精整加工超精密加工

精整加工目前一页\总数五十二页\编于十六点CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering精整加工概述第十章精整加工1超精加工

2珩磨加工3目前二页\总数五十二页\编于十六点310.1精整加工概述10.1.1精整加工的范畴及特点1.精整加工的定义

精整加工是指精加工后从工件上切除极薄的材料层，以提高工件加工精度和降低表面粗糙度的加工方法。如超精加工、珩磨加工等。光整加工CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三页\总数五十二页\编于十六点2.精整加工的特点切削速度远低于磨削速度。（100m/min）精整加工具有特殊运动形式。精整加工所使用的磨具不需修整。使用高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四页\总数五十二页\编于十六点10.1.2精整加工机理精整加工是一种选择压力作用点的加工方法当工具与工件在一定宽度面上接触，施加压力后，自动地选择局部突出的地方加工，故仅切除承受压力处的材料。这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度，即使工具多少存在误差，由于加工过程中工具上的误差点也被切除，提高了工具精度，故与一般强制进给的切削方法不同，可获得较高的加工精度。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前五页\总数五十二页\编于十六点10.2超精加工（UPM）超精加工的定义和机理1超精加工的工艺参数2超精加工的过程3超精加工的特点4外轮磨加工5CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前六页\总数五十二页\编于十六点1、超精加工的定义超精加工是一种固结磨粒压力进给的精整加工方法。它将微细磨粒和低强度结合利制成的油石加压在待加工表面上，并作短行程往复振动，在油石与工件的接触表面上，加注大量适当粘度的油液，油石相对工件作低速圆周运动。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前七页\总数五十二页\编于十六点超精加工的机理外圆超精加工：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0.05～0.3MPa）与工件接触，并作振幅为A（一般取1～6mm）、频率为f（一般取5～50Hz）的纵向振动;工件作转速为nw的旋转运动(圆周速度vw一般不超过700m/min，最高可达1000m/min)。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vf的纵向进给运动CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前八页\总数五十二页\编于十六点超精加工时工件旋转，超精加工头带着油石相对于工件表面作轴向低频振动。这种复合运动在工件表面上留下的磨痕为交叉网纹，磨粒在工件表面上的轨迹见下图。油石的往复振动由电动机带动的偏心机构驱动。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前九页\总数五十二页\编于十六点油石振动的往复速度与工件的回转线速度合成的切削速度v为：CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十页\总数五十二页\编于十六点式中vw——工件回转线速度（m/min）；

va——油石往复运动速度（m/min）；

vmax——最大切削速度（m/min）；

φ

——偏心销中心绕偏心盘回转中心的转角（º）；

Dw——工件直径（mm）；

nw——工件转速（r/min）；A——油石双振幅（mm）；

f——油石振动频率（次/min）；

θmax——最大切削角（º）。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十一页\总数五十二页\编于十六点2、超精加工的工艺参数工艺参数1.最大切削角2.油石的振动频率及振幅3.工件的圆周线速度4.油石的压强5.纵向进给量6.切削液目前十二页\总数五十二页\编于十六点1.最大切削角（刀具和工件所形成的夹角）切削角θ与油石压力一起影响超精加工的状态。如图，在一定的压力下，θ小，油石处于堵塞状态，只能作镜面加工；θ大，油石磨粒处于脱落状态，能实现切削加工。油石的切削作用越强，生产率越高，但表面粗糙度越高。因此粗超精加工时θmax可选大一些，一般取30~45º；精超精加工时，一般取10~20ºCollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十三页\总数五十二页\编于十六点2.油石的振动频率及振幅振动频率f越高，切削作用越强，因而加工效率越高。但f受到超精头和工艺系统刚度的限制，频率过高可能使工件表面出现振纹，使表面粗糙度升高。一般粗超精加工f取1500~2000次/min，精超精加工f取500~1500次/min。振幅A越大切削作用越强，但表面粗糙度值越高。粗超精加工选3~5mm；精超精加工选1~3mm。3.工件的圆周线速度工件的圆周线速度越高，最大切削角越小，磨粒的切削作用弱，加工效率低，表面粗糙度值低。但如果圆周线速度越高，则会引起工艺系统振动，使表面粗糙度升高。一般取6~30m/min。4.油石的压强油石的压强越强，切削作用越强，加工效率越高。但压强过大会划伤表面；压强过小油石的自励性减小，切削作用差，加工效率低，磨粒易钝化。一般取0.098~0.2MPa。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十四页\总数五十二页\编于十六点5.纵向进给量纵向进给量越大加工效率越高，但表面粗糙度升高。6.切削液切削液的作用是冲洗切屑和脱落的磨粒，并在油石与工件之间形成油膜，以自动控制切削过程。要求润滑性好，无分解腐蚀作用。一般采用配比为80%煤油与20%锭子油的混合液。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十五页\总数五十二页\编于十六点3、超精加工过程超精加工过程可分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。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十六页\总数五十二页\编于十六点4、超精加工的特点及应用超精加工的特点(1)工件使用寿命提高5倍左右。(2)装配后可减小运转噪声8—10dB，运转平稳。(3)超精加工的余量比磨削余量减小一个数量级，实

