3.6 磨削过程及磨削机理
一、磨削过程及切屑形成机理
磨粒微小切削刃不规则，磨削过程复杂磨粒形状、大小各异，一般
都有钝圆半径，磨粒以较大
的负前角进行切削。
切削刃排列不规则，随机
分布状态。
磨削过程大致分为三个阶段：1.滑擦阶段
工件表层产生弹
性变形和热应力
2.刻划阶段
产生塑性变形沟痕
隆起现象和热应力
3.切削阶段
切削厚度、切应力
和温度达一定值，
材料明显滑移形成切屑。
二、磨削加工的特点
1.磨削过程复杂，单位磨削力很大
磨粒形状及分布不合理，切削厚度小，挤压摩擦严重，单位能耗大。
2.切深抗力大
磨粒负前角，
F p /F
c
＝2～3,
系统弹性变形，最后进行几次光磨。
3.磨削速度高、磨削温度高
35～50 m/s, 挤压摩擦严重，单位能耗大，砂轮导热性差,瞬时高温可达800～1000℃，要用切削液。
4.砂轮有自锐性
部分地恢复砂轮的切削能力，仍需对砂轮进行修整。5.可加工高硬度材料
除加工一般材料外，可加工淬硬钢、耐热钢、硬质合金等，但不宜精加工韧性较大的有色金属。
6.加工工艺范围广泛
可加工外圆面、内孔、平面、螺纹、齿形等成形面，不仅用于精加工，也可用于粗加工、毛坯去皮加工。
《精密与特种加工技术》课后答案 第一章 1.精密与特种加工技术在机械制造领域的作用与地位如何 答：目前，精密和特种加工技术已经成为机械制造领域不可缺少的重要手段，在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用，尤其在国防工业、尖端技术、微电子工业方面作用尤为明显。由于精密与特种加工技术的特点以及逐渐被广泛应用，已引起了机械制造领域内的许多变革，已经成为先进制造技术的重要组成部分，是在国际竞争中取得成功的关键技术。精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。 2.精密与特种加工技术的逐渐广泛应用引起的机械制造领域的那些变革 答：⑴提高了材料的可加工性。 ⑵改变了零件的典型工艺路线。 ⑶大大缩短新产品试制周期。 ⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。 ⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。 3.特种加工工艺与常规加工工艺之间有何关系应该改如何正确处理特种加工与常规加工之 间的关系 答：常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。 4.特种加工对材料的可加工性以及产品的结构工艺性有何影响举例说明. 答：工件材料的可加工性不再与其硬度，强度，韧性，脆性，等有直接的关系，对于电火花，线切割等加工技术而言，淬火钢比未淬火钢更容易加工。 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响，以往普遍认为方孔，小孔，弯孔，窄缝等是工艺性差的典型，但对于电火花穿孔加工，电火花线切割加工来说，加工方孔和加工圆孔的难以程度是一样的，相反现在有时为了避免淬火产生开裂，变形等缺陷，故意把钻孔开槽，等工艺安排在淬火处理之后，使工艺路线安排更为灵活。 第二章 1.简述超精密加工的方法，难点和实现条件 答：超微量去除技术是实现超精密加工的关键，其难度比常规的大尺寸去除加工技术大的多，因为：工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随即的。精度难以控制，工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大的影响，去除层越薄，被加工便面所受的切应力越大，材料就
