大小分為37個粒度號。粒度號F4～F220稱為粗磨粒，粒度號F230~F1200稱為微粉。同一粒度號的粒徑不會顆顆一致。各粒度號磨料顆粒被分成五個粒度群：最粗粒、粗粒、基本粒、混合粒和細粒。磨料粒度組成的檢查方法，按國家標準GB/T2481.1~2481.2-1998和GB/T9258.2~9258.3-2000執(zhí)行。

第十五頁，共243頁。結(jié)合劑的作用在于將磨料粘結(jié)起來，使砂輪具有一定的形狀和強度。砂輪常用結(jié)合劑有：陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑。

第十六頁，共243頁。砂輪硬度是指砂輪上的磨粒受力后自砂輪表面脫落的難易程度，也反映磨料與結(jié)合劑的粘結(jié)強度。砂輪硬度高，則表示磨粒難于脫落；砂輪軟，則反之。砂輪硬度與磨料硬度是兩個不同的概念，切不可混淆。

第十七頁，共243頁。砂輪的組織表示砂輪中磨料、結(jié)合劑、氣孔三者間的比例關系。根據(jù)磨料在砂輪總體積中所占比例，將砂輪組織劃分為緊密、中等、疏松三級：圖3.1.6砂輪的組織

(a)緊密(b)中等(c)疏松第十八頁，共243頁。1、砂輪磨損（1）磨粒損耗1）磨粒的鈍化2）磨粒的破碎3）磨粒的脫落（2）砂輪失效1）砂輪工作表面變鈍2）砂輪工作表面堵塞3）砂輪輪廓畸變

第十九頁，共243頁。2、砂輪耐用度及磨削比砂輪耐用度T是砂輪相鄰兩次修整間的磨削時間，也可以是磨削的工件個數(shù)。可以通過實驗建立T和各因素間的經(jīng)驗公式。

式中Gr為磨削比，Qw為工件去除率，Qs為砂輪磨損率。第二十頁，共243頁。3、砂輪修整技術當砂輪出現(xiàn)耗損時，要求重新修整砂輪，修整是整形和修銳的總稱。整形是使砂輪具有一定精度要求的幾何形狀；修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒突出結(jié)合劑一定高度（一般磨粒尺寸的1/3左右），形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。砂輪修整從本質(zhì)上講是對砂輪的加工，因此有很多方法都可以用于砂輪修整，如車削、磨削及電解等。

第二十一頁，共243頁。一、磨削運動磨削加工類型不同，運動形式和運動數(shù)目也就不同。外圓與平面磨削時，磨削運動包括主運動、徑向進給運動、軸向進給運動和工件旋轉(zhuǎn)或直線運動四種形式。(a)外圓磨削

(b)平面磨削

圖3.1.7磨削時的運動第二十二頁，共243頁。1、主運動砂輪回轉(zhuǎn)運動稱為主運動。主運動速度（即砂輪外圓的線速度），稱磨削速度，用vs表示：式中，ds為砂輪直徑mm；ns為砂輪轉(zhuǎn)速r/min。2、徑向進給運動砂輪切入工件的運動稱為徑向進給運動。

第二十三頁，共243頁。3、軸向進給運動工件相對于砂輪沿軸向的運動稱軸向進給運動。

4、工件圓周（或直線）進給運動外圓磨削時：平面磨削時：

式中，nw為工件轉(zhuǎn)速r/min；nt為工作臺往復運動頻率s-1；L為工作臺行程mm。第二十四頁，共243頁。圖3.1.8磨削主運動第二十五頁，共243頁。VWm

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s

或m/min圖3.1.9磨削切向進給運動第二十六頁，共243頁。famm/

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或mm/str圖3.1.10磨削軸向進給運動第二十七頁，共243頁。圖3.1.11磨削徑向進給量frmm第二十八頁，共243頁。砂輪表面上磨?？山频乜醋魇且话寻盐⑿〉你姷洱X，其幾何形狀和角度有很大差異。致使切削情況相差較大。因此必須研究單個磨粒的磨削過程。1、單個磨粒磨削過程（1）磨粒形狀(a)磨粒外形(b)典型磨粒斷面βrn圖3.1.12磨粒的形狀

第二十九頁，共243頁。圖3.1.13磨削的磨粒第三十頁，共243頁。第三十一頁，共243頁。（2）磨屑形成過程單個磨粒的磨削過程大致分為滑擦、刻劃和切削三個階段：圖3.1.14磨粒的切削過程

第三十二頁，共243頁。滑擦區(qū)耕犁區(qū)切削區(qū)第三十三頁，共243頁。2、單個磨粒切削厚度平面磨削單個磨粒最大切削厚度公式：

式中，acgmax為單個磨粒最大切削厚度mm；Ng為砂輪圓周上每毫米的磨粒數(shù)。acgmax對磨粒的工作負荷、磨削力、磨削溫度和加工質(zhì)量均有較大影響。當acgmax增大時，單位時間內(nèi)的金屬切除量將增多，即磨削效率提高，但將導致磨粒與砂輪過度磨損和加工表面質(zhì)量下降。

第三十四頁，共243頁。圖3.1.15磨削過程中的磨削力Fc：切向力；Fp：徑向力；Ff：軸向力3、磨削力第三十五頁，共243頁。磨削力和磨削功率的計算：磨削力Fp：磨削功率Pm：第三十六頁，共243頁。圖3.1.16磨削的三個階段t1：初磨階段；t2：穩(wěn)磨階段；t3：光磨階段4、磨削階段第三十七頁，共243頁。一、基本概念1、磨粒磨削點溫度磨粒磨削點溫度是磨粒切削刃與切屑接觸點的溫度，是磨削中溫度最高的部位，可達1000～1400℃，也是磨削熱的主要熱源。該溫度不但影響磨削表面質(zhì)量，且與磨粒的磨損和切屑熔化焊接現(xiàn)象有密切關系。2、砂輪磨削區(qū)溫度砂輪磨削區(qū)溫度是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度。它影響工件表面的燒傷、裂紋和加工硬化。一般情況下，沒有特別注明時的“磨削溫度”，就是指砂輪磨削區(qū)溫度，可用人工熱電偶或半人工熱電偶法測定。第三十八頁，共243頁。3、工件平均溫升工件平均溫升是磨削熱傳入工件而引起的溫升。它和工件的體積有關，一般不會太高；但可能會對工件的形狀和尺寸精度等產(chǎn)生很大影響。第三十九頁，共243頁。ww磨削時由于切削深度較小，接觸弧長也很小。所以可以將它視為帶狀熱源在半無限體表面上移動來考慮。這就是J.C.Jaeger解法的前提。圖3.1.8所示為干磨削的例子。（a）磨削區(qū)面熱源

（b）運動的面熱源坐標系統(tǒng)

圖3.1.17磨削區(qū)面熱源及坐標系統(tǒng)

第四十頁，共243頁。磨削接觸弧區(qū)AABB為帶狀熱源，其發(fā)熱強度為qm；其寬度w與砂輪直徑和磨削深度有關。熱源AABB可視為無數(shù)線熱源dxi的綜合，取某一線熱源dxi進行考察，其熱源強度為qmdxi，并沿X方向以速度vw移動。運動線熱源在半無限大導熱體中的溫度場可用下式計算：

式中，dθm為由dxi寬線熱源引起的y=0平面內(nèi)任意點m(x，z)處的溫升；Xm為m點在X坐標方向上離開線熱源的距離；Zm為m點在Z坐標方向上離開線熱源的距離；Vw為線熱源運動速度；k為導熱系數(shù)；a為導溫系數(shù)；K0為零階第二類變形貝塞爾函數(shù)。第四十一頁，共243頁。若令Zm=0，即工件表面的溫度分布可通過對上式積分求出：經(jīng)過變換后，可以得出：式中：第四十二頁，共243頁。由磨削熱引起的、在加工表層瞬間發(fā)生的氧化變色現(xiàn)象，稱磨削表面燒傷。不同材料燒傷敏感程度不同。材料含碳或合金量越高、導熱系數(shù)越小，越易燒傷。磨削燒傷會破壞工件表層組織，甚至產(chǎn)生裂紋，使加工表面質(zhì)量惡化，尤其對零部件的疲勞性能產(chǎn)生影響，應加以避免。目前研究控制磨削燒傷發(fā)生的最直接方法就是控制磨削溫度。

