超精加工方法和应用与技术进展(金属加工课件).docx

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1、摘要：详细介绍了超精加工的原理和方.法。通过对油石、工艺参数和切削液的正确选择，快速降低加工表面的表面粗糙度值，消除磨削缺陷，提高工件使用寿命。I序言超精加工是一种对工件表面光整和粘整的加工方法。它可以在很短的时间内，将工件从一般磨削后的表面粗糙度值Ra=O204m,降低到Ra=O.OI2一0050m,消除磨削中的缺陷和变质层，使工件的使用寿命提高几倍，因而广泛应用丁各种材料和精密零件的最终加工中。2超精加工的照理和特点2.1 超精加工的原理超精加工是采用磨料为微粉的油石，在定的压力作用下，以短行程的往复运动，对工件表面进行微量磨削，如图1所示，其中F为压力，A为油石振幅，图I超精加工工作原理

2、超精加工广泛应用于内燃机曲轴、凸轮轴、刀具、轧混、轴承滚道和滚了、精密量具及电子仪器等精密零件的加工，能对钢、铸铁,磷青铜、铝、玻璃、花岗岩、硅和错等材料进行加工，能加工外圆、内圆、平面、球面、圆弧面和特殊轮廓面。2.2 超精加工的特点与磨削加工相比，超精加工具有以下特点：超精加工能显著提高工件表面质量，可使工件的使用寿命提裔5倍左右。超精加工后的工件在装配运转后噪声大幅减小，振动减小，运转平稳。磨削加工去除余量为0.01mm左右，而超精加工去除余量为0.00Imm以下，尺寸分散度小J1.稳定。磨削加工的工件表面有微观尖峰，加工纹理为直纹（见图2a）,当工件运转时，难存润滑油，还会产生烧伤。而

3、超精加工表面没有尖峰，加工纹理为交叉网纹（见图2b）,易存润滑油和形成润滑膜，工件不易磨损。超精加工时间短，只需几秒到十几秒，加工效率是高精度镜而磨削的几十倍。超精加工所用设备简单，易于实现自动化和标准化，表面粗糙度值Ra可达0.（X）6-0.05n.a）磨削表面有微观尖峰且加工SC理为直蚊润滑油磨削我而超精表而b）超精表面无尖峰且加工蚊理为交叉网纹图2磨削表面与超精加工表而的比较3超精加工方法超精加工各种工件内外表面，工件在夹具中的定心方式可分为无定心和有定心两种。根据进给方式可分为轴向进给、切入进给和圆周进给。3.1超精加工外圆图3a所示为加工小直径圆柱体外圆，工件在导辑上旋转并做轴向进给

4、运动,导轮近似双曲线体且较长，无级变速传动。图3b所示也是加工圆柱体外圆，工件在圆柱导混上旋转，无轴向进给，可加工阶梯轴和大直径工件。图女、3d所示分别为采用轴向进给和双顶尖定位，加工较长、直径较大的圆柱体和圆锥体工件。图4a所示为采用切入式加工轴承内环滚道，工件采用有心和无心夹具夹持。为使滚道中部截面壁微凸14m把油石修成中凹形状.图4b所示为采用轴向进给、两端停留来加工大型轴承凸形圆锥滚道。为了使油石在两端略做停留，一般超精头采用凸轮机构。图4c所示为加工轴承球形滚珠滚道，工件用有心或无心夹具夹持，工件旋转，油石摆动并加印。图4中f为油石振动频率，A为振幅，P为油石压力。b）大型轴承凸形【

5、网锥滚道加工如图5所示，超精加工球面时，油石和工件旋转，油石在旋转中摆动.为了便于冷却和润滑，在油石工作面开有窄槽。a）外球面加工b）内球面加工图5超精加工球面3.4超精加工平面图6a所示为超精加工矩形平面,根据工件宽度和长度，可采用切入式或轴向进给式加工。图6b所示为超精加工圆形平面，工件旋转，油石振动，油石的长度必须超过工件半径，而且偏离工件中心。图6c所示为采用圆柱油石超精加工环形平面，工件旋转，油石除旋转外还做径向振动。图6d所示为超精加工滚轮湍面，因在径向方向的各点切削速度不同，为J达到相同的磨除量，应把油石做成外缘窄、内缘宽的形状。a）矩形平面b）圆形平面C）环形平面d）滚轮端面图