际上只有几个微米。(4)超精加工表面为交叉网纹，容易存油，磨削时不易出现磨损、发热和烧研现象。(5)超精加工具有较复杂的轨迹，而且能由切削作用过渡到研磨，可较快地降低表面粗糙度。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十七页\总数五十二页\编于十六点超精加工的应用

(1)汽车和内燃机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面；

(2)适于加工曲轴﹑轧辊﹑轴承环和各种精密零件的外圆﹑内圆﹑平面﹑沟道表面和球面等。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十八页\总数五十二页\编于十六点5、轮式超精磨轮式超精磨是用细粒度的固结磨粒在浮动状态下进行低速磨削的精整加工方法。主要用于精整加工尺寸较大的精密零件的内外圆表面。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前十九页\总数五十二页\编于十六点轮式超精磨原理和磨削运动

工件在顶尖间以转速nw旋转，两磨轮在工件两侧弹簧力作用下压向工件，磨轮轴线与工件轴线夹角a。当工件转动时，由摩擦力带动磨轮以转速n0旋转，同时磨轮还沿工件轴向以速度vf做进给运动，由此组成磨削运动。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十页\总数五十二页\编于十六点轮式超精磨与超精加工

相同点：两者均用细粒度磨具在浮动状态下进行低速的固结磨粒压力进给加工，能提高工件的表面质量，获得有利贮存润滑油的交叉网纹轨迹，改善工件表面的物理力学性能。不同点：前者在工件旋转时，磨具做全程单向进给运动，后者磨具作往复运动；前者对工件前工序要求不高，能修整工件的锥度，后者却对工件前工序有一定要求，能修整工件的波纹度。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十一页\总数五十二页\编于十六点10.3珩磨加工（honing）珩磨工艺特征1珩磨设备简介2珩磨头的构造3

珩磨油石4

珩磨常见问题及解决办法5CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十二页\总数五十二页\编于十六点一.珩磨工艺特征珩磨加工是利用可缩涨的磨头，使珩磨条压向工作表面，以产生一定的接触面积和相应的压力，在适当的珩磨液作用下，珩磨条对被加工表面做旋转和往复进给的相对综合运动，从而达到改善表面质量、改善表面应力状态和提高被加工零件精度的目的，是一种多刃切削的精加工方法。珩磨一般指的是珩磨内圆柱表面。1、珩磨定义CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十三页\总数五十二页\编于十六点2、珩磨加工原理珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行精整、光整加工的方法。

珩磨时，工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。在相对运动过程中，磨条以一定压力作用于工件表面，对孔进行低速磨削和摩擦抛光。

其切削轨迹是螺旋形交叉的网纹。一.珩磨工艺特征CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十四页\总数五十二页\编于十六点（1）脱落切削阶段（2）破碎切削阶段（3）堵塞切削阶段（1）脱落切削阶段（2）破碎切削阶段