1 磨削表面残余应力的形成机理 塑性凸出效应的影响 磨削时，由于磨粒切刃具有大的负前角，变形区的塑性变形非常严重，在磨粒刃尖前方区域将形成复杂的应力状态。在磨粒切刃刚走过的表面部分上，沿表面方向出现塑性收缩、而在表面的垂直方向出现拉伸塑性变形——这就是塑性凸出效应，结果磨削表面出现残余拉应力。 挤光作用的影响 在切削加工过程中，刀具和工件之间会产生作用力。垂直于被加工表面的作用力和由此产生的摩擦力一起对被加工表面产生挤光作用。当刀刃不锋利或切削条件恶劣时，挤光作用的影响更为明显，挤光作用会使零件表面产生残余压应力。 热应力的影响 磨削时，磨削表面层在磨削热的作用下产生热膨胀，而此时基体温度较低，磨削表面层的热膨胀受到基体的限制而产生压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形所允许的温度时，表面层的温度下降至与基体温度一致时，表面层产生残余拉应力。 磨削液冷却效应 磨削过程中，由于磨削液的使用，磨削表面层在冷却过程中会产生一个降温梯度，它与热应力的影响刚好相反，它可减缓由热应力造成的表面残余拉应力。 磨削过程中，除了上述影响残余应力的因素外，还有表面层的二次淬火及表层的回火现象。 2 磨削表面残余应力数学模型的建立 通过上述分析可知，影响磨削表面残余应力的主要因素可归纳为：磨削力、磨削温度和磨削液的冷却性。力和温度是磨削过程中产生的两种磨削现象，直接对残余应力产生影响；而磨削液对残余应力的影响，一方面是通过表面的降温过程直接产生的，另一方面是通过对力和温度的影响间接产生的。本文试图通过对力和温度的试验数据，以及磨削表面二维残余应力
测试数据的数学处理，给出一种反映力、温度和磨削液的冷却性能与表面残余应力关系的数学模型。数学模型中应包括上述影响磨削表面残余应力的因素，即 σRT=σF+σR+σL 式中：σRT——磨削表面残余应力 σF——磨削力的影响 σR——磨削温度的影响 σL——磨削液冷却性能的影响 1) 磨削力与残余应力关系的数学模型 首先依据图1所示的模型来分析残余应力与塑性变形之间的关系。图1a为自由状态下的两个弹簧，图1b为两个弹簧被放入刚性板之间的状态。根据平衡条件可得出 N=k1k2(l1-l2)/(k1+k2) 式中：N——两个弹簧被放入刚性板后弹簧的内力 l1、l2——两个弹簧在自由状态下的长度 k1、k2——两个弹簧的弹性系数 l1-l2可看作是本文意义上的塑性变形。从上式中可得出，内力与塑性变形呈正比，即残余应力与塑性变形呈正比。 图1 残余应力与塑性变形关系模型 图2为应力σ与应变ε关系的简化模型。从图中可知 εB=(σB-σS)/E1+εSε＇A=εB/E
精密和超精密砂带磨削时磨削机理的研究现状及发展趋势 机电工程系 20124329049 齐伟 摘要：介绍了砂带磨削的特点、应用及关键技术，论述了砂带磨削技术的发展趋势。砂带磨削作为一种新的加工技术，在国外已得到广泛应用，发展非常迅速。砂带磨削是一种高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法，它对于各种材料及形状零件加工的适应性和灵活性远超过常规砂轮磨削工艺。 关键词：砂带；磨削；砂带磨削 目录 一、砂带磨削的机理和特点 (1)
二、国内外砂带磨削技术的研究及应用现状 (3) 三、砂带磨削趋势 (6) 引言： 随着汽车、建材、航空及轻工业的进步和发展, 对金属材料和非金属材料特别是难加工材料如不锈钢、钛合金、半导体材料、陶瓷材料等的表面加工质量、
精度、完整性等提出了更高要求, 若采用传统的车削、铣削等工艺方法难以满足这些要求。而砂带磨削作为一种磨削和抛光的新工艺, 是一种优质、高效、低耗的加工方法, 已成为精密、超精密加工的有效方法之一, 在各行各业发挥着越来越大的作用, 现已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的领域, 具有很大的发展潜力。 一、砂带磨削的机理和特点 1.砂带的结构特点： 砂带是特殊形态的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要是由粘附在基底上的磨粒来完成。 如上图所示，砂带由基材、磨料和粘结剂三要素组成。基材可以是布或纸；粘接剂为胶或人造树脂；磨料可为刚玉、碳化硅或者玻璃砂等。基材在运动的过程中采用高压静电植砂的办法粘结上磨粒，因此砂带上的磨粒几乎都是垂直于基底，锐端向外，定向排列，分布均匀，多刃也基本上是等高排列的。 2.砂带磨削的切削原理： 砂带磨削是根据工件的形状与大小，以相应的方式，使高速运转的砂带与工件表面接触进行磨削或抛光的一种新工艺。 砂带机一般由电机、砂带、接触轮、张紧轮、张紧弹簧与支架、吸尘器及其它辅助部件等组成： 接触轮通常多采用橡胶轮，具有弹性接触的性能，并能在磨削的过程中起一定
