精密與超精密磨削技術(shù)

1、 /4精密與超精密磨削技術(shù)一、精密與超精密磨削技術(shù)國內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細(xì)磨料磨具進(jìn)行亞微米級以下切深磨削研究，以獲得亞微米級尺寸精度。微細(xì)磨料磨削，用于超精密鏡面磨削樹脂結(jié)合劑砂輪金剛石磨粒平均直徑可小至4卩m。日本用激光研磨過人造單晶金剛石上切出大量等高性一致微小切刃，對硬脆材料進(jìn)行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要用于磨削難加工材料，精度可達(dá)0.025卩m。日本開發(fā)了電解線修整(ELID)超精密鏡面磨削技術(shù)，使得用超細(xì)微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能，可實(shí)現(xiàn)硬脆材料高精度、高效率超精密磨削。作平面研磨運(yùn)動(dòng)雙端面精密磨削技術(shù)，其加工精度、切除率都比研

2、磨高得多，且可獲得很高平面度,工具模具制造，磨削保證產(chǎn)品精度質(zhì)量最后一道工序。技術(shù)關(guān)鍵除磨床本身外、磨削工藝也起決定性作用。磨削脆性材料時(shí)，由于材料本身物理特性，切屑形成多為脆性斷裂，磨劑后表面比較粗糙。某些應(yīng)用場合如光學(xué)元件，這樣粗糙表面必須進(jìn)行拋光，它雖能改善工件表面粗糙度，但由于很難控制形狀精度，拋光后經(jīng)常會(huì)降低。為了解決這一矛盾，80年代末日本歐美眾多公司研究機(jī)構(gòu)相繼推回了兩種新磨削工藝：塑性磨削(DuctileGrinding)鏡面磨削(MirrorGrinding)。塑性磨削它主要針對脆性材料而言，其命名來源出自該種工藝切屑形成機(jī)理，即磨削脆性材料時(shí)，切屑形成與塑性材料相似，切屑通

3、過剪切形式被磨粒從基體上切除下來。所以這種磨削方式有時(shí)也被稱為剪切磨削(ShereModeGrindins)。由此磨削后表面沒有微裂級形成，也沒有脆必剝落時(shí)元規(guī)則凹凸不平，表面呈有規(guī)則紋理。塑性磨削機(jī)理至今不十分清楚切屑形成由脆斷向逆性剪切轉(zhuǎn)變?yōu)樗軘?，這一切削深度被稱為臨界切削深度，它與工件材料特性磨粒幾何形狀有關(guān)。一般來說，臨界切削深度100卩m以下，因而這種磨削方法也被稱為納米磨削(Nanogrinding)。根據(jù)這一理論，有些人提出了一種觀點(diǎn)，即塑性磨削要靠特殊磨床來實(shí)現(xiàn)。這種特殊磨床必須滿足如下要求：(1)極高定位精度運(yùn)動(dòng)精度。以免因磨粒切削深度超過100卩m時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ鳌?

4、2)極高剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過脆性磨削水平，機(jī)床剛性太低，會(huì)因切削力引起變形而破壞塑性切屑形成條件。鏡面磨削顧名思義，它關(guān)心不切屑形成機(jī)理而磨削后工件表面特性。當(dāng)磨削后工件表面反射光能力達(dá)到一定程度時(shí)，該磨削過程被稱為鏡面磨削。鏡面磨削工件材料不局限于脆性材料，它也包括金屬材料如鋼、鋁鉬等。為了能實(shí)現(xiàn)鏡面磨削，日本東京大學(xué)理化研究所NakagawaOhmori教授發(fā)明了電解線修整磨削法ELID(ElectrolyticIn-ProcessDressing)。鏡面磨削基本出發(fā)點(diǎn)：要達(dá)到境面，必須使用盡可能小磨粒粒度，比如說粒度2卩m乃至0.2卩mELID發(fā)明之前，微粒度砂輪工業(yè)上應(yīng)用很少

5、，原因微粒度砂輪極易堵塞，砂輪必須經(jīng)常進(jìn)行修整，修整砂輪輔助時(shí)間往往超過了磨削工作時(shí)間。ELID首次解決了僅用微粒度砂輪時(shí)，修整與磨削時(shí)間上矛盾，從而為微粒度砂輪工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造條件。ELID(ElectrolyticIn-ProcessDressing)磨削磨削過程，利用非線性電解修整作用金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪表層氧化物絕緣層對電解抑制作用動(dòng)態(tài)平衡，對砂輪進(jìn)行連續(xù)修銳修整，使砂輪磨粒獲得恒定突出量，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可控、最佳磨削過程，它適用于硬脆材料進(jìn)行超精密鏡面磨削。ELID磨削技術(shù)以其效率高、精度高、表面質(zhì)量好、加工裝置簡單及加工適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，日本已較廣泛用于電子、機(jī)械、光學(xué)、儀表、汽車等領(lǐng)