6、6超粘加工平面要实现超精加工，除工件的合理运动外，就是依靠油石在超精头上的振动。可实现振动的机构很多，常用的仃气动振动超精头和机械振动超精头，其振动频率f可达100o3（XX）次min,振动行程A为16mm.4超精油石的选择超精加工用的油石与一股油石不同，要求油石粒度和硬度均匀、稳定，自锐性好。1）油石磨料白刚玉（WA）常用于粗超精加工及半超精加工抗拉强度较高的碳钢、合金钢、工具钢和淬火钢：绿碳化硅（Ge）常用于精超精加工硬脆材料，如硬质合金、铸铁、有色金属、玻璃和玛瑙等：立方碳化硅（SC）的脆性比碳化硅低，性能比碳化硅优越,可代替碳化硅用于超精加工：人造金刚石（D）主耍用于哽明合金、玻璃、陶

7、凭、半导体和石材等硬度较高的材料加工：立方碳化硼（CBN）的脆性比碳化硅低，硬度仅次于金刚石，比较锋利，超精加工时发热量少，加工效率高，油行寿命长，主要用于难加工材料，用于一般材料也很好；氧化倍硬度低，切削性能弱，但光整性能好，主要用于要求表面粗糙度值极低的表面“（2）油石粒度磨料粒度是根据工件表面粗糙度值和加工效率要求来选择的。超精油石的粒度一般为W5W28.工件表面粗糙度值的大小与解料粒度大小成正比，粒度粗则加工效率高，反之则低。粒度为W20-W28时，表面粗糙度值Ra可达0.10.2m:粒度为V5WI0时，表面粗糙度值Ra可达0.012-0.025mt.（3）油石结合剂常用的油石结合剂有

8、树脂或石墨。（4）油石的硬度当工件材料硬，油石与工件接触而积大时.，油石应软些，反之则硬一些。（5）油石的组织超精油石应选用912号疏松组织.油石的气孔率宜为43%49%,以便容纳切屑、脏物和涧滑油。（6）油石的处理超精油石在烧结后必须经过处理，以达到自锐、耐用和润滑的目的。处理时渗蜡、硬脂酸或破横，方法是将其中一种加热熔化，把油石放入其中一定的时间，取出冷却即可。当油石硬度过高、自锐性差时，可将油石放入3%氢氧化钾溶液中煮一定时间，使油石硬度卜.降到所需值后，放入流动热水漂洗，消除氮氧化钾后，再用清水煮1.2h,即可使用。5超精加工工艺参数（I）超精加工余量在保证前工序缺陷能去除的基础上，余

9、量越小磔好。前工序表面粗糙度值Ra达到0.8m时，在直径上的余量为0.010.02mm：前工序表面粗糙度值Ra达到0.204m时，取余量为0.（）（）3-0.0Imnu（2）油石压力一般取203（）MPacm2.粗超精加工取大值，精超精加工取小值。(3)纵向进给速度一般V7mmin,短件为1.0-1.5nmin.(4)油石振动频率f和振幅A般振动频率f=3003(XX)次min,振幅A=1.6nm(5)工件速度粗超精加工时vc=4-1.5mmin.精超精加工时vc=1.5一30mmin6超精加工用切削液超精加工应采用切削液，并耍求黏度低一些，以利丁清洗、润滑和排除切屑.一般采用80%煤油+20

10、%机械油。还可以采用含S、P,C1.极压添加剂的油类切削液。精加工铝和轴承钢时，也可以全部采用煤油。切削液必须经过严格过港，以保持清洁。实践证明，超精加工是一种快捷有效的光整加工方法，运用面广，实用性强.可用于磨削后的工件表面和各种精密零件内外表面的最终加工。本文介绍了超精加工的原理和方法，正确选择油石、工艺参数和切削液，可快速消除磨削缺陷，降低表面粗糙度值，并使超精加工后的工件表面形成有利于存留涧滑液的网状纹理，提育使用寿命.，附相关参考资料：超精密加工方法根据被加工件的材料和形面的不同，常用的超精密加工工艺方法主要分三大类：切削加工法、磨削加工(含研、抛法和电物理加工法。切削加工法切削加工