（1）定压进给珩磨

（2）定量进给珩磨（3）不进给珩磨定压进给珩磨定量进给珩磨定压—定量进给珩磨3、珩磨切削过程的分类一.珩磨工艺特征CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十五页\总数五十二页\编于十六点珩磨用量

这些珩磨用量，对珩磨生产率和表面光洁度有较大影响的因素切削速度网文交叉角

油石工作压力扩张进给速度加工余量越程量4、珩磨用量一.珩磨工艺特征CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十六页\总数五十二页\编于十六点5、

珩磨加工的特点一.珩磨工艺特征

表面质量好与一般切削加工相比

加工精度高珩磨加工优点

加工范围广CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering生产率高对机床精度

要求低

切削余量少目前二十七页\总数五十二页\编于十六点图1立式珩磨机床二.珩磨设备简介CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十八页\总数五十二页\编于十六点图2卧式珩磨机床二.珩磨设备简介CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前二十九页\总数五十二页\编于十六点二.珩磨设备简介珩磨机床立式珩磨机床卧式珩磨机床特点——珩磨头自由悬挂在机床主

轴上；珩磨头对机床主轴

各方面压力均匀。适用范围——气缸孔、套孔、液压

缸孔和其它精密通孔

和不通孔特点——在珩磨过程中，珩磨头容

易紧压下侧，使珩磨出来

的零件孔一边超差。适用范围——珩磨长孔，如等径管

子、炮膛等。1、珩磨机床CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十页\总数五十二页\编于十六点珩磨机床的特征：(1)机床主轴的旋转运动由电动机通过变速箱来带动；(2)主轴的往复运动由液压控制；(3)珩磨头与主轴的联结，多采用球头铰接；(4)珩磨油石的缩涨也为液压控制；

所以珩磨机工作时均匀而平稳，没有震动，生产率高，珩磨出来的零件质量好而稳定。二.珩磨设备简介CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十一页\总数五十二页\编于十六点表1几种珩磨机的主要工艺性能二.珩磨设备简介CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十二页\总数五十二页\编于十六点三.珩磨头的构造珩磨头必须具备的基本条件：

（1）油石能在径向均匀地涨缩，对加工表面的压力能调整并保

持在一定的调节范围；

（2）油石座具有一定的刚度，当被加工孔的形状使油石的压力

增加时，油石在半径方向不致发生位移和歪斜；

（3）珩磨到最后尺寸时，油石能迅速缩回，以便珩磨头从孔内

退出。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十三页\总数五十二页\编于十六点珩磨头的结构形式(1)通用珩磨头

右图3，是中等孔径通用珩磨头，由磨头体、油石、油石座、导向条、弹簧、锥体涨芯组成。

当涨芯锥体3移动时，油石便可涨开或收缩。油石座直接与进给涨芯接触，中间不用顶销与过渡板，结构简单，进给系统刚性好。图3中等孔径通用珩磨头1—本体前导向2—弹簧圈

3—锥体涨芯

4—油石座三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十四页\总数五十二页\编于十六点

(2)小孔珩磨头

珩磨Φ2~Φ30mm的小孔时，磨头体与油石座成为一体，使涨芯与磨头体在整个长度上为面接触，以增强刚性。

1）单油石珩磨头如下图所示磨头，适用于加工直线度要求很高、孔径为Φ2~Φ30mm的孔，珩磨头由两根导向条与一根切削油石组成。图4

单油石珩磨头1—涨楔2—磨头体3—油石座4—辅助导向条5—主导向条三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十五页\总数五十二页\编于十六点2）对开轴瓦式珩磨头

由两个半圆形轴瓦构成，如下图所示。适用于加工直线度要求较高、有间断表面的孔。研磨头的径向扩涨进给是通过楔形涨芯作用于两个半圆形轴瓦的斜面上，缩回是靠轴向两端的两个0形弹簧圈的弹力。图5对开轴瓦式珩磨头

1、3—O形弹簧2—油石4—珩磨头5—调节板6—联结轴7—调节件三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十六页\总数五十二页\编于十六点3）可调整的整体珩磨头

