精密與超精密磨削技術(shù)

1、14精密與超精密磨削技術(shù)精密與超精密磨削技術(shù)一、精密與超精密磨削技術(shù)國(guó)內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細(xì)磨料磨具進(jìn)行亞微米級(jí)以下切深磨削研究，以獲得亞微米級(jí)尺寸精度。微細(xì)磨料磨削，用于超精密鏡面磨削樹脂結(jié)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(guò)人造單晶金剛石上切出大量等高性一致微小切刃，對(duì)硬脆材料進(jìn)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(dá)0.025μm。日本開發(fā)了電解線修整(

2、ELID)超精密鏡面磨削技術(shù)，使得用超細(xì)微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能，可實(shí)現(xiàn)硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨運(yùn)動(dòng)雙端面精密磨削技術(shù)，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(shù)關(guān)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(shí)，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(yīng)用場(chǎng)合如光學(xué)元件，這樣粗糙表面必須進(jìn)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(huì)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(jī)構(gòu)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(duì)脆性材料而言，其命名來(lái)源出自該種工藝切屑形成機(jī)理，即磨削脆性材料時(shí)，切屑形成與塑性材料相似，切屑通過(guò)剪切形式被磨粒從基體上切除下來(lái)。所以這種磨削方式有時(shí)也被稱為剪切磨削（ShereModeG

4、rindins）。由此磨削后表面沒有微裂級(jí)形成，也沒有脆必剝落時(shí)元規(guī)則凹凸不平，表面呈有規(guī)則紋理。塑性磨削機(jī)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?，這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(guān)。一般來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，即塑性磨削要靠特殊磨床來(lái)實(shí)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(yùn)動(dòng)精度。以免因磨粒切削深度超過(guò)100μm時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ?。?）極高剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過(guò)脆性磨削水平，機(jī)床剛性太低，會(huì)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(guān)心不切屑形成機(jī)理而磨削后工件表面特性。當(dāng)磨削后工件表面反射光能力達(dá)到一定程度時(shí)，該磨削過(guò)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(shí)現(xiàn)鏡面磨削，日本東京大學(xué)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(diǎn)：要達(dá)到境面，必須使用盡可能小磨粒粒度，比如說(shuō)粒度2μm乃至0.2μm。ELID發(fā)明之前，微粒度砂輪工業(yè)上應(yīng)用很少，原因微粒度砂輪極易堵塞，砂輪34二、砂帶磨削技術(shù)國(guó)外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，特別靜電植砂及涂附磨具技術(shù)出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家砂帶制造技術(shù)砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大

7、成就。國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)20世紀(jì)70年代末才得以真正發(fā)展，隨著國(guó)內(nèi)改革開放，砂帶磨削技術(shù)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(shù)提高及品種增加，使得砂帶磨削設(shè)備研究生產(chǎn)也得到了較大發(fā)展。砂帶磨削設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)廠家有新鄉(xiāng)機(jī)床廠、上海機(jī)床廠、北京二機(jī)等十來(lái)家企業(yè)；有包括鄭州三磨所、湖南大學(xué)、東北大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、重慶大學(xué)等內(nèi)多家科研院所高校近年來(lái)國(guó)外將砂帶磨削用于精密、超精密加工精度已達(dá)微米級(jí)表面粗糙度已達(dá)到Ra(0.

8、01～0.025)μm而國(guó)產(chǎn)320#砂帶磨削精度只能達(dá)到20～10μm。原因有兩方面一方面國(guó)內(nèi)機(jī)床切深微進(jìn)給精度較低普通機(jī)床最小微進(jìn)給10～20μm某些數(shù)控機(jī)床微進(jìn)給可控制到5μm這對(duì)利用現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)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(duì)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(shì)正向著強(qiáng)力、高速、高效精密方向發(fā)展。磨床結(jié)構(gòu)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(jié)合復(fù)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(dòng)結(jié)合可形成超聲砂帶精密磨削；與電化學(xué)加工結(jié)合可形成電解砂帶磨削。另一方面自動(dòng)化砂帶磨削應(yīng)用，尤其數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)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(jìn)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(duì)于砂輪磨削而言，這因?yàn)槟ハ魃皫チｄJ利，因而與工件摩擦較小，

10、而且大多數(shù)情況下砂帶周長(zhǎng)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?yàn)檫@有利于控制磨削溫度，改善表面粗糙度，并可加大進(jìn)給量，提高效率，延長(zhǎng)砂帶壽命。三、磨削自動(dòng)化隨著加工過(guò)程自動(dòng)化不斷升溫，為順應(yīng)市場(chǎng)不斷變化著需求，磨床制造企業(yè)開始將關(guān)注焦點(diǎn)從產(chǎn)量、品種轉(zhuǎn)向磨床制造技術(shù)與自動(dòng)化加工融合，以及如何采用數(shù)字化手段進(jìn)一步提高磨床精度。一般來(lái)說(shuō)，磨

11、削加工機(jī)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(duì)磨床要求還不僅限于此，還要求磨床有很高自動(dòng)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(dòng)化磨床，因?yàn)槟ハ鞴に嚽Р钊f(wàn)別，所以不能一概而論。目前自動(dòng)化無(wú)非分為四種：首先，自動(dòng)化以達(dá)到人工（或者說(shuō)非熟練技工）不能達(dá)到精度；其次，自動(dòng)化以達(dá)到人工不能達(dá)到產(chǎn)品精度一致性；再其次，自動(dòng)化以達(dá)到人工所難以達(dá)到效率；最后，自動(dòng)化以縮短人工所帶來(lái)設(shè)置、調(diào)整裝