光整加工

光整加工第一节概述常见的切削加工方法加工出的工作表面，如车削、铣削，包括普通磨削的工作表面放大后都有较明显的高低不平的微小峰谷。

而精密设备及仪器中的许多零件精度要求很高，表面粗糙度值要求很小，普通加工方法难以满足要求，需要采用光整加工方法。

光整加工是使被加工对象表面质量得到大幅度提高的同时,实现精度的稳定甚至提高加工精度等级的一种技术,是先进制造技术的一个重要组成部分。

一、光（精）整加工的定义光整加工是指精加工后，从工件上不切除或只切除极薄的材料层，以降低工件表面粗糙度或强化其表面的加工方法。

光整加工可以获得比一般机械加工更高的表面质量。

精整加工是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法。

光精整加工是指工件精加工或者在普通磨削后，用粒度很细的磨料对其表面进行微量切削和挤压、擦光的过程，主要用以降低工件表面粗糙度值或强化其表面或提高工件精度的加工方法。

二、光整加工技术特点进行光整加工的目的，主要是提高零件的表面质量。

无论是传统的光整加工方法，还是今年来出现的新工艺技术，都具有一下主要特点：1）光整加工的加工余量小，原则上只是前道工序公差带宽度的几分之一。

一般情况下，只能改善表面质量（减小粗糙度值，消除划痕、裂纹和毛刺等），不影响加工精度。

如果余量太大，不仅生产效率低，有时还可能导致工件的原有精度下降。

2）光整加工所用机床设备不需要很精确的成形运动，但磨具与工件之间的相对运动应尽量复杂。

因为光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微量切削和挤压、划擦的过程，只要保证磨具与工件加工表面能具有较大的随机性接触，就能使表面误差逐步均化到最终消除，从而获得很高的表面质量。

3）光整加工时，磨具相对于工件的定位基准没有确定的位置，一般不能修正加工表面的形状和位置误差，其精度要靠先行工序来保证。

三、光整加工技术分类为了保证和提高零件的表面质量，采用光整加工方法作为零件的终加工工序是十分有效的措施。

目前光整加工技术的工艺方法很多，有不同的分类方法。

1.按光整加工的主要功能来分光整加工降低零件表面粗糙度值改善零件表面物理力学性能去除毛刺飞边、棱边倒角光整磨削、研磨、珩磨、抛光……滚压、喷丸强化……喷砂、高温爆炸……2.按加工时能力提供方法来分，有机械法、化学和电化学法、热能作用等几大类⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎧⎪⎨⎪⎩⎩光整磨削超精研珩磨非自由磨具砂带抛光弹性轮抛光动力刷加工无削光整加工机械法研磨滚磨磁性研磨自由磨具挤压珩磨光整加工液、气体喷射喷丸强化电化学抛光化学心轴抛光化学和电化学法电化学振动光饰电解研磨超声波加工激光加工热能作用热电阻丝加工高温去毛刺⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪第二节 几种典型的光整加工方法在机械法光整加工中，按照磨料或以某种形式构成的模具在加工过程中所处状态的不同，可分为非自由模具光整加工和自由模具光整加工两大类。

自由磨具光整加工是指磨料或以某种形式构成的磨具，始终与工件没有确定相对位置，加工中处于游离状态，并以一定的相对速度和作用压力实现对工件表面的加工，达到提高工件的表面质量的加工方法。

如磨块对工件表面的滚磨加工。

非自由磨具光整加工是指磨料或以某种形式构成的磨具，始终与工件保持确定的相对位置，并以一定的切削参数实现对工件表面的加工，达到提高工件的表面质量的加工方法。

如砂轮对工件表面的光整磨削加工。

下面介绍几种典型的自由模具及非自由模具的光整加工方法。

一、研磨在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行光精整加工的方法。

尺寸公差等级可达IT5～IT3，Ra 值可达0.1～0.008 μm 。

1、工作原理研具在一定压力作用下与工件表面之间作复杂的相对运动；通过研磨剂的机械及化学作用，从工件表面上切除一层极薄极细的材料，从而达到很高的精度和很小的粗糙度。