6、域。ELID磨削原理金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪與電源正極相接做陽極，工具電極做陰極，砂輪電極間隙通過電解磨削液，利用電解過程陽極溶解效應(yīng)，對砂輪表層金屬基體進(jìn)行電解去除，從而逐漸露出嶄新鋒利磨粒，形成對砂輪修整作用：同時(shí)形成一層鈍化膜附著于砂輪表面，抑制砂輪過度電解，從而使砂輪始終以最佳磨削狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行磨削加工。所以該技術(shù)將砂輪修整與磨削過程結(jié)合一起，利用金屬基砂輪進(jìn)行磨削加工同時(shí)利用電解方法對砂輪進(jìn)行修整，從而實(shí)現(xiàn)對硬脆材料連續(xù)超精密鏡面磨削。ELID鏡面磨削過程可分為準(zhǔn)備階段、電解預(yù)修銳階段、線電解修整動(dòng)態(tài)磨削階段光磨階段。準(zhǔn)備階段主要對砂輪進(jìn)行動(dòng)平衡精密整形，減小砂輪圓度圓柱度誤差：預(yù)修銳階

7、段使砂輪獲得適當(dāng)出刃高度合理容屑空間，并形成一層鈍化膜：動(dòng)態(tài)磨削階段形成加工表面：光磨階段則進(jìn)一步提高表面質(zhì)量。ELID磨削去除材料機(jī)理與其他鏡面加工有所不同。通常鏡面加工通過磨削、研磨拋光來獲得。研磨拋光以柔性研磨盤把磨料壓材料表面并產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，磨料借助研磨盤壓力以滾動(dòng)方式使材料破碎，以滑動(dòng)滾動(dòng)方式去除破碎后材料。而ELID磨削，一方面由于磨粒固著結(jié)合劑，對于單顆粒固著磨粒而言，其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸1/3，磨粒主要以微切削方式去除材料，所以造成破碎區(qū)要小得多：另一方面，砂輪表面形成具有一定厚度彈性且容納有脫落磨料鈍化膜，成為一種具有良好柔性研磨膜。精磨時(shí)，由于進(jìn)給量很小，鈍化膜厚度遠(yuǎn)

8、大于磨料出刃高度，使砂輪基體表層磨料磨削不可能直接與工件接觸，砂輪上覆蓋這層鈍化膜將代替金屬基砂輪參與真正磨削過程。當(dāng)電解作用完全抑制時(shí)，鈍化膜對工件進(jìn)行光磨。所以ELID磨削實(shí)際上一種將磨、研、拋合為一體復(fù)合式精密鏡面加工技術(shù)，其磨粒主要以滑動(dòng)方式去除工件材料ELID磨削技術(shù)對金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪線修整、修銳復(fù)合磨削技術(shù)，它有別于電解磨削、電火花磨削，精密加工領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，具有自身一些顯著特點(diǎn)。磨削過程具有良好穩(wěn)定性可控性，易于實(shí)現(xiàn)磨削過程最優(yōu)化：加工精度高，表面裂紋少，表面質(zhì)量好：適應(yīng)性廣泛，磨削效率高：裝置簡單，成本低，推廣性強(qiáng)等。盡管ELID磨削技術(shù)我國發(fā)展落后于一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，但

9、ELID磨削技術(shù)國內(nèi)研究應(yīng)用基礎(chǔ)已經(jīng)具備。特別該技術(shù)顯著特點(diǎn)，尤其適合我國國情。隨著該技術(shù)進(jìn)一步普及推廣，相信有越來越多專家學(xué)者認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)重要性它潛經(jīng)濟(jì)價(jià)值，越來越多企業(yè)重視并采用該技術(shù)，從而促進(jìn)我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造高新技術(shù)發(fā)展。ELID磨削技術(shù)作為一種新型鏡面加工方法，具有廣闊應(yīng)用前景很大實(shí)用價(jià)值。、砂帶磨削技術(shù)國外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀(jì)60年代以來，特別靜電植砂及涂附磨具技術(shù)出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家砂帶制造技術(shù)砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大成就。國內(nèi)砂帶磨削技術(shù)20世紀(jì)70年代末才得以真正發(fā)展，隨著國內(nèi)改革開放，砂帶磨削技術(shù)日益引起了各行業(yè)、研究單位企業(yè)重視，加之砂帶制造

10、技術(shù)提高及品種增加，使得砂帶磨削設(shè)備研究生產(chǎn)也得到了較大發(fā)展。砂帶磨削設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)廠家有新鄉(xiāng)機(jī)床廠、上海機(jī)床廠、北京二機(jī)等十來家企業(yè)；有包括鄭州三磨所、湖南大學(xué)、東北大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、重慶大學(xué)等內(nèi)多家科研院所高校近年來,國外將砂帶磨削用于精密、超精密加工,精度已達(dá)微米級，表面粗糙度已達(dá)到Ra（0.010.025）卩m;而國產(chǎn)320#砂帶磨削精度只能達(dá)到2010卩m。原因有兩方面，一方面國內(nèi)機(jī)床切深微進(jìn)給精度較低,普通機(jī)床最小微進(jìn)給1020卩m,某些數(shù)控機(jī)床微進(jìn)給可控制到5卩m,這對利用現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行砂帶磨削、提高精度產(chǎn)生了一定影響；另一方面,砂帶磨削為彈性加工,由于彈性變形使得砂帶