第四十三頁，共243頁。1、磨削燒傷磨削燒傷可根據(jù)外觀、表層顯微組織變化的性質(zhì)和深度進行區(qū)分。根據(jù)燒傷外觀的不同區(qū)分有：1）全面燒傷（零件的整個表面被燒傷）2）斑狀燒傷（表面上出現(xiàn)分散的燒傷斑點）3）線條狀燒傷（整個零件表面有線條形燒傷）據(jù)表層顯微組織變化的性質(zhì)區(qū)分有：1）回火燒傷2）淬火燒傷3）退火燒傷

第四十四頁，共243頁。2、控制磨削燒傷的措施在磨削加工中，產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削區(qū)的溫度過高，為降低磨削區(qū)溫度可從減少磨削熱的產(chǎn)生和加速磨削熱的傳出這兩條途徑入手。（1）合理選取磨削用量1）當磨削深度ap增大時，發(fā)熱量增大，會使工件表面溫度隨之升高，燒傷程度加大，故ap不能選得太大。2）當橫向進給量fa增大時，磨削區(qū)表面溫度反而降低，磨削燒傷減少。3）為了彌補因橫向進給量增大而導致表面粗糙度的增大，可采用較寬的砂輪。4）選擇較大Vw可減輕磨削表面的燒傷，同時又能提高生產(chǎn)率。

第四十五頁，共243頁。（2）正確選擇砂輪1）金剛石磨粒砂輪在磨削硬質(zhì)合金時，由于其磨粒的硬度和強度大，刀尖鋒利，改善了磨削條件，從而使磨削力及摩擦區(qū)溫度下降。另外，金剛石與金屬在無潤滑液情況下的摩擦系數(shù)極低，故不產(chǎn)生燒傷。2）CBN砂輪也應用廣泛，其熱穩(wěn)定性好，磨削溫度低，且本身硬度、強度僅次于金剛石，磨削力小，能磨出較高的表面質(zhì)量。3）采用有一定彈性的結(jié)合劑，如橡膠、樹脂等，也能改善砂輪磨削條件。第四十六頁，共243頁。（3）合理采用冷卻方式在磨削加工中，由于高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面產(chǎn)生強大氣流層，以致冷卻液難于進入磨削區(qū)，且大量傾注在已經(jīng)離開磨削區(qū)的加工表面上，這時燒傷早已產(chǎn)生。故合理采用冷卻方法很有必要，低溫壓縮空氣冷卻法是一種行之有效的冷卻方法。在換熱器中用液氮（-192℃）將壓縮空氣冷卻至（-10℃），再由噴嘴噴到磨削區(qū)上進行冷卻的。為防止溫度下降時，空氣中的水份在換熱器管道中結(jié)冰，必須使用空氣干燥器。這是一種取代傳統(tǒng)磨削液冷卻法的新技術。第四十七頁，共243頁。

主要內(nèi)容

1.高速磨削加工的定義2.高速磨削加工的磨削機理3.高速磨削加工的特點4.高速磨削加工的關鍵技術5.高速磨削加工的加工工藝6.高速磨削加工的應用3.2高速磨削加工技術第四十八頁，共243頁。1.高速磨削加工的定義高速磨削是通過提高砂輪線速度來達到提高磨削效率和磨削質(zhì)量的工藝方法。

分類：普通磨削V＜45m/s

高速磨削45m/s＜V＜150m/s

超高速磨削V＞150m/s3.2高速磨削加工技術第四十九頁，共243頁。隨著砂輪速度的大幅度提高，每個磨粒承受的磨削力大大減小，總磨削力也大大降低；高速磨削時，每個磨屑形成時間極短，工件表面的彈性變形層變淺，工件表面層硬化及殘余應力傾向減??；2.高速磨削加工的磨削機理3.2高速磨削加工技術第五十頁，共243頁。高速磨削時，磨粒在磨削區(qū)上的移動速度和工件的進給速度均大大加快，工件表面磨削溫度有所降低，因而能越過容易發(fā)生磨削燒傷的區(qū)域，極大的擴展了磨削參數(shù)的應用范圍。2.高速磨削加工的磨削機理3.2高速磨削加工技術第五十一頁，共243頁。2.高速磨削加工的磨削機理3.2高速磨削加工技術第五十二頁，共243頁。3.高速磨削加工的特點(1)生產(chǎn)效率高。由于單位時間內(nèi)作用的磨粒數(shù)增加，使材料磨除率成倍增加，比普通磨削可提高30%-100%；(2)砂輪使用壽命長。由于每顆磨粒的負荷減小，磨粒磨削時間相應延長，提高了砂輪使用壽命。磨削力一定時，200m/s磨削砂輪的壽命是80m/s磨削的兩倍；磨削效率一定時，200m/s磨削砂輪的壽命則是80m/s磨削的7.8倍。這非常有利于實現(xiàn)磨削自動化；(3)磨削表面粗糙度值低。超高速磨削單個磨粒的切削厚度變小，磨削劃痕淺，表面塑性隆起高度減小，表面粗糙度數(shù)值降低；同時由于超高速磨削材料的極高應變率，磨屑在絕熱剪切狀態(tài)下形成，材料去除機制發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此可實現(xiàn)對脆性和難加工材料的高性能加工；(4)磨削力和工件受力變形小，工件加工精度高。由于切削厚度小，法向磨削力Fn相應減小，從而有利于剛度較差工件加工精度的提高。在切深相同時，磨削速度250m/s磨削時的磨削力比磨削速度180m/s時磨削力降低近一倍；3.2高速磨削加工技術第五十三頁，共243頁。(5)磨削溫度低。超高速磨削中磨削熱傳入工件的比率減小，使工件表面磨削溫度降低，能越過容易發(fā)生熱損傷的區(qū)域，受力受熱變質(zhì)層減薄，具有更好的表面完整性。使用CBN砂輪200m/s超高速磨削鋼件的表面殘余應力層深度不足10微米。從而極大地擴展了磨削工藝參數(shù)地應用范圍.(6)充分利用和發(fā)揮了超硬磨料的高硬度和高耐磨性的優(yōu)異性能。電鍍和釬焊單層超硬磨料砂輪是超高速磨削首選的磨具，特別是高溫釬焊金屬結(jié)合劑砂輪，磨削力及溫度更低，是目前超高速磨削新型砂輪.(7)具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，并具有廣闊的綠色特性。高速超高速磨削加工能有效地縮短加工時間，提高勞動生產(chǎn)率，減少能源的消耗和噪聲的污染。因超高速磨削熱的70%被磨屑所帶走，所以加工表面的溫度相對低，所需磨削液的流量和壓力可相對減少，使冷卻液的需求量減少，能量需求減少，污染減少。3.高速磨削加工的特點第五十四頁，共243頁。4.高速磨削加工的關鍵技術

1.對砂輪的要求（1）機械強度必須能承受高速磨削時的切削力；（2）安全可靠性；（3）外觀鋒利；（4）結(jié)合劑必須具有較高的耐磨性。3.2高速磨削加工技術第五十五頁，共243頁。4.高速磨削加工的關鍵技術

2.對機床的要求（1）超高速主軸：足夠的剛度、回轉(zhuǎn)精度高、熱穩(wěn)定性好、可靠、功耗低、壽命長；（2）進給速度：需要很高的進給速度和運動加速度；（3）磨削液及其注入系統(tǒng)。3.2高速磨削加工技術第五十六頁，共243頁。4.高速磨削加工的關鍵技術

3.對防護裝置的要求（1）增加防護罩周圍部件和側(cè)面的壁厚，防護罩開口設計要小；（2）罩殼內(nèi)加一層吸能調(diào)料，防止碎塊飛出傷人。3.2高速磨削加工技術第五十七頁，共243頁。5.高速磨削加工的加工工藝