研磨加工中起切削作用的是磨粒，磨粒是硬度很高，形状及其不规则的微小多面体，尺寸一般在几微米至几十微米之间，它的每个棱角都相当于一把小的切削刀具。

2、研具2.1 研具材料研具材料应比工件材料软，以使部分研磨剂的磨料能嵌入研具表面，并对工件表面进行擦磨。

常用研具材料有：铸铁、软钢、黄铜、塑料或硬木。

但最常用的是灰口铸铁研具。

灰口铸铁耐磨性好，硬度较低，研磨时一部分磨料能嵌入研具表面，便于切削。

2.2手工研具研磨使用的研具应该有较高的精度。

研磨表面不同，研具形状也不同。

研磨平面用研磨平板作研具，研磨外圆用研磨环作研具，研磨内圆用研磨棒作研具。

常用的手工研具有研磨砂纸、研磨平板、外圆研磨环、内圆研磨芯棒等。

2.3研磨外圆的工具在工具表面涂上一层均匀的研磨剂；将研具套在工件上，并调节好配合的松紧程度；工件旋转，研具沿轴向来回移动进行研磨。

3、研磨剂研磨剂由磨料、研磨液和辅助填料等混合成，有液态、膏状和固态三种。

磨料起机械切削作用，由游离分散的磨粒作自由滑动、滚动和冲击来完成的。

常用：金刚石、刚玉（氧化铝）、碳化硅等粒度：粗研时为240＃～W20，精研时为W20以下。

研磨液起到冷却和润滑作用，并使磨粒较均匀地分布在研具表面。

常用：煤油、汽油、机油等辅助填料使金属表面产生极薄的、较软的化合物薄膜，以便工件表面凸峰容易被磨粒切除，提高研磨效率和表面质量。

常用：硬脂酸、油酸等化学活性物质。

4、研磨方法⑴手工研磨：由工人手持研具或工件进行研磨，例如研磨外圆面。

⑵机械研磨：在研磨机上进行研磨外圆等回转表面，一般在专用的研磨机上或者在车床上进行。

研磨外圆使用的研具由研磨环、研具夹组成，研磨环上开有槽，便于储存研磨剂。

研磨外圆一般是工件旋转，手握研具往复移动。

研磨内圆时，使用的研磨棒由研套和芯棒组成，研套内表面与芯棒外端面配合，轴向移动带开口的研套可使研套外径增大或减小，便于调节研磨棒直径尺寸。

研磨内圆一般是由机床主轴带动研磨棒旋转，手握工件往复移动。

研磨大多是手工操作，在某些情况下也用机器研磨。

5、工艺特点及应用研磨具有以下特点：✓能获得稳定的高精度和好的表面粗糙度（其他方法较难达到）但不能提高工件各表面间的位置精度✓工艺简单（操作、使用设备、工具）✓被加工材料适应范围广(脆性材料、钢、铸铁、有色金属)✓生产率低，加工余量小（一般加工余量不大于0.01～0.03mm ）✓适用于多品种小批量的产品零件加工✓研磨剂易于飞溅，污染环境应用：✓用于常见表面的精整加工；✓作为精密零件（块规、套规、角尺等量具，液压阀杆、液压阀套，精密螺纹等）的最终加工。

二、珩磨大批量生产中，高精度的精密圆孔常常是在珩磨机上进行珩磨加工的。

珩磨是由珩磨头带动磨条对孔进行细微切削的一种光整加工方法。

尺寸公差等级可达IT6～IT4，Ra值可达0.2～0.05 m。

1、工作原理用细粒度砂条组成珩磨头，加工时工件不转，珩磨头回转并做纵向往复运动，其中珩磨头是由珩磨机主轴带动旋转的，而由机床的曲柄连杆机构带动作往复运动。

因此，珩磨头的主运动是磨条的螺旋运动，磨条上大量的磨粒在加工表面上刻划出交叉网纹。

珩磨头的进给运动是磨条的径向扩张，这是由液压方式来驱动和控制的，磨条靠压力作用在工件表面产生磨削作用。

2、工艺特点◆有多个油石条构成珩磨头，生产率较高。

◆加工表面呈现交叉网纹结构，有利于油膜的形成。

珩磨头润滑性能好，表面磨损缓慢。

◆珩磨头结构复杂，调整时间较长。

◆精度高（可以提高孔的形状精度，但不能提高位置精度）。

3、工艺范围主要用于孔的精密加工，如发动机气缸孔、液压装置的油缸孔；孔径范围为φ5-φ500 mm，可加工深径比大于10的深孔；适用于大批量生产；不宜加工有色金属。

