精密與超精密磨削技術

1、14精密與超精密磨削技術精密與超精密磨削技術一、精密與超精密磨削技術國內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細磨料磨具進行亞微米級以下切深磨削研究，以獲得亞微米級尺寸精度。微細磨料磨削，用于超精密鏡面磨削樹脂結合劑砂輪金剛石磨粒平均直徑可小至4μm。日本用激光研磨過人造單晶金剛石上切出大量等高性一致微小切刃，對硬脆材料進行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要用于磨削難加工材料，精度可達0.025μm。日本開發(fā)了電解線修整(

2、ELID)超精密鏡面磨削技術，使得用超細微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能，可實現(xiàn)硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨運動雙端面精密磨削技術，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可獲得很高平面度工具模具制造，磨削保證產(chǎn)品精度質(zhì)量最后一道工序。技術關鍵除磨床本身外、磨削工藝也起決定性作用。磨削脆性材料時，由于材料本身物理特性，切屑形成多為脆性斷裂，磨劑后表面比較粗糙。某些應用場合如光學元件，這樣粗糙表面必須進行拋光，它雖能改善

3、工件表面粗糙度，但由于很難控制形狀精度，拋光后經(jīng)常會降低。為了解決這一矛盾，80年代末日本歐美眾多公司研究機構相繼推回了兩種新磨削工藝：塑性磨削（DuctileGrinding）鏡面磨削（MirrGrinding）。1.1.塑性磨削塑性磨削它主要針對脆性材料而言，其命名來源出自該種工藝切屑形成機理，即磨削脆性材料時，切屑形成與塑性材料相似，切屑通過剪切形式被磨粒從基體上切除下來。所以這種磨削方式有時也被稱為剪切磨削（ShereModeG

4、rindins）。由此磨削后表面沒有微裂級形成，也沒有脆必剝落時元規(guī)則凹凸不平，表面呈有規(guī)則紋理。塑性磨削機理至今不十分清楚切屑形成由脆斷向逆性剪切轉(zhuǎn)變?yōu)樗軘啵@一切削深度被稱為臨界切削深度，它與工件材料特性磨粒幾何形狀有關。一般來說，臨界切削深度100μm以下，因而這種磨削方法也被稱為納米磨削（Nanogrinding）。根據(jù)這一理論，有些人提出了一種觀點，即塑性磨削要靠特殊磨床來實現(xiàn)。這種特殊磨床必須滿足如下要求：（1）極高定位精度

5、運動精度。以免因磨粒切削深度超過100μm時，導致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ鳌＃?）極高剛性。因為塑性磨削切削力遠超過脆性磨削水平，機床剛性太低，會因切削力引起變形而破壞塑性切屑形成條件。2.2.鏡面磨削鏡面磨削顧名思義，它關心不切屑形成機理而磨削后工件表面特性。當磨削后工件表面反射光能力達到一定程度時，該磨削過程被稱為鏡面磨削。鏡面磨削工件材料不局限于脆性材料，它也包括金屬材料如鋼、鋁鉬等。為了能實現(xiàn)鏡面磨削，日本東京大學理化研究所Nakagaw

6、aOhmi教授發(fā)明了電解線修整磨削法ELID（ElectrolyticInProcessDressing）。鏡面磨削基本出發(fā)點：要達到境面，必須使用盡可能小磨粒粒度，比如說粒度2μm乃至0.2μm。ELID發(fā)明之前，微粒度砂輪工業(yè)上應用很少，原因微粒度砂輪極易堵塞，砂輪34二、砂帶磨削技術國外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀60年代以來，特別靜電植砂及涂附磨具技術出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家砂帶制造技術砂帶磨床技術上都取得了巨大

7、成就。國內(nèi)砂帶磨削技術20世紀70年代末才得以真正發(fā)展，隨著國內(nèi)改革開放，砂帶磨削技術日益引起了各行業(yè)、研究單位企業(yè)重視，加之砂帶制造技術提高及品種增加，使得砂帶磨削設備研究生產(chǎn)也得到了較大發(fā)展。砂帶磨削設備開發(fā)與生產(chǎn)廠家有新鄉(xiāng)機床廠、上海機床廠、北京二機等十來家企業(yè)；有包括鄭州三磨所、湖南大學、東北大學、廣東工業(yè)大學、廣西大學、重慶大學等內(nèi)多家科研院所高校近年來國外將砂帶磨削用于精密、超精密加工精度已達微米級表面粗糙度已達到Ra(0.

8、01～0.025)μm而國產(chǎn)320#砂帶磨削精度只能達到20～10μm。原因有兩方面一方面國內(nèi)機床切深微進給精度較低普通機床最小微進給10～20μm某些數(shù)控機床微進給可控制到5μm這對利用現(xiàn)有機床進行砂帶磨削、提高精度產(chǎn)生了一定影響；另一方面砂帶磨削為彈性加工由于彈性變形使得砂帶磨削精度降低，因此對磨削深度微量控制問題解決提高砂帶磨削精度先決條件。砂帶磨削總趨勢正向著強力、高速、高效精密方向發(fā)展。磨床結構方面從單一磨頭向大型、組合（多磨

9、頭、多功能、多工位）形式發(fā)展。加工工藝方面，與特種加工相結合復合加工方法砂帶磨削很有前途發(fā)展方向之一，如與超聲振動結合可形成超聲砂帶精密磨削；與電化學加工結合可形成電解砂帶磨削。另一方面自動化砂帶磨削應用，尤其數(shù)控砂帶磨床及自適應控制技術應用，使得砂帶磨削加工效率精度有了很大提高，已經(jīng)使得砂帶磨削精度已經(jīng)進入精密超精密加工行列。盡管砂帶磨削被稱為“冷態(tài)”磨削，但所謂“冷態(tài)”相對于砂輪磨削而言，這因為磨削砂帶磨粒銳利，因而與工件摩擦較小，

10、而且大多數(shù)情況下砂帶周長較大，容易散熱，容易獲得空氣冷卻效果。因此切削余量不大、零件尺寸較大、表面粗糙度不高情況下，可采用干磨方式。但，帶磨削很多情況下要采用濕磨，因為這有利于控制磨削溫度，改善表面粗糙度，并可加大進給量，提高效率，延長砂帶壽命。三、磨削自動化隨著加工過程自動化不斷升溫，為順應市場不斷變化著需求，磨床制造企業(yè)開始將關注焦點從產(chǎn)量、品種轉(zhuǎn)向磨床制造技術與自動化加工融合，以及如何采用數(shù)字化手段進一步提高磨床精度。一般來說，磨

11、削加工機械加工保證最終工藝尺寸精度精密加工，這就要求磨床具有很高制造裝配精度。但現(xiàn)代制造業(yè)對磨床要求還不僅限于此，還要求磨床有很高自動化程度，但如果有人問磨床具備什么樣功能才能稱得上自動化磨床，因為磨削工藝千差萬別，所以不能一概而論。目前自動化無非分為四種：首先，自動化以達到人工（或者說非熟練技工）不能達到精度；其次，自動化以達到人工不能達到產(chǎn)品精度一致性；再其次，自動化以達到人工所難以達到效率；最后，自動化以縮短人工所帶來設置、調(diào)整裝