（1）磨削用量選擇

綜合考慮砂輪速度、工件表面質(zhì)量、磨削效率、加工條件、工件材料、砂輪材料、冷卻方式等。（2）磨削液的選擇具有完成潤滑、冷卻、清洗砂輪和傳送切屑的作用。（3）砂輪的修整3.2高速磨削加工技術第五十八頁，共243頁。6.高速磨削加工的應用1.高速深切磨削（1）砂輪高速度(100～250m/s)、高進給速度(0.5～10m/min)和大切深(0.1～30mm)；（2）一個磨削行程,可以完成過去由車、銑、磨等多個工序組成的粗精加工過程；（3）獲得遠高于普通磨削加工的金屬磨除率,表面質(zhì)量也可達到普通磨削的水平。3.2高速磨削加工技術第五十九頁，共243頁。3.2高速磨削加工技術第六十頁，共243頁。6.高速磨削加工的應用2.超高速精密磨削采用亞微米級以下的切深和潔凈的加工環(huán)境來獲得亞微米級以下的尺寸精度。用單晶金剛石砂輪加工D300硅片，硅片表面粗糙度達Ra<1nm、平面度<0.2μm/D300mm3.2高速磨削加工技術第六十一頁，共243頁。6.高速磨削加工的應用3.難磨材料的超高速磨削

難磨材料導熱系數(shù)低，工件表面易燒傷高溫強度高、硬度高，工件易變形韌性大、切屑易粘附，砂輪易堵塞加工硬化趨勢強，工件表面產(chǎn)生冷硬現(xiàn)象

由金剛石或CBN磨料制作的高速磨具，并且它們在加工材料適應方面的互補性，使由它們所構(gòu)成的磨具可加工范圍大為擴展，覆蓋了包括各種高硬、高脆、高強韌等幾乎全部難磨材料。3.2高速磨削加工技術第六十二頁，共243頁。緩進給磨削是繼高速磨削之后發(fā)展起來的一種高效加工方法，對成型表面的加工有顯著成效。高速磨削雖然提高磨削效率，但在高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)氣流會阻止磨削液進入磨削區(qū)，給磨削加工帶來很多困難。另外，對砂輪強度也提出了較高要求。為解決高速磨削的這些缺點，五十年代末國外便研究開發(fā)出緩進給磨削這一種新的高效加工方法。3.3緩進給磨削技術第六十三頁，共243頁。一、緩進給磨削工藝的產(chǎn)生早在五十年代，國外就有人研究如何提高磨削效率。在平面磨削中提高砂輪線速度和工作臺往復速度。但由于提高砂輪線速度需要高強度的砂輪，因此增加了砂輪制造的困難。五十年代末，在平面磨削中，探索出了一條新的磨削途徑，使砂輪的線速度保持常規(guī)磨削時的情況不變，而加大磨深量，工作臺緩速運動，一次進給，使砂輪象銑削那樣工作，而取得磨削的精度和光潔度，逐步形成了現(xiàn)在的大磨削深度、緩進給速度的緩進給磨削工藝。第六十四頁，共243頁。緩進給磨削（CreepFeedGrinding）以往國內(nèi)有很多種叫法，譬如強力磨削、重負荷磨削、蠕動磨削、銑磨等等，目前確切的名稱應該是緩進給深切磨削，通常簡稱緩磨。該項工藝的顯著特點是進給速度低，約是普通磨削的10-3～10-2倍，譬如在平面磨削時工件速度可以低到0.2mm/s，所以成為“緩”磨。但另一方面，其一次切深大，約是普通磨削的100～1000倍，譬如平磨時極限切深可以達到20～30mm。緩進給磨削加工效率一般可比普通磨削高出3～5倍，表面粗糙度Ra≤0.2～0.4m，型面精度≤2～5m，所以它是一種高效精密的加工方法。第六十五頁，共243頁。圖3.3.1深切緩進給磨削與普通磨削的比較第六十六頁，共243頁。圖3.3.2緩進給砂輪第六十七頁，共243頁。緩進給磨削砂輪與工件接觸弧較長，速度比大，單顆磨粒承受的磨削力小，隨磨削時間的延長，砂輪磨損不嚴重，砂輪地貌變化小，因而零件表面粗糙度變化緩慢，如下頁圖所示，其給出了緩進給磨削表面粗糙度與速度比q的關系。初磨狀態(tài)取決于砂輪的修整狀況，速比增大，粗糙度下降。第六十八頁，共243頁。圖3.3.9緩進給磨削表面粗糙度與速度比q的關系第六十九頁，共243頁。緩進給磨削加工有如下特點：（1）磨削深度大，砂輪與工件接觸弧較長，比一般往復磨削接觸弧長10～20倍，材料去除率高；由于磨削深度大，工件往復行程次數(shù)少，節(jié)省了工作臺換向及空磨時間，可以充分發(fā)揮機床和砂輪的潛力，提高生產(chǎn)率。但由于磨削深度大，接觸弧長，從而砂輪上同時參加磨削的磨粒就增多了，磨削力和磨削熱都比較大，磨屑也因接觸弧的增長而由粒狀變成絲狀。第七十頁，共243頁。（2）緩進給磨削是大切深、一次進給，特別是進給速度比較低，砂輪只是在低速情況下僅與工件接觸一次，因此砂輪邊角磨損比較小，型面不易損壞，砂輪型面保持性好。所以緩進給磨削適用于難加工材料的型面加工和溝槽加工，這是往復磨削和其它切削加工都難以實現(xiàn)的。（3）由于緩進給磨削切深大，砂輪與工件接觸弧長，同時工作磨粒多，每一個磨粒又都是一個切削刃，磨削接觸弧長，磨屑成絲狀，金屬在撕裂變形過程中產(chǎn)生很大的熱量，甚至可以將磨屑熔化形成焊珠并使零件表面燒傷。因此緩進給磨削應配強冷卻。第七十一頁，共243頁。（4）生產(chǎn)效率高，一般比普通磨削高3～5倍，粗、精磨可以在一道工序中完成。在機械制造工業(yè)中，一種普遍的傾向是采用精鑄和精鍛毛坯，以避免不必要的金屬切削操作程序，緩進給磨削正好適應了這種趨勢。（5）難加工的材料，如耐熱合金、不銹鋼、高速鋼等，不僅可以進行平面磨削，還可以進行成型磨削，從毛坯直接加工到成品尺寸，不需預加工，這是常規(guī)磨削做不到的。第七十二頁，共243頁。（6）磨削光潔度、精度高，表面質(zhì)量好。甚至于難加工的鑄造鎳基耐熱合金也可達到表面粗糙度Ra≤0.4μm，精度2～5μm。磨削后表面不易產(chǎn)生裂紋、振紋等缺陷，在加工多型面溝槽時，槽寬精度比較高是其獨特的優(yōu)越性。（7）由于接觸面積大，參加切削磨粒數(shù)多，總磨削力大，因此磨床需要的功率大。第七十三頁，共243頁。由于緩進給磨削的基本特點是大磨削深度、緩進給速度，因而使切屑形狀、力效應及加工表面完整性等方面均與普通磨削不同，緩進給磨削與普通往復式磨削的工藝參數(shù)比較如下頁圖示及表3.3.1所示。圖3.3.3緩進給磨削的燒傷第七十四頁，共243頁。一次加工3件lblals一次加工12件lblals25材料：W6Mo5Cr4V2Al66~68HRC1.25圖3.3.4被磨削零件圖3.3.6普通往復式磨削圖3.3.5深切緩進給磨削3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第七十五頁，共243頁。

磨削方式深切緩進給磨削普通往復式磨削如上頁圖3.3.4

如上頁圖3.3.5

如上頁圖3.3.6縱向進給速度vf/(mmmin-1)

粗磨:300

精磨:120015000切削距離ls/mm125575切入與超出距離(ls+lb)/mm60330工作臺移動距離L(=ls+ls+lb)/mm185905徑向進給量fr/mm

粗磨:3.4

精磨:0.6

粗磨:0.03

精磨:0.015每走刀一次切削時間/s

粗磨:37

精磨:103.6走刀次數(shù)