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
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
磨削温度对磨削效果的影响 磨削温度对磨削效果的影响 大量的磨削热将会软化工件表面，使其塑性增加，有利于磨屑的形成。但对被磨工件表面质量、磨和机床等也有不利的影响。对工件的影响主要表现在工件表面质量和加工精度两 方面。 磨削的高温会使工件表面层金相组织发生变化。当磨削温度未超过工件的相变温度时，工件表面层的变化主要决定于金属塑性变形所产生的强化和因磨削热作用所产生的恢复这两个过程的综合作用，磨削温度可以促使工件表面层冷作硬化的恢复；如果磨削温度超过了工件金属的相变临界温度，则在金属塑性变形的同时，还可能产生金属组织的相变。磨削的瞬间温度过高而且集中在工件表面层的局部部位，将造成工件表面层金相组织的局部变化，这种变化叫磨削烧伤。烧伤现象将引起工件表面层机械性能下降，主要是降低工件硬度和耐磨性。磨削烧伤可分为两类：第一类是指工件磨削温度尚未达到工件材料的临界温度，仅仅使工件表面层产生回火现象，这时表面层金相组织出现回火层。第二类是指工件磨削温度超过工件材料的临界温度，在通过磨削区时由于急速冷却而产生二次淬火现象，此时表面层的金组织由回火层和二次淬火形成的索氏状、托氏体组成。更高的瞬时磨削温度在磨削过程和冷却过程中造成工件表面层与母体金属很大的温度差，形成很大的热应力。如果热应力超过材料的强度，就会使工件产生磨削裂纹，特别是在工件冷却过程中，如果表面层与母体金属有较大的温度差，那么表面层就会形成很大的拉应力，并保持位伸残余应力，甚至产生表面裂纹。裂纹的存在，哪怕是十分细小的微裂纹，也会极大地降低工件的疲劳强度，大大缩短工件的使用寿命。由以上所述可以看到，影响磨削烧伤的主要因素是磨削瞬间时的高低，而磨削裂纹和残余应力的起因则为被磨工件表面层的温度梯度，这一点在磨削那些导热系数的抗拉强度低的材料时更应特别注意。有时在磨削导热性差的材料时，为了减少温度梯度，可以用加热被磨工件的方法来降低磨削温度的梯度，防止产生磨削裂纹。磨削温度使砂轮中的磨粒在加工时反复承受磨削热所形成的温度应力，对磨粒的强度和耐磨性都有不利的影响。对树脂结合剂和橡胶结合剂来讲，过高的磨削温度会导致树脂和橡胶碳化，加速磨具的磨损。磨削温度还会引起磨削区内强烈的化学反应，致使磨粒很快磨损而失去切削的能力。高的磨削温度会使所用机床产生热变形，从而影响机床 精度。
1、精密和超精密加工的三大领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。 2、金刚石刀具进行超精密切削时，适合加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属 和某些非金属材料。 3、最硬的刀具是天然单晶金刚石刀具。金刚石刀具的的寿命用切削路程的长度计算。 4、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性 能状态、切削时的环境条件等直接相关。 5、影响超精密切削极限最小切削厚度最大的参数是切削刃钝圆半径r n。 6、金刚石晶体有3个主要晶面，即（100）、（110）、（111），（100）晶面的摩擦因数曲线有 4个波峰和波谷，（110）晶面有2个波峰和波谷，（111）晶面有3个波峰和波谷。 以摩擦因数低的波谷比较，（100）晶面的摩擦因数最低，（111）晶面次之，（110）晶面最高。 比较同一晶面的摩擦因数值变化，（100）晶面的摩擦因数差别最大，（110）次之，（111）晶面最小。 7、实际金刚石晶体的（111）晶面的硬度和耐磨性最高。 推荐金刚石刀具的前面应选（100）晶面。 8、（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之，（111）晶面磨削率最 低，最不容易磨。 