11、法主要是采用优质的天然金刚石作刀具的切削刃，对有色金属、坡璃或陶瓷工件进行车削和铳削加工，可以加工端面、球面和抛物面等曲面。超精密车削加工中，金刚石刀具的刃磨是关键。刀尖的圆弧半径应为被加工表面要求值的五分之一左右，一般yc小IOnm,用铸铁研具进行研抛时，可获得c=35nm,再小的YC值则要用离子束加工来获得。实践证明，采用这样的刀具，便于切削速度在很大(V=12O36OOmmin)的范围内变化，而不影响被加工表面的粗糙度值。常选的切削用量是：加工有色金属时V=1204000Hmin,加工玻璃或陶遵时V=I51.20mmin:根据刀尖圆弧末径YC值的不同，进给量可在O.IIOmr的范围内选取

12、，切削深度则为1.=0.05-0.1mt在用雾化酒精或温度可控的矿物涧滑油冷却的情况下，高质量的单品金刚石刀具的耐用度(用一次刃磨彼切刃可以有效地进行切削的长度来衡量)可达1500km,切削加工法所能达到的最高水平：面形精度为O.O25m,表面粗植度为Ra=2-4nm1磨削加工法磨削加工法是采用精细磨粒的砂轮或砂带进行磨削和研、抛的加工。此法多用于硬度较高的黑色金属材料加工，也可用于玻璃及陶瓷等非金属材料的加工。它可以加工比用切削法加工更大的工件表面一一平面、圆柱面、球面和非球面。圆柱形铺面通常用磨削方法加工，磨削速度选V=2535ms,粗磨时t=O.O2O.O7mm,精磨时t=3-IOm:当

13、用油石研、抛时,V=IO50mmin,材料的去除速度为Om1.mmin,超精磨削可达到OO1.pm的圆度和Ra0.002m的表面粗糙度。球形能面研她时要求研具保持在被加工表面的法向上，有两种保证方法：一是通过研具（I）本身的自定位机构来达到：二是通过采用数控系统使研磨头帧斜一力向来实现。球形镜面的磨抛加工法是建立在借助激光干涉仪进行表面的误差测量的基刚上。测量时，激光干涉仪沿X和Y坐标移动，或沿X.Y中之一的方向移动和工作台转动，镜面误差的测量结果被记录在模拟量或数字量的记忆装置中，然接进行处理。根据来自数控系统的指令躲头（研具）被移动到标有对给定面形误差最大的偏差处并磨除材料。之接表面被型新

14、检测和重笈加工工序。就这样以逐步趋近的方法去达到所要求的面形精度。平面形镜面的加工主要采用磨削和研抛工艺方法来加工，目前此法所能达到的最高平面度0.2mT0Omm,表面粗糙度Ra1.nnio电物理加工法电物理加工的方法有多种，其中获得最广泛应用的是电磨料抛光和离子束表面加工。前者的实质是使电解加工过程中所产生并留下的氧化膜由磨料从被加工衣面上去掉以获得镜面：接者则是借助离子发牛器射出的离子束对表面进行研、抛。离子束表面加工法如图3所示：经过预磨削加工的工件被放置入真空度保持在1.33XO-3Pa的真空室中,离子发生器射出的离子束以高达30K电子伏的强度作用在被加工的表面上，并以1.m-5mh的

15、速率去除表层材料，从而达到IOnm乃至更高的形状精度。在工作过程中，离子发生器射出的离子束打在工件上的强度和加工过程均由计算机及程序软件来实现，而根据激光干涉仪对被加工表面形状的检测结果，借助驱动装置来调节光栏（掩盖物）改变离子束强度，通过控制潜控制离子发生器，通过驱装置和控制工件位置，并由传感罂来测量和控制真空室中的温度，使之保持恒定。除上述方法之外，还有其他的超精密豆合加工方法，如电火花成形加工筱继而采用的流体抛光法、电化学抛光法、超声化学抛光怯、动力悬浮研磨法、磁流体研磨法以及采用E1.1.D技术的磨削法等。采用E1.1.D技术进行光学玻璃非球面透镜加工时面形精度可达0.2m,表面粗糙度则达Ra=20nn超精密加工机床的设计与制造超精密加工机床设计与制造的关键与核心问题是保IIM精密加工工艺和目标的实现。因此，超精密加工机床的设计和制造的基本原则和要求是：消除或减少机床上的热源和振源；提高机床的结构刚度和几何精度：减少机床的变形（含温度变