?数控机床世界?
收稿日期：２００７－１２－１９
作者简介：王雅红（１９６７－），女，副教授。从事轴承机械的设计工作。发表论文６篇，出版专著１部。
ＣＢＮ新型磨削技术
王雅红，吴锐
（洛阳理工学院机电工程系，河南洛阳４７１０２３）
摘要：简述了ＣＢＮ磨削的综合技术，主要论述了ＣＢＮ磨削的特点，ＣＢＮ磨床、ＣＢＮ磨具的种类。
介绍了ＣＢＮ磨削的条件和需解决的问题。
关键词：ＣＢＮ；磨削；砂轮中图分类号：ＴＧ５８
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－６６７３（２００８）０２－１６２－０３
０引言
近年来，ＣＢＮ（立方体氮化硼）磨削的应用快速发展。随着磨削零件的材料、形状、精度要求的不断提高，ＣＢＮ磨削的范围进一步扩展。在日本，ＣＢＮ磨削的应用在总的磨削加工中已占到２５％，欧洲达到１５％，美国是１０％。我国的应用情况则不令人满意。但随着加工要求的提高，人们对这项新型加工技术日益关注。预测
ＣＢＮ磨削在未来几年中将得到更加广泛的应用。主要的
原因在于：①新型磨料的出现；②ＣＢＮ磨床的开发成功；③更多超硬、复杂工件材料的磨削加工。
数据表明，全球ＣＢＮ砂轮的销量１９８８年为１．４５亿美元，１９９３年则达到３亿美元。汽车行业是ＣＢＮ砂轮最大的用户，占３０％的份额。其次是工具行业，约占
２０％的份额，轴承行业是新兴的应用领域，约占ＣＢＮ应
用份额的１２％，飞机和齿轮行业则分别占９％和８％，对于磨削加工，ＣＢＮ磨削最显著的效果表现在许用砂轮较小的内圆磨削中。
超级磨料ＣＢＮ（立方体氮化硼）是一种新型的人工合成的高效磨料，其硬度仅次于金刚石。用普通磨料砂轮磨削零件时，由于磨料硬度低、磨损快，导致磨削比低、磨削力大、磨削温度高，容易产生烧伤及精度和表面质量降低。而ＣＢＮ磨料本身具有一系列特殊的性能，高硬度、高的热稳定性、高的化学惰性、红硬性、导热性好以及热膨胀系数低等
［１］
。从而在加工黑色金属方
面，ＣＢＮ磨具与金刚石和普通磨料磨具相比，具有非常满意的磨削表面质量和极低的砂轮磨损。其优点主要为：一是砂轮耐用度高，每一次修整可加工的工件数量多；二是砂轮磨损少，能较长久地保持砂轮外形轮廓，
每片砂轮可加工的工件数量多、精度高；三是磨削力小，磨加工质量好，磨出表面粗糙度细，具有抛光作用；四是磨削效率高。总之，由于ＣＢＮ磨料的优异性能，采用ＣＢＮ砂轮，可以提高加工工件的质量，有利于磨削加工的自动化生产。
１ＣＢＮ磨削的特点
虽然常规的树脂和陶瓷接合剂氧化铝磨具已经广泛应用于各领域，但由于ＣＢＮ磨具可与金刚石砂轮相媲美的磨削效果，以及远高于普通砂轮的耐用度、远低于金刚石砂轮的价格，使得ＣＢＮ具有无可比拟的优势。
ＣＢＮ磨削有着现有磨料无可比拟的优势。它的硬度
是氧化铝的２倍，其耐用度约是氧化铝的１００多倍。在很多场合下，ＣＢＮ磨削能够一次装夹即完成所有加工，省去原来需要粗磨、精磨、抛光等工步。
目前，高速磨削是ＣＢＮ磨削的一个典型特征。线速为８０￣２００ｍ／ｓ的高速磨削已占到全部ＣＢＮ磨削的３％
［２］
。
ＣＢＮ的主要应用场合是凸轮磨削，其线速是８０ｍ／ｓ。ＣＢＮ
的另一个特征是磨削工件表面呈现压应力，压应力提高了工件的质量。由于这两个特征存在，经过ＣＢＮ磨削的工件显著减少了钢件磨削中常见的磨削微裂纹，这就提高了刚制零件的强度和刚性。由于ＣＢＮ磨粒锋利的磨刃，产生较少的磨削热，避免了磨削热产生微裂纹而导致零件过早失效。由于表面压应力的存在，还可以减小零件的尺寸，如在汽车变速箱中由ＣＢＮ磨削的齿轮尺寸小，强度高。
ＣＢＮ磨削的一个显著缺点是成本较高。就砂轮本身
而言，ＣＢＮ砂轮的造价约是其他砂轮的１０～５０倍。其次，即便把高成本的ＣＢＮ砂轮安装在现有普通磨床上，由于缺少砂轮修形和修锐系统以及现有普通磨床存在的刚性不足，也还不能实现高效的ＣＢＮ磨削。同时由于操作失误造成的砂轮破碎会造成更大的经济损失，所以
机电产品开发与创新
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２
Ｍａｒ．，２００８
第２１卷第２期２００８年３月１６２
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操作人员必须经过必要的培训。但是，如果把普通磨削如废料处理，冷却液更换，磨屑处理，更换砂轮，金刚石磨损等考虑进去。普通砂轮磨削与ＣＢＮ磨削的综合成本与基本相当。更重要的是当你看到磨削效率的提高，辅助磨削时间的减少，产品质量的提高，那么ＣＢＮ磨削的优点就变得更为突出了。
２ＣＢＮ磨削的相关技术
ＣＢＮ磨削是一项复杂的综合性高新技术。所采用的磨床应包含：①精密主轴技术；②精密导轨技术。高速ＣＢＮ磨床，磨削速度可达到２５０ｍ／ｓ。
２．１国外ＣＢＮ磨床的应用
日本在ＣＢＮ磨削及磨床方面经验丰富。ｔｏｙｏｔａ将ＣＢＮ磨削技术应用于凸轮轴等汽车零部件加工，并大量出口到美国。常规磨床的磨削速度一般是３２～６０ｍ／ｓ，而ＧＺ３２Ｐ采用平型ＣＢＮ砂轮，磨削速度高达２００ｍ／ｓ。ＪＵＮＫＥＲ＼ＧＵＥＨＩＮＧ＼ＭＡＥＧＥＲＬＥ等欧洲磨床也开发了用于内、外圆、端面及缓进给磨削高速磨床。
美国花费六年时间，开发了ＵＬ２型ｃｂｎ磨床，主要用于ＣＢＮ砂轮最大直径３８ｍｍ的内径磨削。因为在小直径内径磨削中，ＣＢＮ砂轮磨削的作用最为明显。同时Ｂｒｙａｎｔ正联合高等院校致力于ＣＢＮ高速外圆磨床的研制。ＨＵＦＦＭＡＮ最近研制出六轴ＣＢＮ磨床用于加工和修复机床刀具。
新近致力于ＣＢＮ磨床研制的ＥＤＧＥＴＥＫ，开发了高效深切缓进给ＣＢＮ平面磨床（ＨＥＤＧ），用于磨削高硬材料零件，既具有优于常规磨床的磨削效率又不产生磨削烧伤。
ＣＡＭＰＢＥＬＬ是航空、航天领域的高新技术企业，其产品主要是航空发动机的轴类和阀类零件，正逐渐向飞机和汽车领域扩展，并使用了各式各样ＣＢＮ砂轮的立式磨床。
２．２ＣＢＮ磨削对磨床的要求
应用ＣＢＮ砂轮实现高速高效磨削，磨削机床必须在以下方面进行改进：
（１）磨床的稳定性：ＣＢＮ磨床必须具有足够的强度和刚性以承受磨削动载荷，并只产生极小的振动。床身通常采用花岗岩材料，它的抑振能力是生铁的４５倍，这种材料既增加了磨床的重量又降低了各种变形。约有６０％的精密磨床制造厂采用这种床身。
（２）满足ＣＢＮ砂轮的修整条件：ＣＢＮ磨削必须具备基本的修整条件，修整通常包括整形和修锐两个过程。整形是指保持砂轮的正确形状，得到砂轮的几何形状和精度（如圆度等），修锐是指去除磨粒间的结合剂，使锋利的磨粒露出，保持磨粒的锋利。ＣＢＮ砂轮的修整和修锐方法很多，需根据砂轮磨粒、接合剂、应用场合而定。整形的主要方法有磨削法、挤压法、车削法、旋转金刚石工具法等，对金属结合剂ＣＢＮ砂轮还可用电解法、电火花法、超声波等。修锐的方法主要有固结式磨料、自由式磨粒及电加工三大类。固结式磨料包括油石、修锐膏、金属丝刷和硬质合金块等，自由式磨粒包括喷砂、液体喷砂、磨粒挤压等。电加工修锐法只局限于金属结合剂砂轮，主要包括电解、电火花及超声波等。ＣＢＮ砂轮硬度高，若象普通砂轮修整一样采用单点金刚石笔修整，金刚石磨损太快，而且修出的砂轮表面不一致，因此，对ＣＢＮ砂轮采用单点金刚石笔修整效果不好。
ＣＢＮ砂轮所用结合剂不同，其修整方法也不一样。树脂和金属结合剂ＣＢＮ砂轮，整形与修锐两过程需单独进行，一般采用ＳＩＣ砂轮或金刚石盘把ＣＢＮ砂轮修成要求的形状，再用ＡＬ２Ｏ３油石块修锐。多孔结构陶瓷结合剂ＣＢＮ砂轮则可使用回转金刚石轮一次完成整形和修锐。金刚石修整轮的转速应是ＣＢＮ砂轮的０．４～０．６。但有时单点金刚石可用于陶瓷结合剂ＣＢＮ砂轮的修整。修整砂轮时必须精确确定砂轮与修整金刚轮的位置，采用声发射装置通过接收砂轮与修整轮接近时不同的声波即可精确确定两者间的位置。
（３）进给机构的位置精度：ＣＢＮ磨床的进给机构分辨精度必须达到０．１μｍ，，通常采用交流伺服电机和精密滚珠丝杠就可实现这样的精度分辨率。