9、金刚石的3个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差很大。现在习惯上把高磨 削率方向称为“好磨方向”，把低磨削率方向称为“难磨方向”。 10、金刚石磨损本质是微观解离的积累；破损主要产生于（111）晶面的解离。 11、金刚石晶体定向方法：人工目测定向、X射线晶体定向、激光晶体定向。其中激光晶体 定向最常用。 12、金刚石的固定方法有：机械夹固、用粉末冶金法固定、使用粘结或钎焊固定。 13、精密磨削机理包括：微刃的微切削作用，微刃的等高切削作用，微刃的滑挤、摩擦、 抛光作用。 14、超硬磨料砂轮修整的方法有：车削法、磨削法、滚压挤轧法、喷射法、电加工法、超 声波振动修整法。电解在线修锐法（ELID—electrolytic in—process dressing），原理是利用电化学腐蚀作用蚀出金属结合剂。. 15、砂带磨削的方式包括闭式砂带磨削和开式砂带磨削，又称为“弹性”磨削、“冷态”磨 削、“高效”磨削、“廉价”磨削、“万能”磨削。 16、超精密机床主轴的驱动方式主要有：电动机通过带传动驱动机床主轴、电动机通过柔 性联轴器驱动机床主轴、采用内装式同轴电动机驱动机床主轴。 17、今年生产的中小超精密机床多采用T形机床总体布局。 18、保证零件加工精度的途径： ○1靠所用的机床来保证，即机床的精度要高于工件所要求的精度，这是“蜕化”原则，也称之为“母性”原则。 ○2在精度比工件要求较低的机床上，利用误差补偿技术，提高加工精度，使加工精度比机床原有精度高，这是“进化”原则，也称之为“创造性”原则。 19、提高现有设备加工精度的途径：误差的隔离和消除和误差的补偿。 20、加工精度的检测分为：离线检测、在位检测和在线检测。 21、误差补偿的形式或方法包括：误差的修正、校正、抵消、均匀化、钝化、分离等。 22、误差补偿系统的组成：误差信号的检测、误差信号的处理、误差信号的建模、补偿控 制和补偿执行机构。
磨削知识
磨削加工和砂轮 1.磨削加工 1-1 磨削加工的位置 磨削加工是机械作业的一个领域,在磨削加工方面是使用砂轮对车刀、刀具等磨削工具进行加工的方法。 表1 机械作业法的分类 1-2 磨削加工的概念 1-2-1 磨削加工的定义
磨削加工一般使用高速旋转的砂轮,利用构成这个砂轮的极硬的微细磨料来切削加工物的加工方法。 1-2-2 磨削加工的特点以及缺点 磨削加工与切削加工相比,具有以下特点。 (1)能够很容易的切削使用切削工具所不能切削的硬质或脆性材料。 砂轮的切刃是非常硬的矿物质的粒子,能够很容易的加工超硬合金和 陶瓷器具。 (2)能够很容易的得到要求的加工面粗糙度以及精度。 构成砂轮的一个一个切刃很小,并在高速旋转下使用,切屑极小。即, 比使用切削工具得到的加工面的粗糙度好,尺寸精度也好。 (3)加工率极好 砂轮的周速度为10 – 80m/s,比切削工具的速度高数倍到数十倍。因 此,一个一个的切屑很细微,而且加工率极好。 (4)切刃的自锐作用 在使用中,砂轮由于切刃的磨损,而导致切削阻力增大,磨料裂开或脱 落,产生新的切刃和气孔。因此,不象一般的切削工具那样需要重新研 磨。 (5)因为磨削点的温度高,是导致烧裂的原因 磨削作业中,磨削点的温度很容易超过1000℃,这是磨削加工的一个大 缺点。因此,为了不使产生烧裂现象,需要使用性能良好的磨削液进行 充分的冷却。 (6)使用高速旋转的砂轮
由于砂轮是高速旋转的,所以万一损坏的话,具有产生重大灾害的危险 性。因此,需要充分考虑包括工作人员以及工作环境在内的安全性。 1-2-3 磨削加工的分类 在磨削加工的分类方面,存在各种各样的考虑方法,如果根据它的的作业 方法分类,包括如下几种。 (1)圆筒磨削 ---------------------- 纵向进给磨削方式(Traverse Cut) (Cylindrical Grinding) 横向进给磨削方式--斜置横向进 给磨削方式 (Plunge Cut) (Angular Slide Plunge Cut) 纵向进给磨削横向进给磨削斜置横向 进给磨削 (2)内面磨削(Internal Grrinding) 普通式(Plain type) 行星式(Planetary type) 无心式–集结式