粗磨1

精磨1

粗磨120

精磨26每件切削時間/s1645砂輪修整總量/mm0.320.64表3.3.1連續(xù)修整緩進給磨削與其它磨削比較

3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第七十六頁，共243頁。圖3.3.7平面磨削單顆粒接觸工件時間與ap關系3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第七十七頁，共243頁。緩進給磨削在應用過程中發(fā)現(xiàn)工件似乎很容易發(fā)生燒傷，而且緩進給磨削燒傷還有它不同于普通磨削燒傷的特點，一是燒傷程度往往比較嚴重，有時甚至會把一個零件里外都燒透，燒得面目皆非；再就是緩進給磨削燒傷似乎很難控制，存在某種程度的突然性。正常緩進給磨削時溫度很低，但卻又容易發(fā)生燒傷，正是這種從表面看似乎很難給出合理解釋的矛盾現(xiàn)象，使得緩進給磨削工藝在它被推出以后的長達十多年的時間里無法在生產(chǎn)中得到推廣應用。緩進給磨削工藝沒有中途夭折應該歸功于英國布列斯托（Bristol）大學的一項杰出的研究。

3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第七十八頁，共243頁。大約在1973年前后，英國Bristol大學由C.Andrew教授領導的工藝實驗室接受羅爾斯?羅伊斯公司的委托承擔了一項需要對緩進給磨削工藝究竟能否在生產(chǎn)中推廣應用作出確切估計的研究任務。接受任務以后他們做了以下四項工作：1）通過嚴格的科學測定實驗確證了正常緩進給磨削時弧區(qū)工件表面的峰值溫度均未超過120℃；2）按照弧區(qū)有磨削液參與換熱的模型用有限元方法分析了正常緩進給磨削時工件表層溫度場，分析結(jié)果與實測溫度數(shù)據(jù)吻合良好；3）引進熱工領域有關沸騰換熱的理論，提出了緩進給磨削時弧區(qū)磨削液因發(fā)生成膜沸騰而導致工件突發(fā)燒傷的著名論斷；4）提出了一項緩進給磨削時砂輪的連續(xù)修整方案，通過控制磨削熱流密度進而控制緩磨燒傷。

3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第七十九頁，共243頁。右圖3.3.8為浸沒于池內(nèi)的被加熱鎳絲表面在常壓下的沸騰換熱曲線，縱坐標是鎳絲表面的熱流密度，橫坐標是鎳絲表面溫度，曲線斜率表示換熱系數(shù)。圖中與曲線峰點b對應的坐標值具有特殊的含義，被分別稱為臨界熱流密度qlim和臨界溫度lim。

0θlimqlimdcaθ/(℃)熱流密度

q/(Wmm-2)成膜溫度qabqc圖3.3.8沸騰換熱曲線3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第八十頁，共243頁。按照沸騰換熱理論，隨熱流密度的增加鎳絲表面可以依次出現(xiàn)三種不同的換熱狀態(tài)：（1）0<q≤qa，對流換熱階段，相當于曲線0a段。（2）qa<q<qlim，泡核沸騰階段，相當于曲線ab段。（3）q≥qlim，成膜沸騰階段，相當于圖上曲線的bcd段。3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第八十一頁，共243頁。因此，只要能使砂輪在緩進給磨削過程中始終保持相同的鋒利狀態(tài)，磨削熱流密度就可以維持不變，正常緩進給磨削條件就不會被破壞，緩進給磨削燒傷也就不會發(fā)生。而要使砂輪始終保持鋒利，對當時使用的普通磨料砂輪而言，在緩進給磨削過程中實施不間斷的連續(xù)修整方案自然應該是一種最簡單也是最直接的選擇。3.3.2緩進給磨削的燒傷機理第八十二頁，共243頁。一、緩進給磨削工藝由緩進給磨削機理可知，緩進給磨削時，雖然磨削溫度并不高，但磨削用量過大、磨削液澆注壓力及流量不足、沖洗壓力太低、砂輪選擇不當時，也會在接觸區(qū)發(fā)生不同程度的燒傷。因此，在進行緩進給磨削時，必須采取特殊的工藝方式，如連續(xù)修整、強化換熱、大氣孔砂輪等。第八十三頁，共243頁。1、連續(xù)修整所謂連續(xù)修整系指邊磨削邊將砂輪再成形和修銳的方法。采用連續(xù)修整方法時，金剛石修整滾輪始終與砂輪接觸。連續(xù)修整的優(yōu)點很多，例如：1）減去了剛好等于修整時間的磨削時間，提高了磨削效率；2）最長磨削長度不再取決于砂輪的磨損，而取決于磨床可利用的磨削長度；3）比磨削能降低，磨削力及磨削熱均降低，而且在磨削過程是穩(wěn)定的。

第八十四頁，共243頁。圖3.3.10砂輪連續(xù)修整原理第八十五頁，共243頁。drnrv1(t)=2vfrd+vfrv2(t)=vfrd+vfrys1yr1nwdw1ds1vfrns1fr圖3.3.11緩進給磨削砂輪連續(xù)修整的動態(tài)過程第八十六頁，共243頁。圖3.3.12連續(xù)修整砂輪的實驗效果磨削比能

u/(Jmm-3)30020010050100150400am=0.071μm/r常規(guī)緩磨am=0.14μm/ram

=0.29μm/r02000500比金屬切除量Z/(mm3mm-1)第八十七頁，共243頁。上頁圖3.3.12是關于連續(xù)修整效果的實驗結(jié)果。由圖可見，不加連續(xù)修整時與磨削熱流密度相對應的磨削比能隨磨削時間呈明顯增長態(tài)勢，施加連續(xù)修整但修整用量am較小時，增長態(tài)勢趨緩，情況有所改善，當選擇修整用量恰當時，參見圖中曲線，不僅磨削比能整體水平明顯下降，并且已不再隨磨削時間增長，表明緩進給磨削時的熱流密度已經(jīng)得到有效控制。能夠有效控制熱流密度的增長也就意味著能夠有效控制緩進給磨削燒傷的發(fā)生。第八十八頁，共243頁。2、強化換熱為減少表面燒傷，在進行緩進給磨削時應采用強化換熱，這包括兩方面的內(nèi)容：（1）冷卻液應以一定壓力和流量送入磨削區(qū)而起到強冷卻作用，將砂輪磨削長度上所產(chǎn)生的熱能迅速帶走而不傳入工件，同時沖掉附著在砂輪表面上的一部分絲狀磨屑。一般冷卻壓力為3個大氣壓。第八十九頁，共243頁。（2）冷卻液還用來沖洗砂輪表面，磨削后的砂輪表面上附著的切屑在磨削區(qū)被冷卻液帶走一部分，但是卷曲在磨粒空隙中的切屑不易帶走，當這些磨粒再參加磨削時，新的磨屑就容納不下了，切屑之間的擠壓變形也會產(chǎn)生更多的熱量使切屑熔成焊珠，同時燒傷工件表面。因此，在砂輪重復參加工作之前要用高壓冷卻液，通過一個縫隙噴嘴以較高的速度沖洗砂輪表面，再次強有力的清洗砂輪表面的切屑。一般沖洗壓力為8個大氣壓。第九十頁，共243頁。3、大氣孔砂輪在緩進給磨削中常采用大氣孔砂輪，由于砂輪中有許多大氣孔的存在，大氣孔周邊有效磨刃容屑槽的擴大，致使它的有效磨刃比普通砂輪的有效磨刃更為鋒銳，在磨削工件時，能切下較厚的磨屑。在同等試驗條件下，大氣孔砂輪磨削和普通砂輪在磨削區(qū)接觸弧長相等，在橫向斷續(xù)進給相同情況下，大氣孔砂輪與工件的接觸面積比普通砂輪小，導致砂輪與工件總摩擦力較小，由于上述兩個原因，大氣孔砂輪磨削比普通砂輪磨削力小，消耗功率也小，磨削效率較高。第九十一頁，共243頁。緩進給磨削適用于加工各種型面和溝槽，特別是能有效地磨削難切削材料的各種型面，其主要的應用場合如下：（1）緩進給磨削的加工效率和銑、拉、刨、車等常規(guī)加工方式一樣，但公差范圍更小，幾乎不出現(xiàn)毛刺，可取代上述加工方式。（2）可用于陶瓷、金屬陶瓷復合材料、晶須加強材料以及高溫超級合金之類的新一代材料的磨削加工（3）可直接加工淬硬后的材料，并將常規(guī)的粗加工與精磨合成一次加工，能有效地避免熱變形造成的麻煩。