（４）自动检测：控制系统必须精确测定砂轮的位置和砂轮的磨损状况，因而ＣＢＮ磨床必须采用精密测量装置。目前采用的精密测量装置有以下几种：①在线测量装置，用以检测控制磨削各工步转换；②机后测量装置，用以测量磨削工件尺寸并反馈给磨床控制系统进行调整，可获得精确加工尺寸；③砂轮检测装置，如前所述的声发射装置，可精确测定砂轮与修整轮的位置，保证控制系统精密修整砂轮［３］。
（５）精密砂轮主轴：ＣＢＮ磨削需要高速及高刚性的砂轮主轴，于是就开发了专用的中、高频电驱动和静压轴承等结构的砂轮主轴，同时研制了控制功率或控制力的适应控制系统来控制磨削过程。
（６）冷却系统：为了保证磨削精度和避免砂轮失效都必须控制磨削热量。ＣＢＮ砂轮的热传导速度是氧化铝砂轮的４０倍，因而需要效果优异的冷却系统。我们对冷却液的种类进行了深入研究，采用油冷却的润滑效果明显优于水基冷却液，同时砂轮耐用度也高。其缺点是环境污染，清理污染的油液是比较困难的。目前，正通过合理考虑ＣＢＮ磨粒粒度、结合剂种类、冷却液流量、流速等因素，研究开发水基冷却液，希望采用水冷液
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ＹＩＮＣｕｉ－Ｊｕｎ１，ＲＥＮＬｉ－Ｚｈａｏ１，ＹＡＮＧＸｉｏｎｇ－Ｙｏｎｇ２
（１．ＴｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎｎｉｎｇＧｕａｎｇｘｉ５３０００４，Ｃｈｉｎａ；
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎＡｒｔＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｕｌａｒａｒｔｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｍｅｒｇｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｍａｒｋｅｔ，ｕｓｅｒｐｅｒｆｅｃｔｌｙ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｏｒｍｑｕａｌｉｔｙｏｆｍｏｄｅｒｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ．Ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｏｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ＇ｓｐｒｏｄｕｃｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｃａｎｐｒｏｄｕｃｅｇｏｏｄｅｃｏｎｏｍｙｂｅｎｅｆｉｔｆｏｒｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．Ｉｔｃａｎｍａｋｅａｎｅｗｓｃｅｎａｒｙｔｏｔｈｅｐｒｏｄｕｃｅｏｆｎｕ－ｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ；ａｒｔｉｓｔｉｃｆｏｒｍ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｇ
（上接第１５１页）ＣＢＮＮｅｗＧｒｉｎｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＷＡＮＧＹａ－Ｈｏｎｇ，ＷＵＲｕｉ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｕｏｙａｎｇＩｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬｕｏｙａｎｇＨｅｎｅｎ４７１０２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅＣＢＮｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｉｎｌｙｅｌａｂｏｒａｔｅｄｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅｇｒｉｎｄｅｒ，ｇｒｉｎｇｉｎｇｔｏｏｌ＇ｓｔｙｐｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｅｄｓｔｏｓｏｌｖｅｄｕｅｓｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＮ；ｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇ；ｔｈｅｇｒｉｎｇｉｎｇｗｈｅｅｌ
时，能使砂轮的寿命及磨削质量保证前提下，冷却效果比油冷却更好。无论采用何种冷却液，还必须控制冷却温度以抑制磨削热和避免工件和砂轮受到热冲击，同时要控制冷却液的过滤精度。
（７）控制系统：精密ＣＢＮ磨削的控制系统必须控制磨削的全过程，需要完备的软件设计，以保证诸如精密砂轮修整等工步的精确实施。
实现ＣＢＮ磨削不一定更换设备，对现有设备的刚性、主轴等改进也可达到磨削条件。
３ＣＢＮ砂轮的种类
ＣＢＮ砂轮有两大类：结合剂类和电镀类。ＣＢＮ砂轮
使用的结合剂主要是树脂、陶瓷、合金。树脂是最常用的砂轮结合剂，金属结合剂是最硬的结合剂，适用于粗磨和成形磨削。陶瓷结合剂则是用途最广，由于具有较高的强度和耐磨性，并且容易修整，修整后磨粒切刃突出于结合剂表面，切刃锋利，磨削温度低，所以多用于自动、高效磨削。
因为ＣＢＮ砂轮磨损很慢且价格昂贵，ＣＢＮ砂轮制备时，通常是３～５ｍｍ的ＣＢＮ磨料覆盖在核心外，芯部可以是铝、钢或新型的碳纤维混合物。由于离心力的作用，砂轮芯部必须是高强度且柔韧如钢、铝等材料，制成砂轮线速可达２００ｍ／ｓ。
为了降低砂轮的破碎，大型ＣＢＮ砂轮采用固体核心粘接部分ＣＢＮ砂轮块，这种设计允许较大的热膨胀，砂轮破碎时危害较小。现有陶瓷结合剂砂轮的许用线速
是１２０ｍ／ｓ，金属核心陶瓷结合剂砂轮许用线速是２５０～
２６０ｍ／ｓ。而合成纤维核心砂轮的许用线速是４５０ｍ／ｓ。
电镀类砂轮是钢制核心外电镀数层ＣＢＮ磨粒，其优点是可用于任何线速之下。这种砂轮有两种类型：传统的多层电镀和单层电镀（ＭＳＬ）［４］。
单层电镀砂轮，６０％磨粒暴露在表面可用于磨削。而现有的砂轮仅有４０％磨粒暴露。ＭＳＬ主要制作能够用于磨削复杂零件的砂轮，由于其单层结构，砂轮精度取决于基体的精度，因而砂轮的公差小，精度高。不必修整砂轮，可极大提高砂轮速度，并可再镀重新使用。
４总结
以上对ＣＢＮ磨削的综合技术进行了粗浅的论述，主要对ＣＢＮ磨削的特点，ＣＢＮ磨床，ＣＢＮ磨具的种类进行了介绍。近年来，我国制造业飞速发展，已成为世界工厂。作为零件精加工的磨削加工对它的要求也不断提高，随着制约ＣＢＮ磨削发展的关键问题（如ＣＢＮ砂轮的监测及修整）的解决，以及新型高性能ＣＢＮ磨床的成功开发，
ＣＢＮ磨削一定会在我国的汽车行业、工具行业、轴承行
业等领域大量使用，大力提高我国制造业的总体水平。参考文献：