1.精密加工研究包括哪些主要内容？ 精密加工机床，金刚石刀具，精密切削机理，稳定的加工环境，误差补偿，精密测量技术二.实现精密与超精密加工应具备哪些条件？试结合金刚石刀具精密切削简述切削用量对加工质量的影响及主要控制技术？ ①精密加工机床-精密机床主轴轴承要求具有很高的回转精度，转动平稳，无振动，其关键在于主轴轴承 ②金刚石刀具-金刚石刀具的刀口半径只能达到0.1-0.3/um。当刃口半径小于0.01um时，必须解决测量上的难题。金刚石晶体的晶面选择。金刚石刀具刃口的锋利性 ③精密切削机理-掌握其变化规律 ④稳定的加工环境-包括恒温防振和空气净化 ⑤误差补偿-通过消除或抵消误差本身的影响，达到提高加工精度的目的 ⑥精密测量技术-精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级 3.试述常用几种主轴轴承的特点，并说明为什么目前大部分精密和超精密机床采用空气轴承？ ①液体静压轴承-特点：转动平稳无振动，达到较高的刚度 空气轴承-特点：刚度低，承受载荷小 ②空气轴承造成的热变形小，刚度低，只能承受较小的载荷，超精密切削时切削力小，空气轴承能满足要求 4.试述在线检测和误差补偿技术在精密加工中的作用 精密和超精密加工的精度是依靠检测精度来保证的，而为了消除误差进一步提高加工精度，必须使用误差补偿技术 5.常用微量进给装置有哪些种类与作用？ ①机械传动或液压传动式②弹性变形式③热变形式④流体膜变形式⑤磁致伸缩式⑥电致伸缩式作用：为了实现精密与超精密加工 6.金刚石刀具破损形式 ①裂纹：结构缺陷可产生裂纹，另外当切屑经过刀具表面时，金刚石收到循环应力的作用也可产生裂纹②碎裂：由于金刚石材料较脆，在切削过程中收到冲击和振动都会使金刚石刀刃产生细微的解理形成碎裂③解理：金刚石晶面方面选择不当，切削力容易引起金刚石的解理，刀具寿命下降 7.金刚石刀具磨损形式 ①机械磨损②破损③碳化磨损 8.微量进给机构的作用及类型 ①电致伸缩微量进给装置，作用：用于误差在线补偿②机械结构弹性变形微量进给装置，作用：用于手动操作③压电或电致伸缩微量进给装置，作用：用于实现自动微量进给 9.导轨类型 ①滚动导轨②液体静压导轨③气浮导轨和空气静压导轨 10.为什么精密切削加工会产生碾压作用？ 在刃口圆弧处，不同的切削深度，刀具的实际前角是变化的，实际前角为较大的负前角，在刀具刃口圆弧处将产生很大的挤压摩擦作用，被加工表面将产生残余压应力 1.精密磨削加工按磨料加工大致分为哪几类？试述其特点及适用场合 ①磨料加工，固结磨料加工：磨削，砂轮磨削，砂带磨削研磨等 游离磨料加工：抛光，研磨：干式研磨，湿式研磨，磁式研磨。滚磨：回转式，振动式，离心式，主轴式，涡流式，衍密等②特点磨削除可以加工铸铁、碳钢。合金钢等一些一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料如淬火钢，但不宜精加工塑性
２．１切削力模型 为分析薄壁件变形问题，需建立受力模型、变形模型及数控补偿模型。而建立准确的受力模型是第一步关键的工作。 图ｌ立铣切削受力模型示意图 加工薄壁件多用立铣，所以首先建立立铣切削受力模型，如图ｌ所示。立铣刀参与切削的部分为侧刃、底刃和刀尖圆角半径。其中侧刃的受力模型经分析可采用Ｋｌｉｎｅ的平均力模型陋１。建模过程简述如下：因为切削力的大小与切削厚度有关，为方便分析，在侧刃上将总的切削面积划分为许多如图１所示’麓盒飘曩ｌ。麟寒科学蒸龛鏖赫撩≈≮蝴瓢摹２０醍）簿肭礴且．，，二∽，， ”作誊筒介ｔ芏瘩剐（ｆ鲫＇．鬻Ｄ，“舅，‘汉族。江茵省景弛镇市。５ｂＩｏ箩ｌ班娥士研究生 ３８现代企业与先进制造技术高层论坛 的负载单元，通过计算所有处在切削区域的每个单元负载，即可获得力的空间分布状态。 对于立铣刀底刃和Ｉ刀尖圆角半径部分的受力模型，可参考面铣的受力模型口３建立。建模过程简述如下：将切削力分解成垂直于刀具前刀面的法向力和刀具前刀面上的摩擦力，将某一瞬时处于切削区域所有的法向力和摩擦力分解到Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向，并与测量的切削力建立方程，通过求解可得到模型常量，进而可建立得底刃和刀尖圆角半径部分的受力模型。 ２．２切削力对侧壁变形的影响及措施 由于切削力的作用，工件的侧壁会产生“让刀”变形。针对侧壁加工的变形特征，可以从两方面考虑对其进行精度控制。其一为在常规铣削方式下，通过刀具或工件倾斜进行过切补偿：其二为利用高速加工技术进行分层对称铣削