第九十二頁，共243頁。（4）用于加工纖維增強型復合材料或纖維增強型金屬材料，可避免銑削、拉削或車削加工容易造成的纖維撕裂，并由此造成表面光潔度降低等不良后果。（5）加工鈦、鎂類活性合金材料。緩進給磨削產(chǎn)生的熱量是從工件向磨屑中散發(fā)，在加工熱敏性或活性材料時不會出現(xiàn)循環(huán)磨削或銑削時易導致的表面熱磨損現(xiàn)象。（6）超硬、脆硬材料的加工。脆硬材料在航天、航空、光學、電子等領域應用非常廣泛。

第九十三頁，共243頁。（7）高硬度的鑄鐵、淬硬鋼以及鐵基、鎳基、鈷基高溫合金材料和其它難加工材料的加工。（8）精細部件的加工。緩進給磨削不會出現(xiàn)不連續(xù)的齒狀或道狀磨痕，可避免常規(guī)加工方法經(jīng)常出現(xiàn)的變形。（9）高精度空間曲面和窄深槽的加工。

第九十四頁，共243頁。圖3.4.1精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）3.4精密和超精密磨削加工技術第九十五頁，共243頁。表3.4.1精密與超精密加工分類3.4精密和超精密磨削加工技術第九十六頁，共243頁。圖3.4.2精密和超精密磨削鏡面磨削形成的零散刻痕3.4精密和超精密磨削加工技術第九十七頁，共243頁。精密磨削是指在精密磨床上，選擇細粒度砂輪，并通過對砂輪的精細修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，使被磨削表面所留下的磨削痕跡極其微細、殘留高度極小，再加上無火花磨削階段的作用，獲得加工精度為1～0.1m和表面粗糙度Ra為0.2～0.025m的表面磨削方法。第九十八頁，共243頁。精密磨削加工是目前對鋼鐵等黑色金屬和半導體等脆硬材料進行精密加工的主要方法之一，精密磨削又分為普通磨料砂輪和超硬磨料砂輪精密磨削兩大類，前者通常是指用普通磨料砂輪在普通工作環(huán)境下進行的精密磨削，一般用于機床主軸、軸承、液壓滑閥、滾動導軌、量規(guī)等精密元件的加工，為論述方便，簡稱精密磨削。第九十九頁，共243頁。圖3.4.3精密磨削加工及其成品零件第一百頁，共243頁。1、精密磨削機理精密磨削主要是靠砂輪具有的微刃性和等高性磨粒來實現(xiàn)的。精密磨削機理如下：（1）微刃的微切削作用（2）微刃的等高切削作用（3）微刃的滑擦、擠壓、拋光作用（4）彈性變形的作用第一百零一頁，共243頁。(a)砂輪(b)磨粒

(c)微刃(銳利、半鈍化、鈍化)圖3.4.4磨粒具有微刃性和等高性

第一百零二頁，共243頁。2、精密磨削砂輪及砂輪的修整砂輪的修整方法是影響精密磨削的主要因素之一。（1）精密磨削砂輪1）砂輪磨料2）砂輪粒度3）砂輪結(jié)合劑第一百零三頁，共243頁。（2）精密磨削中的砂輪修整砂輪經(jīng)過一定時間的磨削后會產(chǎn)生磨損，砂輪表面會有部分磨粒突出表面，如繼續(xù)使用就會在工件表面形成劃痕，嚴重影響工件的表面質(zhì)量，所以需要對砂輪進行修整；另外，磨削過程中產(chǎn)生的磨屑會堵塞砂輪，使微刃失去切削作用，這時也需要對砂輪進行修整。金剛石筆修整技術金剛石滾輪修整技術第一百零四頁，共243頁。70~80°(a)金剛石筆修整器(b)修整器與砂輪的相對位置圖3.4.5金剛石筆修整砂輪第一百零五頁，共243頁。3、磨削用量（1）砂輪速度

砂輪速度一般在15～30m/s之間。當砂輪速度進一步提高時，其切削作用增強，摩擦拋光作用減弱，對表面粗糙度不利。同時，砂輪速度高時磨削熱會增加，機床易產(chǎn)生振動，可能使被加工表面產(chǎn)生燒傷、波紋、螺旋形等缺陷，因此砂輪速度較低一些好。第一百零六頁，共243頁。（2）工件速度

工件速度一般為6～12m/min。當工件速度較高時，易產(chǎn)生振動，工件表面可能有波紋，工件速度較低時，工件表面易產(chǎn)生燒傷和螺旋形磨痕等缺陷。砂輪速度與工件速度的比值與被加工材料有關，在120～150之間選取。第一百零七頁，共243頁。（3）工件縱向進給量

工件縱向進給量一般取0.06～0.5mm/r。由于砂輪經(jīng)過精細修整，其切削能力有所減弱。因此，工件縱向進給量不宜過大，否則會使工件表面粗糙度值增大，產(chǎn)生燒傷、螺旋形以及多角形磨痕等缺陷。第一百零八頁，共243頁。（4）磨削深度

由于砂輪經(jīng)過精細修整有微刃性，因此磨削深度不能超過微刃高度，一般取0.6～2.5μm/str。（5）走刀次數(shù)

由于磨削余量一般為2～5μm，故走刀次數(shù)一般為2～3個單行程。第一百零九頁，共243頁。超硬磨料砂輪指金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪，它主要應用于加工硬質(zhì)合金、高硬度合金鋼、陶瓷、玻璃、半導體材料及石材等高硬度、高脆性材料。第一百一十頁，共243頁。1、超硬磨料砂輪磨削的主要特點為：（1）可用來加工各種高硬度、高脆性金屬和非金屬材料。（2）磨削能力強，耐磨性好，耐用度高。（3）磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好。（4）磨削效率高。（5）加工成本低。第一百一十一頁，共243頁。2、超硬磨料砂輪磨削工藝（1）磨削用量的選擇1）磨削速度2）磨削深度3）工件速度4）縱向進給速度第一百一十二頁，共243頁。（2）磨削液

磨削液對超硬磨料砂輪的壽命和磨削表面加工質(zhì)量影響很大，如樹脂結(jié)合劑超硬磨料砂輪濕磨可比干磨提高砂輪壽命40%左右，因此一般多采用濕磨。由于超硬磨料組織緊密、氣孔少、磨削過程中易被堵塞，故要求磨削液有良好的潤滑性、冷卻性、清洗性和滲透性。金剛石砂輪磨削時常用以輕質(zhì)礦物油為主體的油性液和水溶性液（乳化液、無機鹽水溶液）為磨削液。樹脂結(jié)合劑砂輪不宜使用蘇打水。立方氮化硼砂輪磨削時一般采用油性液為磨削液，而不用水溶性液。