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精密与超精密加工 1 什么是精密与超精密加工？ 目前在工业发达国家中， 一般工厂能稳定掌握的加工精度是 1 微米。 与此相应， 通常将加工 精度 在 0.1~1微米、加工表面粗糙度 Ra 在 0.02~0.1 微米之间的加工方法称为精密加工；而 将加工精度 高于 0.1微米、加工表面粗糙度 Ra 小于 0.01 微米的加工方法称为超精密加工。 2 积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律： 积屑 瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。普 通切削切钢时， 积 屑瘤可增加刀具的前角， 故积屑瘤增大可使切削力下降， 但是超精密切削 时积屑瘤增大反而使切削 力增大； 模型如图； 产生原因： 1）积屑瘤前端 R 大约 2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径 R 起作用，切削 力明 显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。 3）实际 切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。 3 会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。 4 理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？ 应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度 高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩 擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研 磨容易。 110 晶面 面积= D 2 面积= 2D 2 原子数 4x1/4+1=2 原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数 3x1/6+3x1/2=2 面网密度 2/D 2 面网密度 4/ 2D 2 面网密度 2/( 3D 2 /2) 4/ 3D 2
超精密平面磨削的技术要求 1.1超精密平面磨削的技术指标 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般 加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的 精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。精密 加工是指加工精度为1-1μm、表面粗糙度为Ra0.1-0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于 0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前 超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术，如表1所示。 根据我国目前精密平面磨削的基础，结合国外超精密平面磨削的技术指标，提出以下超精密平面磨削机床 的技术指标，并与已实现的技术指标作了比较。 表1 超高精度平面磨床主要技术参数与目前三个精度级的对比单位mm 1.2超精密平面磨削的技术要求 根据表1所示的超精密平面磨削的技术指标，我们可以提出超精密平面磨削机床的技术要求：机床的砂轮 垂直进给能实现微量进给，机床具有足够的静、动态刚性，尤其是对机床的热变形及振动的控制较常规的 机床要有质的提高。 2实现超精密平面磨削的方法与手段 如上所述，为了实现这些技术要求来达到理想的技术指标，在机床的设计理念与机床的具体结构中，要求 与传统的机床有较大的改进与提高，根据我们的经验及对国外精密加工技术资料收集与分析，结合平面磨 削的机床结构、运动要求，可将整机分解为如下的主要单元技术：（1）机床布局型式；（2）新材料运用；（3）主轴精密回转技术；（4）微量进给技术；（5）运动导轨型式；（6）高精度温度控制技术。 2.1机床布局型式 机床布局型式极为重要，是决定成败的关键，但是超精密磨削技术是由精密磨削发展而来，从国外已实现 超精密平面磨削机床看，其结构型式多种多样，既有“磨头移动式”，也有“立柱移动式”或“十字拖板移动式”，无一例外，均未脱离传统的机床布局结构型式。从我们已掌握的高精度平面磨削技术基础上，认为机床结 构采用“十字拖板移动式”适合于超高精度平面磨削机床的研制。因为该结构型式，具有机床结构布局对称 性好，热稳定性好；主要运动部件重心低，运动平稳等优点。 2.2新材料运用 超精密平面磨削对机床的热变形及振动控制要求较高。在机床基础结构件材料的运用上，应突破传统以灰 铸铁为主的原则，采用一些新型材料，如：非金属材料——树脂混凝土，该材料的振动衰减性、耐热梯度、线胀系数等特性均大大优于金属材料。这在国外已被成熟运用，在国内也有运用的例子，如上海机床厂有 限公司的数控凸轮轴磨的床身采用了人造大理石材料，取得了较好的效果。因而在超精密平面磨削机床的 主要关键基础件，如床身、立柱、拖板等应采用人造大理石材料。 2.3主轴精密回转技术
精密与超精密加工 1什么是精密与超精密加工？ 目前在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精度是1微米。与此相应，通常将加工精度在0.1~1微米、加工表面粗糙度Ra 在0.02~0.1微米之间的加工方法称为精密加工；而将加工精度高于0.1微米、加工表面粗糙度Ra 小于0.01微米的加工方法称为超精密加工。 2积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律：积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。普通切削切钢时，积屑瘤可增加刀具的前角，故积屑瘤增大可使切削力下降，但是超精密切削时积屑瘤增大反而使切削力增大； 模型如图； 产生原因：1）积屑瘤前端R 大约2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径R 起作用，切削力明显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。3）实际切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。 3会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。 100晶面 110晶面 111晶面 面积= 面积= 面积= 原子数4x1/4+1=2 原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数3x1/6+3x1/2=2 面网密度 面网密度 面网密度 面网距 面网距 面网距 22D 2D 2 /32D 2/2D 22/4D 2 23/4)2/3/(2D D
4理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？ 应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研磨容易。 选用（100）晶面的原因： （111）不适合作前后面。推荐采用（100）晶面作金刚石刀具的前后面，理由如下： 1)（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面； 2 )（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多； 3 ) （100）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。 5理解晶体的解理现象；金刚石哪个晶面容易产生解理现象，为什么？ 解理现象：是某些晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整的劈开的现象； 原因：（111）面的宽的面间距（0.154nm）是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个，并且其中的连接共价键数最少，只需击破一个价键就可使其劈开，故劈开比较容易。