来控制其加工精度。 Ｃ—ｃ．Ⅳ＾ 薄 图２过切补偿原理示意图 如图２所示，薄壁件上端刚性较差，在切削力作用下容易产生弹性变形，Ａ，Ｃ两点分别移到彳’，ｃ两点，刀具仅切除Ａ＇ＢＤＣ部分的材料。走刀过后薄壁弹性恢复，残留ＣＤＣ。部分材料未被切除，造成了壁厚加工误差，因此薄壁件加工壁厚超差主要是由于让刀而少切了一块材料。若刀具能倾斜一个角度，即刀具由ＤＣ位置向ＤＣ位置偏摆，则在工件最下端径向切深不变，而在工件最上端径向切深增量为万。径向切深增大导致切削力的增大，进而变形增大，设刀具偏摆后加工中工件变形为万，。工件回弹后的实际变形将取决于过切的程度与加工中工件变形的程度，若偏摆角度合适，过切与变形部分正好抵消。，分层对称加工不仅切削力小，能减小加工变形，而且能使应力分布均匀化，同时可以采用大径向切深、小轴向切深加工并充分利用零件整体刚性，是一种有效而实用的侧壁加工工艺方法。 ２．３切削力对腹板变形的影响及措施 图３为腹板变形示意图，在切削力的作用下，刀具和薄壁件的切削平面都不在正确的位置上。 实切削平面 计划的切削平面 工件的切削平面 图３腹板变形示意图 ＨａｒｕｋｉＯＢＡＲＡｔ４１等人提出的低熔点合金（ＬｏｗＭｅｌｔｉｎｇＡｌｌｏｙ）辅助切削方案有效地解决了薄板的加工变形问题。该方案指出，利用熔点低于１００℃的ＬＭＡ“Ｕ－ＡＬＬＯＹ７０”作为待加工薄
一篇关于切削加工表面残余应力研究的好文章 残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，自20世纪50年代以来国内外技术人员花费了大量的精力研究残余应力的 产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响。Guo 等通过试验的方法研究了车削和磨削产生的不同性质 的残余应力对工件疲劳强度的影响；Seo等通过试验和有限元模拟的方法揭示了在车轮制造和火车刹车过程中引起的 残余应力和火车车轮疲劳寿命之间的代数关系；Liu 等用试验的方法研究了残余应力对滚动接触疲劳强度的影响[4]；董辉跃等研究了材料去除过程中残余应力的重新分布及该过 程所引起的工件变形；孙杰等基于理论计算和有限元模拟, 研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变 形的影响；Hiroyuki 等研究了不同加工参数引起的残余应力对零件疲劳强度的影响[7]，并且结合正交切削模型和刀尖圆角压痕模型建立了残余应力预测模型；王立涛对于铣削加工
航空框类整体结构件时的残余应力和变形机理进行了研究，并将研究成果应用于实际生产。在机械加工过程中残余应力的存在不仅影响零件的加工精度而且影响零件的使用性能 和寿命。因此，充分了解残余应力产生的机理并掌握残余应力测量和消除方法对于充分利用残余应力的有益的一面，避免残余应力带来的危害以及改进加工工艺，延长工件的使用寿命和确保安全生产是十分有意义的。本文主要研究了切削加工过程中残余应力产生的机理，并对残余应力的测量方法以及残余应力的调整和消除手段进行了较为系统的阐述和 比较，提出了在残余应力检测和消除领域的一些建议，为进一步研究提供参考和借鉴。 残余应力的定义和分类1 残余应力的定义残余应力是指在 没有外力作用于物体时，物体内部保持平衡的应力。在没有外力的作用下，物体内部保持平衡的应力称为固有应力，残余应力是固有应力的一种。现在用一个简单的例子说明残余应力的产生。假设图1中3根弹簧在自由状态下的长度分别为L1、L2、L3，弹性常数为c。用两块刚性板将3 根弹簧连接后的长度为L，并且连接之后整个系统不受外力的影响。设连接后3根弹簧上产生的力分别为F1、F2、F3，这时的 F1、F2、F3 就相当于这个系统的残余应力且F1+F2+F3=0。 2 残余应力的分类（1）根据残余应力影响的程度把残余应力分为宏观应力和微观应力。197 3 年德国学者E.