11、磨削精度降低，因此對磨削深度微量控制問題解決提高砂帶磨削精度先決條件。砂帶磨削總趨勢正向著強(qiáng)力、高速、高效精密方向發(fā)展。磨床結(jié)構(gòu)方面,從單一磨頭向大型、組合（多磨頭、多功能、多工位）形式發(fā)展。加工工藝方面，與特種加工相結(jié)合復(fù)合加工方法砂帶磨削很有前途發(fā)展方向之一，如與超聲振動(dòng)結(jié)合可形成超聲砂帶精密磨削；與電化學(xué)加工結(jié)合可形成電解砂帶磨削。另一方面自動(dòng)化砂帶磨削應(yīng)用，尤其數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用，使得砂帶磨削加工效率精度有了很大提高，已經(jīng)使得砂帶磨削精度已經(jīng)進(jìn)入精密超精密加工行列。盡管砂帶磨削被稱為“冷態(tài)”磨削，但所謂“冷態(tài)”相對于砂輪磨削而言，這因?yàn)槟ハ魃皫チｄJ利，因而與工件摩擦較小

12、，而且大多數(shù)情況下砂帶周長較大，容易散熱，容易獲得空氣冷卻效果。因此切削余量不大、零件尺寸較大、表面粗糙度不高情況下，可采用干磨方式。但，帶磨削很多情況下要采用濕磨，因?yàn)檫@有利于控制磨削溫度，改善表面粗糙度，并可加大進(jìn)給量，提高效率，延長砂帶壽命。三、磨削自動(dòng)化隨著加工過程自動(dòng)化不斷升溫，為順應(yīng)市場不斷變化著需求，磨床制造企業(yè)開始將關(guān)注焦點(diǎn)從產(chǎn)量、品種轉(zhuǎn)向磨床制造技術(shù)與自動(dòng)化加工融合，以及如何采用數(shù)字化手段進(jìn)一步提高磨床精度。一般來說，磨削加工機(jī)械加工保證最終工藝尺寸精度精密加工，這就要求磨床具有很高制造裝配精度。但現(xiàn)代制造業(yè)對磨床要求還不僅限于此，還要求磨床有很高自動(dòng)化程度，但如果有人問磨床

13、具備什么樣功能才能稱得上自動(dòng)化磨床，因?yàn)槟ハ鞴に嚽Р钊f別，所以不能一概而論。目前自動(dòng)化無非分為四種：首先，自動(dòng)化以達(dá)到人工（或者說非熟練技工）不能達(dá)到精度；其次，自動(dòng)化以達(dá)到人工不能達(dá)到產(chǎn)品精度一致性；再其次，自動(dòng)化以達(dá)到人工所難以達(dá)到效率；最后，自動(dòng)化以縮短人工所帶來設(shè)置、調(diào)整裝卡時(shí)間。但追求自動(dòng)化過程，首先應(yīng)該清楚一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化要達(dá)到目什么？答案無非保證質(zhì)量同時(shí)，最大化地降低生產(chǎn)成本。這主要應(yīng)考慮兩個(gè)因素，一機(jī)床本身，二加工工藝。自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)程度對機(jī)床本身要求非常高，不所有設(shè)備都具有這些功能。機(jī)床需要具有一個(gè)模塊化設(shè)計(jì)，可以滿足不同用戶需求，來進(jìn)行柔性化加工。除此之外，機(jī)床還需要具有非常高運(yùn)算速度，以及非常廣泛接口以增強(qiáng)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間匹配。另外，加工工藝對自動(dòng)化系統(tǒng)來說也同樣重要。自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)一種無人化操作，從送料到加工完成，其間各個(gè)步驟都需要借助人工去實(shí)時(shí)檢測。如果沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如何干預(yù)機(jī)床做出調(diào)整呢？一般磨削工藝分為磨前、磨磨后，目就能夠進(jìn)行穩(wěn)定、可靠生產(chǎn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都不能實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化加工。CNC用來磨削沖頭。由機(jī)床本身自動(dòng)上下料系統(tǒng)組成，可進(jìn)行無人化操作。它高自動(dòng)化體現(xiàn)幾個(gè)方面：全自動(dòng)無人化操作；自動(dòng)上下料系統(tǒng)，機(jī)器人自動(dòng)存放工件倉庫一次可存放一個(gè)星期工件；自動(dòng)測量系統(tǒng)，工件磨削前后可進(jìn)行測量；高精度，高效率，低損耗伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)修整系統(tǒng)，具有自動(dòng)