三、超精加工超精加工是用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下对工件表面进行光整加工的方法。

细粒度油石以一定的压力压在作低速旋转运动的工件上，同时并作往复运动，对工件表面进行微量切削。

超精加工的加工装置主要由三部分组成：油石安装机构、油石加压机构及振荡机构。

外圆超精加工，是在充分的冷却润滑条件下，安装在振动头上的细粒度油石以力p（一般取0.05～0.3兆帕）与工件接触，并作振幅为A（一般取1～6毫米）、频率为f（一般取5～50赫）的纵向振动；工件作转速为n W的旋转运动（圆周速度v W一般不超过700米/分，最高可达1000米/分）。

因此，油石上的磨粒相对于工件表面的综合运动轨迹为一正弦曲线，这有利于磨粒保持锋利的切削刃和有效地消除工件表面的形状误差。

如工件表面比油石长，则油石或工件还应有速度为v f的纵向进给运动。

与磨削比较，超精加工能在几秒至几十秒钟内，把工件的表面粗糙度由Rα0.63～0.16微米改善到Rα0.08～0.01微米，并能有效地去除磨削产生的振痕、波纹、螺旋线等缺陷以及极易磨损的凸峰和变质层等，从而大大提高工件的使用寿命。

超精加工常用的油石的磨料粒度为W0.5～W28，粒度越细加工表面越光洁；常用的切削液为80％左右的煤油加20％左右的机油，并经严格过滤。

在超精加工的最初阶段，工件表面的凸峰和油石表面的接触应力很大，因而很快被磨去，随着凸峰高度的降低，油石与工件的接触面积逐渐增大，单位面积上承受的压力也随之减小，当压力小于油膜表面张力时，油石与工件被油膜分离，切削作用自动停止。

这种作用是超精加工所特有的。

为了保证加工质量，金属切除的高度应等于表面切痕的最大高度。

具体的超精加工过程可分为以下4个阶段：①开始时油石磨掉粗糙凸峰的强烈切削阶段；②工件粗糙层被磨除后的正常切削阶段；③磨粒变钝，其作用是由切削过渡到摩擦抛光的微弱切削阶段；④油石和工件已很光滑，接触面积大大增加，因而压强下降，磨粒已不能穿破油膜与工件接触，于是进入停止切削阶段。

超精加工的工艺特点：◆超精加工能降低加工表面粗糙度值◆比珩磨或高速磨削的效率高◆设备简单，操作方便◆加工余量极小超精加工常用来加工汽车和内燃机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面；加工轴类零件的外圆柱面，圆锥面、孔、平面和球面等。

四、抛光某些零件的外露表面，为了使其光洁、美观、增加亮度，生产中常采用抛光的加工方法。

抛光是在高速旋转的布轮、布盘或砂带等软的抛光器或抛光轮上涂以磨膏（磨料、油酸、软脂），对工件表面进行光整加工的方法。

高速转动的抛光轮在磨膏的作用下，与工件表面材料摩擦、挤压，使之产生塑性流动，因而获得很光亮的表面。

抛光轮的线速度高达30~40m/s，工件在无数磨粒的高速微弱切削及摩擦作用下，得到又光又亮的表面。

抛光的工艺特点：•方法简便经济•只能降低表面粗糙度（不能保持原有精度或提高精度）•易于实现曲面的光整加工（由于抛光轮是弹性的，能与曲面相吻合）•劳动条件差（抛光多为手工操作，工作繁重，飞溅的磨粒、介质、微屑等污染工作环境）应用：•零件表面的修饰加工•电镀前的预加工•消除前道工序的加工痕迹（以提高零件的疲劳强度，而不是以提高精度为目的）•零件材料、表面形状不受限制第三节典型光整加工方法总结光整加工11 光Ž研磨Ž珩磨Ž抛光Ž超精加工整加工提高加工精度和表面粗糙度提高表面粗糙度工艺方法 研磨 珩磨 超精加工 抛光 加工设备 研磨机 珩磨机 超精加工机 抛光机 手工 可以 可以 加工精度 精度高（IT5~3） 精度高（IT6~4）不能提高 不能提高表面粗糙度 0.1~0.008 0.2~0.05 0.1~0.01 0.2~0.1 生产率 最低 较高 较高 较低批量 小批量（手工） 大批量 大批量 大批量（机械）。