磨削用量对平面磨削残余 应力的影响及应力预报 华北航天工业学院 黄卫 郭晓军 哈尔滨工业大学 姚智慧 文摘 在建立了磨削表面残余应力及表面层残余拉应力峰值计算公式的基础上,进行进一步的分析,揭示了磨削用量对残余应力的影响程度及规律,并对残余应力分布的预报和控制进行了探讨。 主题词 平面磨削 残余应力 磨削用量预报 1 磨削表面残余应力及表面层残余拉应力峰值计算公式 在《平面磨削残余应力的试验研究》(发表在《航天工艺》1997年第6期上)一文中,通过试验手段已建立了磨削表面残余应力(Ρs)及表面层残余拉应力峰值(Ρm ax)的计算公式:Ρs=-148.8+17.8X1+70.0X2+7.2X3 +26.7X1X2+23.1X1X3-28.9X2X3+58.6X21 -44.3X22+1.6X32(1)Ρm ax=277.8-104.6X1+280.1X2-21.7X3 -90.8X1X2+36.2X1X3-14.5X2X3+39.3X21 +60.5X22-19.7X32(2) 4.2 功能梯度材料研究进展与前景 FG M的研究受到了日本政府的高度重视,列人了日本科学厅资助的重点研究开发项目,投入了大量的物力、财力和人力,专门成立了日本FG M研究会。已完成了其第一期(1987-1989年)研究计划,在材料设计、合成和评价方面进行了许多开创性工作,制备了多种不同体系的厚度为1-10mm、直径30mm的FG M。从1990年起进入第二阶段的研究,制得厚1-10mm,30c m见方的制品,到91年已完成。目前研究重点开始从材料制备向材料优化设计和特性评价方面扩展。逐步建立了标准性能试验方法,如小穿孔性能试验〔SP M SP)、激光热冲击试验、单面加热循环的热疲劳、隔热试验等。 与此同时,FG M的开发研究引起了世界各国的广泛兴趣和关注,美、法、德、俄等国的研究机构纷纷开展此项工作,尤以美国的NA SA和德国的D FVL R(航空研究所)表现最为积极。我国武汉工业大学、中国建材研究所、中南工业大学和北京科技大学、哈尔滨工业大学等单位相继开展了这方面的工作。从发展趋势看.今后FG M的研究仍以材料设计、合成和评价为中心,不断完善设计、评价系统,针对具体目标合成大规摸的实用材料。可以预期,随着研究的不断深入,FG M将会在各个工业领域发挥重大作用。 参考文献(略)
《精密与超精密加工技术》知识点总结 1.加工的定义：改变原材料、毛坯或半成品的形状、尺寸及表面状态，使之符合规定要求的各种工作的统称。规定要求：加工精度和表面质量。 2.加工精度：是指零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状、位置）与图纸规定的理想零件的几何参数相符合的程度。符合程度越高，加工精度则越高。 3.表面质量：指已加工表面粗糙度、残余应力及加工硬化。 4.精密加工定义：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工技术（工艺）。 5.超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工技术（工艺）。 6.加工的划分普通加工（一般加工）、精密加工和超精密加工。普通加工：加工精度在1μm 以上（粗加工IT13～IT9、半精加工IT8～IT7、精加工IT6～IT5），粗糙度Ra0.1-0.8μm。加工方法：车、铣、刨、磨等。适用于:普通机械（汽车、拖拉机、机床）制造等。 精密加工：加工精度在1～0.1μm ，粗糙度Ra0.1μm 以下（一般Ra0.1～0.01μm ）的加工方法。加工方法：车削、磨削、研磨及特种加工。适用于：精密机床、精密测量仪器等中的关键零件的制造。 超精密加工：加工精度在0.1～0.01μm ，粗糙度小于Ra0.01μm（Ra0.01～Ra0.001μm）的加工方法。 加工方法：金刚石刀具超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工。适用于：精密元件的制造、计量标准元件、集成电路等的制造。 7.精密加工影响因素 8.切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。 9.特种加工：是指一些利用热、声、光、电、磁、原子、化学等能源的物理的，化学的非传统加工方法。 10.