金刚石内部的解理劈开，在绝大多数情况下是与（111）面网平行，在两个相邻的加强（111）面网之间。在解理劈开时，可以得到很平的劈开平面。 6精密磨削加工机理；精密磨削砂轮如何选择？ 精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面，因此精密磨削机理可以归纳为以下几点：a微刃的微切削作用；b微刃的等高切削作用；c微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。 精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。包括砂轮的粒度选择，砂轮结合剂的选择。 7超精密磨削加工机理（会画图解释单颗粒的磨削过程） (1)超微量切除精密和超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。对于普通磨，在这种高温、高压和高剪切力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度、低表面粗糙度值的磨削质量。因此，在超精密磨削时般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。 (2)单颗粒磨削加工过程砂轮中的磨粒分布是随机的，磨削时磨粒与工件的接触也是无规律的，为研究方便起见，对单颗粒的磨削加工过程进行分析。 1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。 2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。 3）磨粒磨削时在工件中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区。4）超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。 磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。
7.3.2珩磨 珩磨是磨削加工的 1 种特殊形式，属于光整加工。需要在磨削或精镗的基础上进行。珩磨加工范围比较广，特别是大批大量生产中采用专用珩磨机珩磨更为经济合理，对于某些零件，珩磨已成为典型的光整加工方法，如发动机的气缸套，连杆孔和液压缸筒等。 （1）珩磨原理 在一定压力下，珩磨头上的砂条（油石）与工件加工表面之间产生复杂的的相对运动，珩磨头上的磨粒起切削、刮擦和挤压作用，从加工表面上切下极薄的金属层。 （2）珩磨方法 珩磨所用的工具是由若干砂条 ( 油石 ) 组成的珩磨头，四周砂条能作径向张缩，并以一定的压力与孔表面接触，珩磨头上的砂条有 3 种运动 ( 如图 7.3 a ) ；即旋转运动、往复运动和加压力的径向运动。珩磨头与工件之间的旋转和往复运动，使砂条的磨粒在孔表面上的切削轨迹形成交叉而又不相重复的网纹。珩磨时磨条便从工件上切去极薄的一层材料，并在孔表面形成交叉而不重复的网纹切痕 ( 如图 7.3 b ), 这种交叉而不重复的网纹切痕有利于贮存润滑油，使零件表面之间易形成—层油膜，从而减少零件间的表面磨损。 （3）珩磨的特点 1）珩磨时砂条与工件孔壁的接触面积很大，磨粒的垂直负荷仅为磨削的 1/50~1/100 。此外，珩磨的切削速度较低，一般在 100m/min 以下，仅为普通磨削的 1/30~1/100 。在珩磨时，注入的大量切削液，可使脱落的磨粒及时冲走，还可使加工表面得到充分冷却，所以工件发热少，不易烧伤，而且变形层很薄，从而可获得较高的表面质量。 2）珩磨可达较高的尺寸精度、形状精度和较低的粗糙度，珩磨能获得的孔的精度为 IT6~IT7 级，表面粗糙度 Ra 为 0.2~0.025 。由于在珩模时，表面的突出部分总是先与沙条接触而先被磨去，直至砂条与工件表面完全接触，因而珩磨能对前道工序遗留的几何形状误差进行一定程度的修正，孔的形状误差一般小于 0.005mm 。 3）珩磨头与机床主轴采用浮动联接，珩磨头工作时，由工件孔壁作导向，沿预加工孔的中心线作往复运动，故珩磨加工不能修正孔的相对位置误差，因此，珩磨前在孔精加工工序中必须安排预加工以保证其位置精度。一般镗孔后的珩磨余量为 0.05~0.08mm ，铰孔后的珩磨余量为 0.02~0.04mm ，磨孔后珩磨余量为0.01~0.02mm 。余量较大时可分粗、精两次珩磨。 4）珩磨孔的生产率高，机动时间短，珩磨 1 个孔仅需要 2~3min ，加工质量高，加工范围大，可加工铸铁件、淬火和不淬火的钢件以及青铜件等，但不宜
砂带磨削技术及其应用砂带磨削技术应用 新闻来源：中国研磨网发布日期：2008-2-10 砂带磨削技术及其应用 ■特邀嘉宾/黄云黄智 中国研磨：在工业发达国家的先进制造技术中，砂带磨削技术已经被广泛的应用，同样这个趋势在我国也逐渐显现。您能简要谈一下砂带磨削在现代工业中的重要作用吗？ 黄云：砂带磨削是一种高效、经济、用途广泛，并有“万能磨削”之称的新型磨削工艺。在现代工业中，砂带磨削技术已被当作是与砂轮磨削同等重要的一种不可缺少的加工方法。在工业发达国家，砂带磨削应用已十分普遍，各种高精度、高效率、自动化程度很高的砂带磨床被广泛应用于航天、航空、舰船、汽车、冶金、化工及能源设备等制造行业，并成为国际上名牌机床公司竞争的一个领域。 中国研磨：在了解砂带磨削技术应用之前，可否请您讲解一些砂带磨削原理方面的知识，比如砂带磨削方法的理论知识和单颗磨粒在磨削过程当中的注意问题？ 黄云：第一，砂带磨削方法。 砂带磨削是砂带这一特殊形式的涂附磨具，借助于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并在一定压力作用下，使砂带与工件表面接触以实现磨削加工的整个过程。 广义地讲,砂带磨削与砂轮磨削同样都是高速运动的“微刃切削刀具”――磨粒的微量切削而形成的累积效应，因而其磨削机理大致上也是相同的。但由于砂带本身的构成特点和使用方式不同，使砂带磨削不论是在磨削加工机理方面，还是其综合磨削性能方面都有别于砂轮磨削，这主要表现在： 1)砂轮磨削是刚性接触磨削，而砂带磨削则是弹性接触磨削，而且即使是在使用无弹性的钢制接触轮的情况时也是如此，因为组成砂带的基材、粘结剂都具有一定的弹性，更何况大多数情况下都采用有弹性的橡胶作接触轮。 正因为如此，砂带磨削除了具有砂轮同样的滑擦、耕犁和切削作用外，还有磨粒对工件表面的挤压作用，并使之产生塑性变形、冷硬层变化和表层撕裂，以及由于摩擦使接触点温度升高，而引起的热塑性流动等综合作用。所以，从这点来看，砂带磨削同时具有磨削、研磨和抛光的多重作用。而这也正是砂带磨削表面质量好的原因。 另一方面，由于砂带的这种弹性磨削特点，还使砂带在磨削区域内与工件接触的长度比砂轮大，同时参加磨削的磨粒数目多，单颗磨粒所受载荷小，且均匀，磨粒破损小。而使整个砂带的磨耗比(磨削材料去除量与砂带磨粒消耗量之比称为磨削比，而磨削比的倒数就称为磨耗比)比砂轮要小得多。 2)砂轮的磨粒在磨削表面上的分布是杂乱无章的，很不规则，实际磨削时，磨粒都是以较大的负前角、小后角甚至负后角的刃口进行切削，切削条件很恶劣。砂带则不同，砂带的磨料是专门制造的，磨粒的几何形状常呈长三角体，并多采用静电植砂等一系列先进工艺制作，磨粒的大小和分布均匀，等高性好，并且是尖刃朝外的形式植于砂带基材表面上，露出复胶
