精密与超精密磨削的发展现状

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1、第l5卷第1期集关大学学报(自然科学版)V01．15No．12010年1月JournalofJimeiUniversity(NaturalScience)Jan．2010[文章编号]1007—7405(2010)01—0053—04·综述·精密与超精密磨削的发展现状冯薇，皮钧2(1．华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021；2．集美大学机械工程学院，福建厦门361021)[摘要]介绍了精密磨削与超精密磨削的机理，阐述了精密磨床以及精密磨削与超精密磨削技术的研究现状，并分析了精密磨削与超精密磨削的发展趋势．[关键词]精密和超精密磨削；精密

2、磨削机理；精密磨床[中图分类号]TH161[文献标志码]A0引言磨削加工是主要的精密加工和超精密加工方法，一般分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削加工，它们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J．目前，普通磨削一般指加工表面粗糙度为精度在0．16～1．25p．m，加工精度>1p,m的磨削方法．精密磨削当前可以达到的精度一般为表面粗糙度R为0．04～1．25m，加工精度为1～0．5m．超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可达到R≤0．01txm，精度≤0．01txm，甚至进入纳米级．1精密

3、与超精密磨削的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(1O一15mm／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uJ．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

4、，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．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．当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切人工件，则产生塑性流动、弹性破坏以

5、及滑擦．[收稿13期]2008—09—25[修回日期]2008—11—12[基金项目]福建省科技重点项目(2006H0032)[作者简介]冯薇(1980一)，女，讲师，博士生，从事先进材料精密加工技术研究．·54·集美大学学报(自然科学版)第15卷4)连续磨削加工过程．工件连续转动，砂轮持续切人，开始磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切人量(磨削深度)和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀量．此后，磨削切人量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等，磨削系统处于稳定状态．最后，磨削切入量到达给定值，但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态引

6、．2精密与超精密磨床的发展精密磨床是精密磨削加工的基础．当今精密磨床技术的发展方向是高精度化、集成化、自动化．英国Cranfield大学精密工程公司(CUPE)是较早从事超精密磨削加工机床研制的公司，该公司研制成功的OAGM2500大型超精密磨床是迄今为止最大的超精密磨削加工设备，主要用于光学玻璃等硬脆材料的超精密磨削加工J．CUPE生产的Nanocentre(纳米加工中心)带有磨头，可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0．1bm，表面粗糙度R<10nm．2003年英国Cranfield大学和Cranfield精密工程有限公司联合研制成功

7、一种新型的超精密磨床，可在一个工序中以很高的加工效率完成硅片的延性域纳米磨削，获得很好的表面和亚表面完整性．据称，用该超精密磨床磨削大直径硅片可以完全代替传统工艺的研磨和腐蚀工序，甚至有望取代抛光加工．美国MooreNanotechnologysystem公司生产的超精密磨床，采用的超精密静压导轨保持0．3wm的直线度，加工几何精度达0．1p,m，表面粗糙度R=5nm_8J．美国LLNL实验室为满足更大口径光学零件以及硬脆材料光学零件的超精密磨削加工的需求，2006年开发下一代超精密光学加工设备PO-GAL(OpticGrinderandLa

8、the)，其主轴的轴向、径向精度技术指标为50nm．日本对超精密加工技术研究比美国晚，它是应电子和光学等民用工业的需求才发展起来的．以超精密车床为基础，结合ELID