1、精密磨削加工技術的應用與發展作者：王永康摘要： 精密磨削加工技術是現代機械制造業的一項關鍵技術之一， 對人們的生產生活、 國家 國防與航空航天建設、 社會的經濟發展有著相當重要的作用。 本文主要闡述了精密加工技術 的原理、現行狀況、發展趨勢等。關鍵詞：精密磨削加工、磨削機理、磨削技術的發展、磨削技術的未來 引言隨著科學技術水平不斷的提高， 磨削加工已廣泛應用于金屬及其他材料的粗、 精加工， 是非 常重要的切削加工方式。 目前， 磨削加工已經成為現代機械制造領域中實現精密與超精密加 工最有效、 應用最廣泛的基本工藝技術， 為人們提供高精度、 高質量、 高度自動化的技術裝 備的開發和研制。磨削是指

2、用磨料或磨具去除材料的加工工藝方法， 一般來講， 按照砂輪線速度的高低可將其 進行分類，把砂輪速度低于 45 m/s 的磨削稱為普通磨削，把砂輪速度高于 45 m/s 的磨削稱 為高速磨削，把砂輪速度高于 150m/s 的磨削稱為超高速磨削。按磨削效率將磨削分為普通 磨削、高效磨削（高速磨削、超高速磨削、緩進給磨削、高效深切磨削、砂帶磨削、快速短 行程磨削和高速重負荷磨削） 。磨削加工能達到的磨削精度在生產發展的不同時期有不同的 精度范圍，當前，按磨削精度將磨削分為普通磨削（加工精度1卩m、表面粗糙度Ra0.161.25卩m）、精密磨削（加工精度 10.5卩m、表面粗糙度 R a0.041.2

3、5卩m）、超精密磨 削（加工精度w 0.01卩m、表面粗糙度 R a< 0.01卩m）。一、精密磨削的內涵：精密加工是指在一定發展時期中， 加工精度和表面質量達到較高程度的加工工藝， 當前是指 被加工零件的加工精度為 I0.1問，表面粗糙度值 Ra0.20. 01 的加工技術。精密磨削 是目前對鋼鐵等黑色金屬和半導體等脆硬材料進行精密加工的主要方法之一，在現代化的機械和電子設備制造技術中占有十分重要的地位。精密磨削主要靠對砂輪的精細修整，使用金剛石修整工具以極小而又均勻的微進給（1015mm /min ）。獲得眾多的等高微刃，加工表面磨削痕跡微細，最后采 用無火花光磨。由于微切削、滑移和

4、摩擦等綜合作用，達到低表面粗糙度值和高精度要求。 高精密磨削的切屑很薄， 砂輪磨粒承受很高的應力，磨粒表面受高溫、 高壓作用， 一般使用 金剛石和立方氮化硼等高硬度磨料砂輪磨削。二、磨削機理精密磨削一般使用金剛石和立方氮化硼等高硬度磨料砂輪,主要靠對砂輪的精細修整 ,使用金剛石修整刀具以極小而又均勻的微進給 （1015mm/min）, 獲得眾多的等高微刃 ,加工表面磨 削痕跡微細 ,最后采用無火花光磨 ,由于微切削、 滑移和摩擦等綜合作用 ,達到低表面粗糙度值 和高精度要求 .超精密磨削采用較小修整導程和吃刀量修整砂輪,靠超微細磨粒等高微刃磨削作用進行磨削。精密與超精密磨削的機理與普通磨削有一

5、些不同之處：1）超微量切除 .應用較小的修整導程和修整深度精細修整砂輪,使磨粒細微破碎而產生微刃。一顆磨粒變成多顆磨粒 ,相當于砂輪粒度變細 ,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 .微刃是砂輪精細修整而成的,分布在砂輪表層同一深度上的微刃數量多,等高性好 ,從而加工表面的殘留高度極小。3）單顆粒磨削加工過程 .磨粒是一顆具有彈性支承和大負前角切削刃的彈性體,單顆磨粒磨削時在與工件接觸過程中 ,開始是彈性區 ,繼而是塑性區、 切削區、 塑性區 ,最后是彈性區 ,這與切 屑形成形狀相符合。4）連續磨削加工過程 .工件連續轉動 ,砂輪持續切入 ,開始磨削系統整個部分都產生彈性變

6、形磨削切入量 （磨削深度 ）和實際工件尺寸的減少量之間產生差值即彈性讓刀量.此后 ,磨削切入量逐漸變得與實際工件尺寸減少量相等,磨削系統處于穩定狀態 .最后 ,磨削切入量到達給定值,但磨削系統彈性變形逐漸恢復為無切深磨削狀態。三、精密磨削技術的歷史與發展 磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法，也是人類最早使用的生產技藝方法。 18 世紀中 期世界上第一臺外圓磨床問世， 由石英石、 石榴石等天然磨料敲鑿成為磨具， 用天然磨料和 粘土燒結成砂輪，隨后又研制出平面磨床。 20 世紀 40 年代末，人造金剛石出現； 1957 年 立方氮化硼研制成功； 隨著磨削技術的發展， 特別是超硬磨料人造金剛石砂輪