磨削加工 一、磨削特点 磨削是在磨床上用砂轮作为切削刀具对工件进行切削加工的方法。该方法的特点是： 1.由于砂轮磨粒本身具有很高的硬度和耐热性，因此磨削能加工硬度很高的材料，如淬硬的钢、硬质合金等。 2.砂轮和磨床特性决定了磨削工艺系统能作均匀的微量切削，一般 ap=0.001～0.005mm；磨削速度很高，一般可达v=30～50m/s；磨床刚度好；采用液压传动，因此磨削能经济地获得高的加工精度（IT6～IT5）和小的表面粗糙度（Ra=0.8～0.2μm）。磨削是零件精加工的主要方法之一。 3.由于剧烈的磨擦，而使磨削区温度很高。这会造成工件产生应力和变形，甚至造成工件表面烧伤。因此磨削时必须注入大量冷却液，以降低磨削温度。冷却液还可起排屑和润滑作用。 4.磨削时的径向力很大。这会造成机床—砂轮—工件系统的弹性退让，使实际切深小于名义切深。因此磨削将要完成时，应不进刀进行光磨，以消除误差。 5.磨粒磨钝后，磨削力也随之增大、致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口，此特性称为“自锐性”。自锐性使磨削在一定时间内能正常进行，但超过一定工作时间后，应进行人工修整，以免磨削力增大引起振动、噪声及损伤工件表面质量。二、砂轮 砂轮是磨削的切削工具，它由许多细小而坚硬的磨粒和结合剂粘而成的多孔物体。磨粒直接担负着切削工作，必须锋利并具有高的硬度，耐热性和一定的韧性。常用的磨料有氧化铝（又称刚玉）和碳化硅两种。氧化铝类磨料硬度高、韧性好，适合磨削钢料。碳化硅类磨料硬度更高、更锋利、导热性好，但较脆，适合磨削铸铁和硬质合金。
同样磨料的砂轮，由于其粗细不同，工件加工后的表面粗糙度和加工效率就不相同，磨粒粗大的用于粗磨，磨粒细小的适合精磨、磨料愈粗，粒度号愈小。 结合剂起粘结磨料的作用。常用的是陶瓷结合剂，其次是树脂结合剂。结合剂选料不同，影响砂轮的耐蚀性、强度、耐热性和韧性等。 磨粒粘结愈牢，就愈不容易从砂轮上掉下来，就称砂轮的硬度，即砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。容易脱落称为软，反之称为硬。砂轮的硬度与磨料的硬度是两个不同的概念。被磨削工件的表面较软，磨粒的刃口（棱角）就不易磨损，这样磨粒使用的时间可以长些，也就是说可选粘接牢固些的砂轮（硬度较高的砂轮）。反之，硬度低的砂轮适合磨削硬度高的工件。 砂轮在高速条件下工作，为了保证安全，在安装前应进行检查，不应有裂纹等缺陷；为了使砂轮工作平稳，使用前应进行动平衡试验。 砂轮工作一定时间后，其表面空隙会被磨屑堵塞，磨料的锐角会磨钝，原有的几何形状会失真。因此必须修整以恢复切削能力和正确的几何形状。砂轮需用金刚石笔进行修整。 三、平面磨床的结构与磨削运动 磨床的种类很多，主要有平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、万能外圆磨床（也可磨内孔）、齿轮磨床、螺纹磨床，导轨磨床、无心磨床（磨外圆）和工具磨床（磨刀具）等。这里介绍平面磨床及其运动。 1.平面磨床的结构（以M7120A为例，其中：M——磨床类机床；71——卧轴矩台式平面磨床；20——工作台面宽度为200mm;A——第一次重大改进。） 1）砂轮架——安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。 2）滑座——安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下运动。 3）立柱——支承滑座及砂轮架。
先进磨削技术的新发展 摘要：磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，磨削与车、铣削在常规加工材料上竞争可能难分高下。尽管硬车削已经替代了很多磨削加工，但由于粘结技术的进步、高级磨料的应用，磨削依然保持强势。作为先进制造技术中的重要领域，磨削加工技术已在机械、国防、航空航天、微加工、芯片制造等众多领域得到广泛应用。磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料、磨具，高速、高效、高精度磨削工艺及柔性复合磨削、绿色生态磨削方向发展。如今磨削加工的发展趋势，主要包括高速磨削、超高速磨削、精密和超精密磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削及绿色磨削技术。我们也需要了解超高速磨削加工的机理及超高速磨削的优越性，把握高速超高速磨削加工技术的发展前景。 关键词：磨削精密磨削高效磨削超高速磨削 正文：磨削加工技术是利用磨料去除材料的加工方法，也是人类最早使用的生产技艺方法。18世纪中期世界上第一台外圆磨床问世，由石英石、石榴石等天然磨料构成，随后又研制出平面磨床。20世纪40年代末，人造金刚石出现；1957年立方氮化硼研制成功；随着磨削技术的发展，特别是超硬磨料人造金刚石砂轮与立方氮化硼党的应用，磨削加工范围日益增大，磨削加工精度和加工效率也不短提高。 磨削技术发展趋势 如今磨削加工技术正朝着高速化，精细化方向发展。因此，我们了解超高速磨削加工的机理及超高速磨削的优越性，把握高速超高速磨削加工技术的发展前景是很有必要的。主要包括高速磨削、超高速磨削、精密和超精密磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削及绿色磨削技术 首先了解一下精密及超精密磨削机理，精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给（10～15mm/min）对砂轮进行精细修整，以获得众多的等高微刃，加工表面的磨痕较细，加工过程中，由于微切削、滑移、摩擦等综合作用，加工工件达到了小的表面粗糙度值和高的精度要求。超精密磨削则采用较小的修整导程和较小的背吃刀量修整砂轮，靠超细微磨粒等高微刃的磨削作用进行磨削加工。现在我们就对以上提到的磨削技术详细了解一下。 高效磨削技术 高效磨削是一种先进的制造技术，在其不断的发展中达到了一个崭新的水平。所谓高效磨削，是指加大磨削负荷或提高砂轮线速度，增加单位时间金属比切除率和单位时间的金属去除量，以达到和车削、铣削那样高的金属切除率，或者甚至更高。高效磨削主要包括高速磨削、缓进给磨削、高效深磨和砂带磨削，现已成为磨削加工技术发展的总体趋势。高效磨削技术的大力推广可有效地提高磨削效率、加工质量、砂轮耐用度，并降低生产成本。 缓进给磨削 缓进给磨削是继高速磨削之后发展起来的一种高效加工方法，对成型表面的加工有显著的成效。缓进给磨削是强力磨削的一种，又称深切缓进给磨削或蠕动磨削。缓进给磨削与普通磨削的不同在于采用增大磨削深度、降低磨削速度、砂轮与工件有较大的接触面积和高的速度比，达到很高的金属切除率。磨削工件时，只需经过一次或数次行程即可磨到所需的形状和尺寸精度。由于砂轮的磨削深度大，致使砂轮与工件的接触面积加大，有效抑制了磨削时振动的产生，磨
浅谈磨削加工对模具寿命的影响 分析了磨削加工工艺对模具寿命的影响，提出减少磨削缺陷的有效措施，从而保证和提高模具使用寿命。 关键词：磨削加工措施模具寿命 模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。在现代模具生产中采用了先进、高效、高精密机床和自动化生产技术。磨削加工工作量将占模具总的制造工时的25％～45％。我国模具工业发展到今天取得了巨大的进步，但仍然与国外先进水平有较大的差距，在模具寿命上的比较见附表。模具制造的成品质量与模具制造精度密切相关，特别是与模具型腔面的精度和表面粗糙度有着密切关系。 实际生产中，影响模具失效的因素有：①模具结构；②模具材料；③冷热加工的制造工艺（锻造、热处理、切削加工、磨削加工、电加工等）；④模具工作条件。要提高模具寿命，必须对导致模具损伤的原因及各种影响因素进行认真分析，制定克服的办法和措施。 目前，在国际上有两种模具制造工艺路线：一是以提高机械加工与电加工的精度与质量，使手工精加工的工作量降到最低，如高精密机床和高速成型铣床及其加工工艺的发展，为这条工艺路线的发展奠定基础。二是侧重精加工中的抛光和研磨工艺，其