精密加工和超精密加工的发展趋势：向高精度方向发展、向大型化，微型化方向发展、向加工检测一体化发展、研究新型超精密加工方法的机理、新材料的研究。 11.精密加工和超精密加工的特点：形成了系统工程它是一门多学科的综合高级技术；它与特种加工关系密切传统加工方法与非传统加工方法相结合；加工检测一体化在线检测并进行实时控制、误差补偿；与自动化技术联系密切依靠自动化技术来保证；与产品需求联系紧密加工质量要求高、技术难度大、投资大、必须与具体产品需求相结合。 12.金刚石刀具是超精密切削中的重要关键。金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，因为金刚石晶体各向异性；二是研磨质量，也就是刃口半径，因为影响变形和最小切削厚度。 13.检测技术是超精密切削中一个极为重要的问题。超精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级。 14.超精密加工必须在超稳定的加工环境条件下进行：恒温条件、防振条件。恒温：20℃±(1～0.02)℃恒湿：35﹪～45﹪空气净化、防振等。 15.金刚石分类：天然金刚石和人造金刚石两大类（碳的同素异形体）。 16.金刚石晶体的三种晶面晶体——原子具有规则排列的物体。晶体中各种方位上的原子面 叫晶面。晶体中各种方位上的原子列叫晶向。金刚石晶格中有三种重要晶面，(100),(110),(111)。 17.金刚石晶体具有强烈的各向异性不同晶面，不同方向性能有明显差别；金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量；金刚石晶体和铝合金、紫铜间的摩擦系数在0.06～0.13之间，而
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
砂轮 一砂轮的特性参数及其选择 砂轮是由磨料和结合剂经压坯、焙烧而制成的多孔体。砂轮是由磨料、结合剂和气孔所组成。它的特性是由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织五个参数所决定。 1.磨料 常用磨料可分为刚玉系、碳化物系和超硬磨料系三类。 2.粒度 粒度是指磨料颗粒大小.磨料颗粒大小通常分为磨粒和微粉两大类。 3.结合剂 把磨粒粘结在一起组成磨具的材料称为结合剂,它的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热性。 4.硬度 砂轮硬度是指在磨削力作用下,磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮硬，表示磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮的硬度主要由结合剂的粘结强度决定，与磨粒本身的硬度无关。 5.组织 砂轮的组织是表示磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系。根据磨粒在砂轮总体积中占有的百分数，将砂轮组织分为紧密、中等和疏松三大类。
砂轮特性,代号和适用范围
二.砂轮外形及尺寸 砂轮的形状根据被磨削表面的几何形状和尺寸选择，砂轮的外形及尺寸选择由磨床的规格决定。在生产中通常将砂轮的形状尺寸和特性标注在砂轮端面上，其顺序依次为：形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。其中尺寸一般是指外径*厚度*内径。 三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮 砂轮的修整 一.砂轮磨损与失去磨削性能的形式 1，磨粒的磨耗磨损 在磨削过程中，在高温高压的作用下，磨粒发生塑性流动和化学反应。 然后，在强烈的机械摩擦作用下，被磨平变钝。 2，磨粒的破碎磨损 磨粒在磨削过程中，瞬间升至高温，又在切削液的作用下骤冷。这样经受多次反复速热骤冷，使磨粒表面形成很大热应力，从而使磨粒因热疲劳沿某个面破碎。 3，磨粒的脱粒磨损 在磨削过程中，随着磨削温度的升高，结合剂强度相应下降。当磨削力超过结合剂强度时，沿结合剂某断面破碎，使整个磨粒从砂轮上脱落不均匀，使砂轮轮廓失真。
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.