第一百一十三頁，共243頁。3、超硬磨料砂輪修整修整是超硬磨料砂輪在應用中的一個非常重要的技術難題，修整質(zhì)量對被加工工件的質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有著決定性的影響。超硬磨料砂輪修整一般將整形和修銳分開，整形方法主要有車削法和磨削法；修銳方法主要有滾壓擠軋法、噴射法、電加工法及超聲波振動修整法等。第一百一十四頁，共243頁。砂帶磨削是一種新的高效磨削方法，能得到高的加工精度和表面質(zhì)量，具有廣泛的應用前景和應用范圍，可以補充或部分代替砂輪磨削。精密砂帶磨削加工時多采用細粒度微粉，基底材料為厚度0.06～0.12mm的聚酯膜或復合材料膜，在加工機理上與普通砂帶磨削沒有什么不同，只是各個作用的比例可能有所變化，與接觸輪的外緣狀態(tài)關系密切。第一百一十五頁，共243頁。圖3.4.6砂帶磨削示意圖接觸輪硬磁盤——裝在主軸真空吸盤上V砂帶砂帶輪卷帶輪F-徑向進給f-徑向振動第一百一十六頁，共243頁。1、砂帶磨削方式砂帶磨削從總體上可以分為：閉式砂帶磨削：可用于粗磨、半精磨和精磨開式砂帶磨削：多用于精密和超精密磨削中第一百一十七頁，共243頁。圖3.4.7幾種砂帶磨削形式第一百一十八頁，共243頁。2、精密砂帶磨削工藝根據(jù)被加工材料精度和表面粗糙度的要求來選擇砂帶。因為砂帶是一次性使用，所以砂帶磨削一般來說沒有修整問題，在精密砂帶磨削時，為了保證加工質(zhì)量，新砂帶使用前，可進行預處理，其目的是改善磨粒的等高性，避免凸出的磨粒劃傷工件表面，使砂帶一開始就進入正常磨損的最佳階段，這對提高加工表面質(zhì)量十分有效。第一百一十九頁，共243頁。磨削參數(shù)閉式磨削開式磨削粗磨精磨砂帶速度/(ms-1)12～3025～30速度很低工件速度/(mmin-1)20～3020以下10～12縱向進給量/(mmr-1)0.17～3.000.40～2.00——磨削深度(mm)0.05～0.0100.01～0.05——接觸壓力(N)接觸壓力直接影響磨削效率和砂帶壽命，可根據(jù)工件材料、砂帶、磨削余量和表面粗糙度的要求來選擇，有時很難控制，一般選取50～300N。表3.4.2砂帶磨削用量第一百二十頁，共243頁。圖3.4.8用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）第一百二十一頁，共243頁。超精密磨削是指加工精度達到0.1m以下、表面粗糙度低于Ra0.025m的砂輪磨削方法，是一種亞微米級的加工方法，并正向納米級發(fā)展，適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。近年來，超精密磨削的發(fā)展很快，出現(xiàn)了一些與超精密磨削有關的磨削加工，如鏡面磨削、微細磨削、高速磨削等。鏡面磨削是指加工精度達到Ra0.02～0.01μm、表面光澤如鏡的磨削方法，其屬于超精密磨削范疇。第一百二十二頁，共243頁。超精密磨削機理可用單顆粒磨削加工予以說明。單顆粒磨削的切入模型如下頁圖3.2.4所示，設磨粒以速度v、切入角α切入平面狀工件。理想磨削軌跡從接觸始點至接觸終點，以兩個接觸點為邊界。由于磨削系統(tǒng)所具有的彈性，實際磨削軌跡與理想軌跡產(chǎn)生偏離，磨削軌跡變短，磨削深度減小。

第一百二十三頁，共243頁。v=27m/s6420-2-4-604681012彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)工件切入角α實際磨削軌跡理想磨削軌跡彈性區(qū)塑性區(qū)切削區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)接觸終點2α=6.8°切入角/（）接觸長度/mm圖3.4.9超精密磨削的單顆磨粒切入模型第一百二十四頁，共243頁。上述模型說明：（1）磨?？梢钥醋骶哂袕椥灾С械暮痛筘撉敖乔邢魅械膹椥泽w，彈性支承為結(jié)合劑，磨粒雖有相當硬度，本身受力變形極小，實際上仍屬于彈性體。（2）磨粒切削刃的切入深度由零開始逐漸增加，到達最大值后又逐漸減小到零。（3）整個磨粒與工件的接觸過程依次為彈性區(qū)、塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)。（4）超精密磨削中，微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用依切削條件的變化而順序出現(xiàn)。第一百二十五頁，共243頁。磨削狀態(tài)與磨削系統(tǒng)剛度密切相關：首先是磨削系統(tǒng)整個部分都產(chǎn)生彈性變形，出現(xiàn)所謂“讓刀”現(xiàn)象；磨削切入量（磨削深度）與理論磨削量相等，磨削系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；最后磨削系統(tǒng)彈性變形逐漸恢復，處于無切深磨削狀態(tài)（無火花磨削狀態(tài)）。超精密磨削中應極力控制彈性讓刀量，即要求磨削系統(tǒng)剛度高，砂輪保持高鋒利度等。第一百二十六頁，共243頁。1、超精密磨削的特點（1）超精密磨削是一個系統(tǒng)工程（2）超硬磨料砂輪是超精密磨削的主要工具（3）超精密磨削是一種超微量切除加工

第一百二十七頁，共243頁。2、超精密磨削的應用（1）磨削鋼鐵及其合金等金屬材料特別是經(jīng)過淬火等處理的淬硬鋼。（2）可用于磨削非金屬的硬脆材料例如陶瓷、玻璃、石英、半導體材料、石材等。（3）目前主要有外圓磨床、平面磨床、內(nèi)圓磨床、坐標磨床等超精密磨床，用于超精磨削外圓、平面、孔和孔系。（4）超精密磨削和超精密游離磨料加工是相輔相成的。第一百二十八頁，共243頁。（1）高精度

（2）高剛度

（3）穩(wěn)定性

（4）微量進給裝置

（5）計算機數(shù)控

（6）有良好過濾的磨削液（7）超穩(wěn)定加工環(huán)境條件和超凈化空間

（8）防振系統(tǒng)第一百二十九頁，共243頁。超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、砂輪的動平衡、磨削液等問題與精密磨削和超硬磨料砂輪磨削有關問題類同。超精密磨削的磨削用量如下：砂輪線速度：1860m/min；工件線速度：4～10m/min；工作臺進給速度：50～100mm/min；磨削深度：0.5～1μm；磨削橫向進給次數(shù)：2～4次；無火花磨削次數(shù)：3～5次；磨削余量：2～5μm

第一百三十頁，共243頁。

為防止工件的溫升，應采取下列措施：1）大量使用冷卻能力強的冷卻液；2）盡量使用大粒度砂輪；3）降低砂輪速度；4）減小磨削深度；5）增大進給量；6）及時修整表面變鈍、氣孔被堵塞的砂輪。以上條件的選擇與精度的提高會產(chǎn)生矛盾，在磨削加工時必須謹慎。第一百三十一頁，共243頁。研磨：將研磨工具（研具）表面嵌入磨料或涂敷磨料并添加潤滑劑，在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸并做相對運動，通過磨料作用，從工件表面切去一層極薄的切屑，使工件具有精確的尺寸、準確的幾何形狀和很高的表面粗糙度的精密加工方法。研磨的實質(zhì)：用游離的磨粒通過研具對工件表面包括物理和化學綜合作用的微量切除，其速度很低，壓力很小。3.5研磨加工技術第一百三十二頁，共243頁。第一百三十三頁，共243頁。第一百三十四頁，共243頁。第一百三十五頁，共243頁。1、純切削說

該觀點解釋不了用軟磨料加工硬材料。2、塑性變形說

用軟基體拋光硬材料，很難解釋為塑性變形。研磨前后有質(zhì)量變化，說明不是簡單的壓平過程。3、化學作用說

顯微分析表明，經(jīng)研磨的表層有微米程度的破壞層，說明研磨過程對表面層有切削作用。第一百三十六頁，共243頁。事實上，研磨是磨粒對工件表面的切削、活性物質(zhì)的化學作用及工件表面擠壓變形等綜合作用的結(jié)果。第一百三十七頁，共243頁。1.按操作方法不同：手工研磨、半機械研磨、機械研磨2.按研磨劑使用的條件：濕研、干研、半干研3、按加工表面的形狀特點：平面、外圓、內(nèi)孔、球面、螺紋、成形表面和嚙合表面輪廓研磨

第一百三十八頁，共243頁。1）手工研磨主要靠操作者采用輔助工具進行研磨拋光。加工質(zhì)量主要依賴操作者的技藝水平，勞動強度比較大，效率比較低。如模具成形零件上的局部窄縫、狹槽、深孔、盲孔和死角等部位，仍然以手工研磨為主。