在大量生产中用这种珩磨头来加工高精度的孔。孔的形状误差可达0.5μm以下，尺寸误差可控制在2~3μm内，表面粗糙度Ra达0.2μm。使用这种珩磨头的机床，一般均为立式多轴多工位珩磨机。珩磨头与主轴间为刚性联接，工件夹具设计成浮动形式。图6可调整的整体珩磨头锥孔三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十七页\总数五十二页\编于十六点（3）大孔珩磨头

主要用于大孔径的珩磨加工，右图为凸环式大孔珩磨头，凸环4的外径接近珩磨孔径，以支持油石座2和承受珩磨切削力，具有较好的刚性。

图7凸环式大孔珩磨头1—弹簧圈2—油石座3—油石座横销4—凸环5—涨锥三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十八页\总数五十二页\编于十六点（4）特殊珩磨头图8盲孔珩磨a）长油石珩磨b）长短油石珩磨图9锥孔珩磨头1—锥形心轴2—磨头本体3—油石座4—油石5—工件6—簧圈7—键三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前三十九页\总数五十二页\编于十六点三.珩磨头的构造3.研磨头体连接杆：珩磨头通过连接杆与主轴的进给轴连接起来，连接杆的上端用圆锥或圆柱平键与主轴连接，下端的孔与珩磨头滑配，靠珩磨头上的短销传动，珩磨头只宜单向驱动。连接杆的结构一般有浮动、半浮动和刚性三种形式。CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十页\总数五十二页\编于十六点表2珩磨头与夹具配用及对中要求三.珩磨头的构造CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十一页\总数五十二页\编于十六点四.珩磨油石1.影响油石性能的因素珩磨前正确的选择油石，是保证顺利完成珩磨工艺的重要条件之一。

油石的性能，主要有四个因素来决定：（1）制造油石用的磨料（2）磨料的粒度（3）油石的硬度（4）粘结磨料用的结合剂CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十二页\总数五十二页\编于十六点TL代表绿碳化硅；280代表磨粒的粒度；ZR2

代表油石的硬度；A代表粘结磨料用的结合剂四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十三页\总数五十二页\编于十六点(1)磨料

目前珩磨油石主要是由白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅等三种磨料所制成。白刚玉磨料——硬度高且尖锐，但韧性差，磨粒容易破碎。

适宜珩磨淬火钢、高碳钢、高速钢及薄壁零件等抗拉强度高和韧性相当大的金属。

四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十四页\总数五十二页\编于十六点黑碳化硅表面光滑，硬度大，韧性较差，具有自锐作用；生产率高，表面光洁度好碳化硅绿碳化硅表面光滑，硬度大，韧性较差，具有自锐作用；生产率高，表面光洁度好碳化硅磨料

适合珩磨强度低和性能脆的材料，如铸铁，黄铜等某些有色金属和非金属材料四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十五页\总数五十二页\编于十六点(2)磨料的粒度

粒度是指磨料颗粒的粗细和大小。油石是用粒度很细的磨粒制成的。油石粒度越粗，切削金属越快，生产率越高，但加工表面光洁度较差；反之，粒度越细，得到的表面光洁度就越高。粗珩磨——选择粒度80~180的油石，通常采用的粒度120精珩磨——选择粒度为280~W20的油石四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十六页\总数五十二页\编于十六点(3)油石的硬度油石的硬度，指的并不是磨料颗粒本身的硬度，而是油石结合剂的强弱。而结合剂强弱的具体表现就是磨料颗粒从结合剂中脱落下来所需的力量的大小。需要的力量大，即为硬油石；反之为软油石。

选择油石的硬度，应该和磨削的金属硬度成适当的反比。即磨硬的的金属要选择较软的油石；加工较软的金属选择的油石硬度要偏高一些。四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering目前四十七页\总数五十二页\编于十六点2.珩磨油石的连接方式机械加固式胶合式压制式四.珩磨油石CollegeOfMechanicalAndVehicleEngineering切削力负荷集中在夹紧螺钉上油石易破裂、结构部紧凑牢固可靠、胶合后油石高度不一致轻巧省力、使