7、與立方氮化硼 砂輪的應用，磨削加工應用范圍日益增大，磨削加工精度及加工效率也不斷提高。 磨削技術得到快速發展， 磨床在加工機床中也占有相當大比例。據 1997 年歐洲機床展覽會 （EMO）調查數據表明，25%企業認為磨削是他們應用最主要加工技術，車削只占23%，鉆削占 22% ，其它占 8% ；而磨床在企業中占機床比例高達 42% ，車床占 23% ，銑床占 22% ， 鉆床占14%。我國從19492007年，開發生產通用磨床有1800多種，專用磨床有幾百種，磨床擁有量占金屬切削機床總擁有量 15% 左右。可見，磨削技術及磨床在機械制造業 中占有極其重要位置。近年來，國外對精密和超精密磨削技術

8、的開發研究獲得了不少成果，主要體現在ELID鏡面磨削新工藝的研究和加工硅片以及非球面零件的應用上 .日本國家理化學研究所的大森整教授于1987年研制成功了在線修整砂輪的ELID鏡面磨削新工藝.ELID鏡面磨削技術是利用在線電解修整作用連續修整砂輪來獲得恒定的出刃高度和良 好的容屑空間 ，同時，在砂輪表面逐漸形成一層鈍化膜，當砂輪表面的磨粒磨損后，鈍化膜被工件表面磨屑刮擦去除，電解過程繼續進行，對砂輪表面進行修整，加工表面粗糙度Ra達到0.020.01叫，表面光澤如鏡。美國在應用ELID磨削技術加工電子計算機半導體微處理器方面已取得突破性進展，在國防、航空航天及核工業等領域的應用研究也在進行.P

9、eiZJ等人對自旋轉磨削法精密磨削硅片的加工過程以及加工參數、砂輪粒度、冷卻液供給等加工條件對磨削力、硅片面型精度、表面磨 削紋路、表面粗糙度的影響進行了系統的試驗研究。德國是最早研究 ELID磨削技術的幾個國家之一.在1991年就有德國的機床廠家進行了系列 ELID專用機床的設計.此外,英、法等國對ELID磨削技術也進行了深入的研究。 我國對精密磨削的研究尚處于初級階段，主要集中在高校 .哈爾濱工業大學以袁哲俊教授為首的ELID課題組研制成功了 ELID磨削專用的脈沖電源、磨削液和砂輪，在國產機床上開發出平 面、外圓和內圓ELID磨削裝置,實現了多種難加工材料的精密鏡面磨削.目前正積極推廣普

10、及該技術，實現其產品化。東華大學機械學院的研究者利用固結磨粒低頻振動（頻率f為0.520Hz、振幅為 0.53mm ）壓力進給的精整加工，研究了適宜的經濟加工條件及有關參數,并驗證了經過磨削加工后的陶瓷工件 ，再經過超精加工可以進一步降低其表面粗糙度 ，可降低 24 個等級。清華大學在集成電路超精密加工設備、磁盤加工及超精密砂帶磨削和研拋、 金剛石微粉砂輪超精密磨削等方面進行了深入研究，并有相應產品問世。四、精密磨削存在的問題以及發展前景 精密和超精密磨削技術在各方面均取得迅速發展 ，已成為先進制造技術的關鍵技術之一.在今后的研究中應著重關注以下幾個問題：1）超精密磨削的基本理論和工藝研究，著

11、重研究多顆粒磨削機理、磨削表面生成及影響因素等；2）開發高精度、高性能、高自動化的加工機械及測試裝置的移動導向機構及軸承；3）目前ELID鏡面磨削技術存在的問題是向高速回轉的砂輪供電非常困難，通常采用接觸式電刷供電設備，該設備復雜昂貴，影響了ELID鏡面磨削技術的推廣應用；4) 開發適于超精密加工并能獲得超高精度，超高表面質量的新型材料，如超微粉燒結金屬、 新高分子材料等。磨削技術發展很快， 在機械加工中起著非常重要的作用。 目前，磨削技術的發展趨勢是：發 展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機理并開發其新的磨削加工技術， 研制高精度、高剛性的自動化磨床。五、結束語 隨著機械產品

12、精度、可靠性和壽命的要求不斷提高，高硬度、高強度、高耐磨性、高功能性 的新型材料的應用增多， 磨削加工技術在磨削機理、磨料磨具開發、精密超精密磨削、 高速 超高速磨削、 磨削自動化和智能化、 磨削工藝過程監控與檢測技術、 磨削加工軟件技術等方 面發展迅速， 在機械加工中起著至關重要的作用。 因此，我們應深入研究國外先進磨削技術， 系統地開展和推廣各種先進與實用的磨削技術，積極推進我國機械制造工藝技術的進步。參考文獻1 蔡光起，馮寶富，趙恒華磨削技術的最新進展J.世界制造技術與裝備市場，2003(1):16-19.2 袁哲俊，王先逵.精密和超精密加工技術M.北京：機械工業出版社，2002.3 趙恒華，王穎.磨削加工技術的發展及現狀J.制造技術與機床，2007：39 41, 6.4 左磊.淺談高速及超高速磨削加工J.科技視野，2009(17): 55.鄧朝暉，劉建,曹德芳，等 .納米結構陶瓷涂層精密磨削的材料去除機理及磨削