2）半機械研磨工件和研具之一采用簡單的機械運動，另一件采用手工操作。加工質(zhì)量與操作者技能有關。主要用于工件內(nèi)、外圓柱面，平面及圓錐面的研磨。3）機械研磨工件、研具的運動均采用機械運動。主要依靠機械進行研磨拋光，如擠壓研磨拋光、電化學研磨拋光等等。機械研磨拋光質(zhì)量不依賴操作者的個人技藝，工作效率比較高。但只能適用于表面形狀不太復雜的零件研磨。手工研磨、半機械研磨和機械研磨第一百三十九頁，共243頁。

1）濕研磨研磨過程中將研磨劑涂抹于研具表面，磨料在研具和工件間隨即地滾動或滑動，形成對工件表面的切削作用。加工效率較高，但加工表面的幾何形狀和尺寸精度及光澤度不如干研磨，多用于粗研和半精研平面與內(nèi)外圓柱面。2）半干研磨采用糊狀研磨膏，類似濕研磨。研磨時，根據(jù)工件加工精度和表面粗糙度的要求，適時地涂敷研磨膏。各類工件的粗、精研磨均適用

第一百四十頁，共243頁。3）干研磨在研磨之前，先將磨粒均勻地壓嵌入研具工作表面一定深度，稱為嵌砂。研磨過程中，磨粒在研磨過程中基本固定在研具上，研具與工件保持一定的壓力，并按一定的軌跡做相對運動，實現(xiàn)微切削作用，從而獲得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。一般用于精研平面，生產(chǎn)效率不高。第一百四十一頁，共243頁。1)減少表面粗糙度

一般情況，經(jīng)過研磨加工后的表面粗糙度為Ra0.8～0.05μm，最小可達到Ra0.006μm。2)能達到精確的尺寸通過研磨后的工件，尺寸精度可以達到0.001mm～0.005mm。3)提高零件幾何形狀的準確性工件在一般機械加工方法中產(chǎn)生的形狀誤差，可以通過研磨的方法來校正。4)延長工件使用壽命

由于經(jīng)過研磨后的工件，表面粗糙度值很小，形狀準確，所以工件的耐蝕性、抗腐蝕能力和抗疲勞強度也相應得到提高，從而延長了零件的使用壽命。

第一百四十二頁，共243頁。1．研磨質(zhì)量的影響因素（1）研具

研具是研磨加工中保證被研零件幾何精度的重要因素，因此對研具的材料、精度和粗糙度都有較高的要求。1）研具材料研具的組織結(jié)構(gòu)應細密均勻，要有很高的穩(wěn)定性和耐磨性，具有較好的嵌存磨料的性能，工作面的硬度應比工件表面硬度稍軟。常用的研具材料有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、軟鋼、銅。第一百四十三頁，共243頁。2）研具的類型生產(chǎn)中需要研磨的工件是多種多樣的，不同形狀的工件應用不同類型的研具。常用的研具有以下幾種：

A、研磨平板如圖所示。

B、研磨環(huán)如圖所示。C、研磨棒如圖所示。（2）研磨劑研磨劑是由磨料和研磨液調(diào)和而成的混合劑。1）磨料

磨料在研磨中起切削作用，研磨工作的效率、精度、表面粗糙度及研磨成本，都與磨料有密切的關系。常用的磨料有氧化物磨料、碳化物磨料、金剛石磨料。第一百四十四頁，共243頁。2）研磨液研磨液在研磨中起調(diào)和磨料、冷卻和潤滑的作用。常用的研磨液有煤油、汽油、10號和20號機油、工業(yè)用甘油、透平油及熟豬油等。第一百四十五頁，共243頁。(a)光滑平板(b)有槽子板研磨平板第一百四十六頁，共243頁。1-開口調(diào)節(jié)圈；2一外圈；3一調(diào)節(jié)螺釘?shù)谝话偎氖唔?，?43頁。(a)光滑研磨棒(b)帶槽研磨棒(c)可調(diào)式研磨棒第一百四十八頁，共243頁。2．研磨工藝參數(shù)（1）研磨壓力不能太大也不能太小，必須在合理的數(shù)值范圍內(nèi)。表3.5（2）研磨速度一般在10-15m/min之間，不能超過30m/min（3）研磨時間1-3min（4）研磨運動軌跡：直線、正弦曲線等

第一百四十九頁，共243頁。研磨分手工研磨和半機械研磨、機械研磨兩種。手工研磨時，要使工件表面各處都受到均勻的切削，應合理選擇運動軌跡，這對提高研磨效率、工件表面質(zhì)量和研具的耐用度都有直接的影響。1)手工研磨運動軌跡的形式手工研磨的運動軌跡，一般采用直線、擺線、螺旋線和8字形或仿8字形等幾種（如圖）。第一百五十頁，共243頁。(a)直線(b)直線擺動(c)螺旋形(d)8字形第一百五十一頁，共243頁。手工研磨運動軌跡的形式

1、直線研磨運動軌跡2、擺動式直線研磨運動軌跡

第一百五十二頁，共243頁。4、8字形或仿8字形研磨運動軌跡第一百五十三頁，共243頁。2)研磨的應用(1)一般平面的研磨平面的研磨一般是在平面非常平整的平板上進行的，平板分有槽的和光滑的兩種。粗研時可在有槽的平板上進行，有槽平板能保證工件在研磨時整個平面內(nèi)有足夠研磨劑。這樣，粗研時就不會使表面磨成凸弧面。精研時，則應在光滑的平板上進行，工件在研磨平板上作8字形運動，研磨出平面。第一百五十四頁，共243頁。第一百五十五頁，共243頁。C形夾研磨。金屬塊作導靠第一百五十六頁，共243頁。（2）狹窄平面的研磨

在研磨狹窄平面時，應采用直線研磨的運動軌跡，保證工件的垂直度，可用金屬塊作導靠，金屬塊的工作面與側(cè)面應具有良好的垂直度，使金屬塊和工件緊緊地靠在一起，并跟工件一起研磨。多個工件課可用C形夾。

（3）圓柱面的研磨圓柱面的研磨一般都采用手工與機床互相配合的方式進行研磨。①研磨外圓柱面研磨外圓柱面一般是在車床或鉆床上用研磨環(huán)對工件進行研磨。研磨環(huán)的內(nèi)徑應比工件的外徑略大0.025mm～0.05mm，研磨環(huán)的長度一般為其孔徑的l～2倍。第一百五十七頁，共243頁。第一百五十八頁，共243頁。②內(nèi)圓柱面的研磨內(nèi)圓柱面與外圓柱面的研磨恰恰相反，是將工件套在研磨棒上進行。研磨棒的外徑應比工件內(nèi)徑小0.Olmm～0.025mm，研磨棒工作部分的長度應大于工件長度，但不宜太長，否則會影響工件的研磨精度。一般情況下，是工件長度的1.5～2倍。

（4)圓錐面的研磨圓錐表面的研磨，包括孔和外圓錐面的研磨。研磨時必須要用與工件錐度相同的研磨棒或研磨環(huán)。研磨時，一般在車床或鉆床上進行。第一百五十九頁，共243頁。第一百六十頁，共243頁。第一百六十一頁，共243頁。第一百六十二頁，共243頁?？梢杂脝蚊嫜心ィ部梢杂秒p面研磨。進行高質(zhì)量平行平面研磨時，需使用雙面研磨。第一百六十三頁，共243頁。第一百六十四頁，共243頁。第一百六十五頁，共243頁。研磨平板研磨碗第一百六十六頁，共243頁。研磨膏第一百六十七頁，共243頁。研磨石第一百六十八頁，共243頁。氧化鋁研磨球第一百六十九頁，共243頁。(5)陶瓷球的研磨自旋回旋角控制研磨法、錐形研磨法、四軸球體研磨法磁懸?。ù帕黧w）研磨法、非磁性流體研磨法、雙轉(zhuǎn)盤偏心V形槽研磨法