加工工时，与机械加工、电火花加工时间几乎相等。一副模具是由众多的零件组配而成，零件的质量直接影响着模具的质量，而零件的最终质量又是由精加工来保证的。在国内大多数的模具制造企业，精加工阶段采用的方法一般是磨削、电加工及钳工处理。 磨削加工对模具寿命的影响未引起人们的充分重视，由于不正确的磨削工艺，造成工件表面烧伤、磨削裂纹、磨削痕及产生磨削应力，致使后续工序及模具在服役期间的机械疲劳、冷热疲劳产生裂纹的萌生源，严重影响模具的使用寿命。 研究和探讨如何提高磨削加工质量，提高模具使用寿命、延长服役时间，促进采用模具新技术，正是本文的目的。 1 模具的磨削加工 磨削过程的实质是工件被磨削了金属表层，在无数磨粒瞬间的挤压、磨擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。磨削的全过程表现为力和热的作用。 ①在磨削过程中，加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时基体金属温度较低，因此，表面产生热压应力。当磨削结束时，工件表面温度降低，由于表面已产生热态塑性变形并受到基体的限制，故而表面产生残余拉应力，里层产生残余压应力。 ②磨削时，砂轮与工件为弧面接触，砂轮切削时工件产生塑性变形及砂轮与工件间剧烈的摩擦阻力，从而在砂轮与工件间形成大小相等，方向相反的磨削力，同时由于表层材料塑性变形时使工件材料内部金属分子之间产生相对位移，形成内摩擦而发热，砂
精密与超精密磨削技术 一、精密与超精密磨削技术 国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削研究，以获得亚微米级尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削树脂结合剂砂轮金刚石磨粒平均直径可小至4μm。日本用激光研磨过人造单晶金刚石上切出大量等高性一致微小切刃，对硬脆材料进行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料，精度可达0.025μm。日本开发了电解线修整(ELID)超精密镜面磨削技术，使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨运动双端面精密磨削技术，其加工精度、切除率都比研磨高得多，且可获得很高平面度,工具模具制造，磨削保证产品精度质量最后一道工序。技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性作用。磨削脆性材料时，由于材料本身物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨剂后表面比较粗糙。某些应用场合如光学元件，这样粗糙表面必须进行抛光，它虽能改善工件表面粗糙度，但由于很难控制形状精度，抛光后经常会降低。为了解决这一矛盾，80年代末日本欧美众多公司研究机构相继推回了两种新磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding）镜面磨削（Mirror Grinding）。 1.塑性磨削它主要针对脆性材料而言，其命名来源出自该种工艺切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切形式被磨粒从基体上切除下来。所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削（Shere Mode Grindins）。由此磨削后表面没有微裂级形成，也没有脆必剥落时元规则凹凸不平，表面呈有规则纹理。 塑性磨削机理至今不十分清楚切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断，这一切削深度被称为临界切削深度，它与工件材料特性磨粒几何形状有关。一般来说，临界切削深度100μm以下，因而这种磨削方法也被称为纳米磨削（Nanogrinding）。根据这一理论，有些人提出了一种观点，即塑性磨削要靠特殊磨床来实现。这种特殊磨床必须满足如下要求：（1）极高定位精度运动精度。以免因磨粒切削深度超过100μm时，导致转变为脆性磨削。 （2）极高刚性。因为塑性磨削切削力远超过脆性磨削水平，机床刚性太低，会因切削力引起变形而破坏塑性切屑形成条件。 2.镜面磨削顾名思义，它关心不切屑形成机理而磨削后工件表面特性。当磨削后工件表面反射光能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削工件材料不局限于脆性材料，它也包括金属材料如钢、铝钼等。为了能实现镜面磨削，日本东京大学理化研究所NakagawaOhmori教授发明了电解线修整磨削法ELID（Electrolytic In-Process Dressing）。 镜面磨削基本出发点：要达到境面，必须使用尽可能小磨粒粒度，比如说粒度2μm乃至0.2μm。ELID发明之前，微粒度砂轮工业上应用很少，原因微粒度砂轮极易堵塞，砂轮必须经常进行修整，修整砂轮辅助时间往往超过了磨削工作时间。ELID首次解决了仅用微
精密磨削技术的历史与发展 随着科学技术水平不断的提高，磨削加工已广泛应用于金属及其他材料的粗、精加工，是非常重要的切削加工方式。目前，磨削加工已经成为现代机械制造领域中实现精密与超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术，为人们提供高精度、高质量、高度自动化的技术装备的开发和研制。 精密磨削中超硬磨料砂轮 精密磨削技术 磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，一般来讲，按照砂轮线速度的高低可将其进行分类，把砂轮速度低于45 m/s的磨削称为普通磨削，把砂轮速度高于45 m/s的磨削称为高速磨削，把砂轮速度高于150m/s的磨削称为超高速磨削。 按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削（高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削和高速重负荷磨削）。 磨削加工能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围，当前，按磨削精度将磨削分为普通磨削（加工精度＞1μm、表面粗糙度R a0.16~1.25μm）、精密磨削（加工精度1~0.5μm、表面粗糙度R a0.04~1.25μm）、超精密磨削（加工精度≤0.01μm、表面粗糙度R a≤0.01μm）。 精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺，当前是指被加工零件的加工精度为l～0.1μｍ，表面粗糙度值Ra0.2～0.01μｍ的加工技术。 精密磨削是目前对钢铁等黑色金属和半导体等脆硬材料进行精密加工的主要方法之一，在现代化的机械和电子设备制造技术中占有十分重要的地位。 精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整工具以极小而又均匀的微进给（10～15mm /min）。获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨。 由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。高精密磨削的
郑州工业安全职业学院 毕业论文 题目：磨削技术及精密、超精密加工 姓名：赵会海 系别：机电工程系 专业：机电一体化 年级：08 机电二班 指导教师： 年月日