第一百七十頁，共243頁。第一百七十一頁，共243頁。拋光：用高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料（棉布、毛氈、人造革等）拋光盤，或用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或黏彈性材料（塑料、瀝青、石蠟等）拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質(zhì)的獲得光滑加工表面的加工方法。拋光使用1μm以下的微細磨粒；機械作用、化學作用3.6拋光加工技術第一百七十二頁，共243頁。拋光屬于用微細磨粒進行的切削加工生成細微的切屑磨粒與拋光盤對工件有摩擦作用，工件表面產(chǎn)生塑性流動，形成凹凸不平的光滑表面拋光劑中的脂肪酸高溫下產(chǎn)生化學反應，從工件金屬表面溶析出的金屬皂是一種易于切除的化合物，起著化學洗滌作用加工環(huán)境中灰塵、異物混入，也產(chǎn)生機械作用3.6拋光加工技術第一百七十三頁，共243頁。第一百七十四頁，共243頁。機械拋光化學拋光化學機械拋光液體射流拋光電解拋光磁流變拋光近代發(fā)展的：浮動拋光、水合拋光、磁流體拋光、磁懸浮拋光3.6拋光加工技術第一百七十五頁，共243頁。1.輔助研磨拋光工具1）手持電動直桿旋轉(zhuǎn)式研磨拋光工具如圖所示,安裝研磨拋光工具的夾頭高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)研磨拋光。夾頭上可以配置φ2～φ12的特形金剛石砂輪,研磨拋光不同曲率的凹弧面。還可配置R4～Rl2的塑膠研磨拋光套或毛氈拋光輪,可以研磨拋光復雜形狀的型腔或型孔。一、機械拋光第一百七十六頁，共243頁。2)電動彎頭旋轉(zhuǎn)式手持電動彎頭旋轉(zhuǎn)式研磨拋光工具如圖所示,它可以伸入型腔,對有角度的拐槽、彎角部位進行研磨拋光加工。第一百七十七頁，共243頁。2.油石用磨料和結(jié)合劑等壓制燒結(jié)而成的條狀固結(jié)磨具。油石在使用時通常要加油潤滑，因而得名。油石一般用于手工修磨零件，也可裝夾在機床上進行珩磨和超精加工。油石有人造的和天然的兩類，人造油石由于所用磨料不同有兩種結(jié)構(gòu)類型。a)無基油石b)有基油石油石的分類第一百七十八頁，共243頁。第一百七十九頁，共243頁。二、化學機械拋光化學作用和機械作用綜合作用。首先工件表面材料與拋光液的氧化劑和催化劑發(fā)生化學反應，生成容易去除的軟質(zhì)層，然后在拋光液中的磨料和拋光劑的機械作用去除軟質(zhì)層，工件表面重新裸露，再發(fā)生化學反應。化學作用和機械作用過程交替進行完成拋光。如P126圖3.33第一百八十頁，共243頁。第一百八十一頁，共243頁。三、液體拋光（液體噴砂）將含有磨料的磨削液，經(jīng)噴嘴用6~8kPa壓力高速噴向加工表面，磨料顆粒將已加工過工件表面上的凸峰擊平，得到極其光滑的表面。如P127圖3.35第一百八十二頁，共243頁。四、磁流變拋光磁流變拋光技術是利用磁流變拋光液在磁場中的流變性進行拋光的一種精密加工方法。流變性：無外加磁場，磁性顆粒無規(guī)則分布。磁流變液為可流動液體狀態(tài)；在外加磁場作用下，磁性微粒呈鏈狀分布，其流變特性急劇轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為類似固體的性質(zhì)；撤除磁場后，又會立刻恢復原液體性質(zhì)。如P127圖3.37第一百八十三頁，共243頁。第一百八十四頁，共243頁。第一百八十五頁，共243頁。作為最終光飾加工，工件可獲得光亮光滑的表面，增加美觀。去除前道工序的加工痕跡，改善表面質(zhì)量。提高工件抗疲勞和抗腐蝕性能。應用范圍廣。不能提高尺寸和形狀精度。3.6拋光加工技術第一百八十六頁，共243頁。拋光盤：固體磨料拋光盤、黏附磨粒拋光盤、液中拋光盤拋光劑：固體拋光劑（熔融氧化鋁）和拋光液（氧化鋁和乳化液混合液體）拋光工藝參數(shù)：拋光盤速度、拋光壓力3.6拋光加工技術第一百八十七頁，共243頁。平面拋光：硅片拋光、LBO晶體固結(jié)磨料拋光、鍺片拋光曲面拋光：曲面氣囊拋光、曲面磁流變拋光3.6拋光加工技術第一百八十八頁，共243頁。3.7其他磨削加工技術3.7.2砂帶磨削技術3.7.3超聲波磨削加工技術第一百八十九頁，共243頁。珩磨工藝特征1珩磨設備簡介2珩磨頭的構(gòu)造3

珩磨油石4

珩磨常見問題及解決辦法5第一百九十頁，共243頁。珩磨加工是利用可縮漲的磨頭，使珩磨條壓向工作表面，以產(chǎn)生一定的接觸面積和相應的壓力，在適當?shù)溺衲ヒ鹤饔孟?，珩磨條對被加工表面做旋轉(zhuǎn)和往復進給的相對綜合運動，從而達到改善表面質(zhì)量、改善表面應力狀態(tài)和提高被加工零件精度的目的，是一種多刃切削的精加工方法。珩磨一般指的是珩磨內(nèi)圓柱表面。1、珩磨定義第一百九十一頁，共243頁。2、珩磨加工原理珩磨是利用帶有磨條（油石）的珩磨頭對孔進行精整、光整加工的方法。

珩磨時，工件固定不動，珩磨頭由機床主軸帶動旋轉(zhuǎn)并作往復直線運動。在相對運動過程中，磨條以一定壓力作用于工件表面，對孔進行低速磨削和摩擦拋光。

其切削軌跡是螺旋形交叉的網(wǎng)紋。一.珩磨工藝特征第一百九十二頁，共243頁。（1）脫落切削階段（2）破碎切削階段（3）堵塞切削階段（1）脫落切削階段（2）破碎切削階段（1）定壓進給珩磨（2）定量進給珩磨（3）不進給珩磨定壓進給珩磨定量進給珩磨定壓—定量進給珩磨3、珩磨切削過程的分類第一百九十三頁，共243頁。珩磨用量

這些珩磨用量，對珩磨生產(chǎn)率和表面光潔度有較大影響的因素切削速度網(wǎng)文交叉角

油石工作壓力擴張進給速度加工余量越程量4、珩磨用量第一百九十四頁，共243頁。5、

珩磨加工的特點

表面質(zhì)量好與一般切削加工相比

加工精度高珩磨加工優(yōu)點

加工范圍廣生產(chǎn)率高對機床精度

要求低

切削余量少第一百九十五頁，共243頁。圖1立式珩磨機床第一百九十六頁，共243頁。圖2臥式珩磨機床第一百九十七頁，共243頁。珩磨機床立式珩磨機床臥式珩磨機床特點——珩磨頭自由懸掛在機床主

軸上；珩磨頭對機床主軸

各方面壓力均勻。適用范圍——氣缸孔、套孔、液壓

缸孔和其它精密通孔

和不通孔特點——在珩磨過程中，珩磨頭容

易緊壓下側(cè)，使珩磨出來

的零件孔一邊超差。適用范圍——珩磨長孔，如等徑管

子、炮膛等。1、珩磨機床第一百九十八頁，共243頁。珩磨機床的特征：(1)機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動由電動機通過變速箱來帶動；(2)主軸的往復運動由液壓控制；(3)珩磨頭與主軸的聯(lián)結(jié)，多采用球頭鉸接；(4)珩磨油石的縮漲也為液壓控制；

所以珩磨機工作時均勻而平穩(wěn)，沒有震動，生產(chǎn)率高，珩磨出來的零件質(zhì)量好而穩(wěn)定。第一百九十九頁，共243頁。表1幾種珩磨機的主要工藝性能第二百頁，共243頁。珩磨頭必須具備的基本條件：

（1）油石能在徑向均勻地漲縮，對加工表面的壓力能調(diào)整并保

持在一定的調(diào)節(jié)范圍；

（2）油石座具有一定的剛度，當被加工孔的形狀使油石的壓力

增加時，油石在半徑方向不致發(fā)生位移和歪斜；

（3）珩磨到最后尺寸時，油石能迅速縮回，以便珩磨頭從孔內(nèi)

退出。第二百零一頁，