毕业论文成绩评定表 学生姓名赵会海学生所在系机电工程系 专业 班级 机电技术二班 毕业论文 课题名称 磨削技术及精密超精密加工 指导教师评语： 成绩： 指导教师签名： 年月日系学术委员会意见： 签名： 年月日
目录 前言 (1) 第一章磨削理论的研究 (2) 第一节磨削机理 (2) 第二节表面完整性 (2) 第二章砂带磨削技术 (5) 第一节沙袋磨削简介 (5) 第二节磨削工艺的进展 (5) 第三节精密及超精密磨削 (6) 第四节砂带磨削趋势 (7) 第三章精密与超精密磨削技术 (9) 第一节塑性磨削 (9) 第二节镜面磨削 (10) 第四章结论及展望 (14) 参考文献 ............................................. 错误！未定义书签。致谢 (16)
内容摘要 摘要:磨削在现代制造业中占有重要地位，技术发展迅速,国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。当前磨削除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。本文就精密和超精密磨削，砂带磨削,磨削自动化进行了研究与论述。 关键词:磨削技术, 砂带磨削, 磨削自动化 Abstract：The grinding holds the important status in the modern manufacturing industry, the technological development is rapid, domestic and foreign all uses the ultra microfinishing, the precise conditioning, the tiny grinding compound grinding tool carries on the submicron level to undercut the deep grinding the research, obtains the submicron level the size precision.Outside the current grinding except to ultra precise, the high efficiency and the ultra hard grinding compound direction develops, the automation also is one of grinding technological development important directions.This article on precise and the ultra microfinishing, the belt grinding, the grinding automation has conducted the research and the elaboration. Key word:ELID grinding technology, belt grinding, grinding automation.
磨削加工教案-3(总5页)
磨削加工教案 一、教学目的及要求 1．了解磨床的类型、运动和磨削方法。 2．能独立操作平面磨床磨削平面。 3．在指导人员的指导下操作外圆磨床磨削外圆、外圆锥面。 4．遵守磨削加工安全操作规程。 二、教学进程（总时间0.5天） 三、教具 1．磨床液压传动示教系统。 2．零件图纸。 3．轴类工件，长方体、正方体、六方体等工件，千分尺，表面粗糙度比较块。 4．磨削加工工艺方法挂图。 磨削加工讲授内容 一、磨削的工艺特点及应用 磨削加工是零件精加工的主要方法。磨削时可采用砂轮、油石、磨头、砂带等作磨具，而最常用的磨具是用磨料和粘结剂做成的砂轮。通常磨削能达到的精度为IT7~IT5，表面粗糙度Ra值一般为0.8~0.2μm。 磨削的加工范围很广，不仅可以加工内外圆柱面、内外圆锥面和平面，还可加工螺纹、花键轴、曲轴、齿轮、叶片等特殊的成形表面。
从本质上来说，磨削加工是一种切削加工，但和通常的车削、铣削、刨削等相比却有以下的特点： 1．磨削属多刃、微刃切削 砂轮上每一磨粒相当于一个切削刃，而且切削刃的形状及分布处于随机状态，每个磨粒的切削角度、切削条件均不相同。 2．加工精度高 磨削属于微刃切削，切削厚度极薄，每一磨粒切削厚度可小到数微米，故可获得很高的加工精度和低的表面粗糙度值。 3．磨削速度大 一般砂轮的圆周速度达2000~3000m/min，目前的高速磨削砂轮线速度已达到60~250m/s。故磨削时温度很高，磨削区的瞬时高温可达800~1000℃，因此磨削时必须使用切削液。 4．加工范围广 磨粒硬度很高，因此磨削不但可以加工碳钢、铸铁等常用金属材料，还能加工一般刀具难以加工的高硬度、高脆性材料，如淬火钢、硬质合金等。但磨削不适宜加工硬度低而塑性大的有色金属材料。 磨削加工是机械制造中重要的加工工艺，已广泛用于各种表面的精密加工。许多精密铸造成形的铸件、精密锻造成形的锻件和重要配合面也要经过磨削才能达到精度要求。因此，磨削在机械制造业中的应用日益广泛。 二、砂轮 1．砂轮的组成 砂轮是由磨料和结合剂经压坯、干燥、烧结而成的疏松体，由磨粒、结合剂和气孔三部分组成。砂轮磨粒暴露在表面部分的尖角即为切削刃。结合剂的作用是将众多磨粒粘结在一起，并使砂轮具有一定的形状和强度，气孔在磨削中主要起容纳切屑和磨削液以及散发磨削液的作用。 2．砂轮特性 1）磨料 磨料是砂轮的主要成分，它直接担负切削工作，应具有很高的硬度和锋利的棱角，并要有良好的耐热性。常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系三种，其代号、性能及应用详见下表。 2）粒度 粒度用来表示磨料颗粒的大小。一般直径较大的砂粒称为磨粒，其粒度用磨粒所能通过的筛网号表示；直径极小的砂粒称为微粉，其粒度用磨粒自身的实际尺寸表示。一般粗磨和磨软材料时选用粗磨粒；精磨或磨硬而脆的材料时选用细磨粒。常用磨料的粒度号为30#~100#。粒度号越大，磨料越细。
精密磨削加工技术的应用与发展 作者：王永康 摘要：精密磨削加工技术是现代机械制造业的一项关键技术之一，对人们的生产生活、国家国防与航空航天建设、社会的经济发展有着相当重要的作用。本文主要阐述了精密加工技术的原理、现行状况、发展趋势等。 关键词：精密磨削加工、磨削机理、磨削技术的发展、磨削技术的未来 引言 随着科学技术水平不断的提高，磨削加工已广泛应用于金属及其他材料的粗、精加工，是非常重要的切削加工方式。目前，磨削加工已经成为现代机械制造领域中实现精密与超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术，为人们提供高精度、高质量、高度自动化的技术装备的开发和研制。 磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工艺方法，一般来讲，按照砂轮线速度的高低可将其进行分类，把砂轮速度低于45 m/s的磨削称为普通磨削，把砂轮速度高于45 m/s的磨削称为高速磨削，把砂轮速度高于150m/s的磨削称为超高速磨削。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削（高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削和高速重负荷磨削）。磨削加工能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围，当前，按磨削精度将磨削分为普通磨削（加工精度＞1μm、表面粗糙度R a0.16~1.25μm）、精密磨削（加工精度1~0.5μm、表面粗糙度R a0.04~1.25μm）、超精密磨削（加工精度≤0.01μm、表面粗糙度R a≤0.01μm）。 一、精密磨削的内涵： 精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺，当前是指被加工零件的加工精度为l～0.1μｍ，表面粗糙度值Ra0.2～0．01μｍ的加工技术。精密磨削是目前对钢铁等黑色金属和半导体等脆硬材料进行精密加工的主要方法之一，在现代化的机械和电子设备制造技术中占有十分重要的地位。 精密磨削主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整工具以极小而又均匀的微进给（10～15mm /min）。获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采 用无火花光磨。由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。高精密磨削的切屑很薄，砂轮磨粒承受很高的应力，磨粒表面受高温、高压作用，一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮磨削。 二、磨削机理 精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮,主要靠对砂轮的精细修整,使用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给(10～15mm/min),获得众多的等高微刃,加工表面磨削痕迹微细,最后采用无火花光磨,由于微切削、滑移和摩擦等综合作用,达到低表面粗糙度值和高精度要求.超精密磨削采用较小修整导程和吃刀量修整砂轮,靠超微细磨粒等高微刃磨削作用进行磨削。精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处： 1)超微量切除.应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮,使磨粒细微破碎而产生微刃。一颗磨粒变成多颗磨粒,相当于砂轮粒度变细,微刃的微切削作用就形成了低粗糙度。 2)微刃的等高切削作用.微刃是砂轮精细修整而成的,分布在砂轮表层同一深度上的微刃数量多,等高性好,从而加工表面的残留高度极小。 3)单颗粒磨削加工过程.磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体,单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中,开始是弹性区,继而是塑性区、切削区、塑性区,最后是弹性区,这与切屑形成形状相符合。
第十二章磨削 磨削用于加工坚硬材料及精加工、半精加工 内圆磨削 外圆磨削 平面磨削普通平面磨削 圆台平面磨削 超精磨削加工 第一节砂轮的特性及选择 砂轮由磨料、结合剂、气孔组成 特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织决定 一、磨料 分为天然磨料和人造磨料 人造磨料氧化物系刚玉系（Al2O3） 碳化物系碳化硅系碳化硼系 超硬材料系人造金刚石系立方氮化硼系 二、粒度 表示磨粒颗粒尺寸的大小 ＞63μm号数为通过筛网的孔数／英寸（25.4mm）机械筛分一般磨粒 ＜63μm号数为最大尺寸微米数（W）显微镜分析法微细磨粒 精磨细粒降低粗糙度 粗磨粗粒提高生产率 高速时、接触面积大时粗粒防烧伤 软韧金属粗粒防糊塞 硬脆金属细粒提高生产率 国标用磨粒最大尺寸方向上的尺寸来表示 三、结合剂 作用：将磨料结合在一起，使砂轮具有必要的强度和形状 1、陶瓷结合剂（A）常用 由黏土等陶瓷材料配成 特点：粘结强度高、耐热、耐酸、耐水、气孔率大、成本低、生产率高、脆、不能承受侧向弯扭力 2、树脂结合剂（S）切断、开槽 酚醛树脂、环氧树脂 特点：强度高、弹性好、耐热性差、易自砺、气孔率小、易糊塞、磨损快、易失廓形、与碱性物质易反应、不易长期存放 3、橡胶结合剂（X）薄砂轮、切断、开槽、无心磨导轮 人造橡胶 特点：弹性好、强度好、气孔小、耐热性差、生产率低 4、金属结合剂（Q）磨硬质合金、玻璃、宝石、半导体材料 青铜结合剂（制作金刚石砂轮） 特点：强度高、自砺性差、形面成型性好、有一定韧性
四、硬度 在磨削力作用下，磨粒从砂轮表面脱落的难易程度 分为超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬 工件材料硬砂轮软些防烧伤 工件材料软砂轮硬些充分发挥磨粒作用 接触面积大软砂轮 精度、成形磨削硬砂轮保持廓形 粒度号大软砂轮防糊塞 有色金属、橡胶、树脂软砂轮防糊塞 五、组织 磨粒、气孔、结合剂体积的比例关系 分为：紧密（0～3）、中等（4～7）、疏松（8～14）（磨粒占砂轮体积％↘）气孔、孔穴开式（与大气连通）占大部分，影响较大 闭式（与大气不连通）尺寸小、影响小 开式空洞型 蜂窝型前两种构成砂轮内部主要的冷却通道 管道型5～50μm 六、砂轮的型号标注 形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许最高圆周线速度 P300x30x75WA60L6V35 外径300，厚30，内径75 第二节磨削运动 一、磨削运动 1、主运动 砂轮外圆线速度 m/s 2、径向进给运动 进给量fr 工件相对砂轮径向移动的距离 间歇进给 mm/st 单行程 mm/dst 双行程 连续进给 mm/s 3、轴向进给运动 进给量fa 工件相对砂轮轴向的进给运动 圆磨 mm/r 平磨 mm/行程 4、工件速度vw 线速度 m/s 二、磨削金属切除率 ZQ＝Q/B＝1000·vw·fr·fa/B mm^3/(s·mm) ZQ：单位砂轮宽度切除率 Q：每秒金属切除量用以表示生产率 B：砂轮宽度 三、砂轮与工件加工表面接触弧长
. . ELID超精密磨削技术综述 蔡智杰 天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生 摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。 关键词：在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理 0 引言 随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。 1 ELID磨削的基本原理 ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。从而获得稳定厚度的氧化层，使砂轮磨粒获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间，实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。1.1 系统做成 ELID磨削的必备装置主要有磨床、电源、电解装置、电解液和砂轮五个要素。详述如表1所示： 表1 ELID磨削机床的组成 1.2 系统工作原理 ELID磨削原理如图1所示。金属结合剂超硬磨料砂轮的转轴与电刷的接触而接通电源正极作为阳极，铜电极（工具电极）与电源负极相接作为阴极。砂轮与负极之间存在100~500μm的间隙（间距可调），利用喷嘴喷出具有电解功能的磨削液使之充满间隙[2]。在高电压（60~120v）和高脉冲频率电源的作用下，使磨削液电解产生阳极溶解效应，将砂轮表层的金属基体电解去除，与此同时，在砂轮表面会产生一层绝缘的钝化膜能有效抑制金属基体的过度电解，以减少砂轮基体的过分电解损耗。因为氧化膜极易磨损，从而容易使新的磨粒露出锋利的棱角以达到修锐效果。整个加工过程中电解作用与钝化膜的抑制作用达到动态平衡，保证了磨粒的恒定的突出量，使砂轮在加工过程中始终保持有磨粒突出的最佳磨削状态。该技术将砂轮的在线修整与磨削过程结合在一起，从而实现对工件的连续超精密