轴承知识

轴承知识

主页 > 轴承知识

精密和超精密磨削机理及磨削砂轮的选择分析

2019-05-21

马博磊　李兴华　郭孝祖

　　摘　要：在现代生产活动中，人们对部件结构的精密度要求越来越高。因此，器件的精密与超精密加工成为了热门的研究课题。随着计算机技术的发展，精密控制已经成为了现实。而磨削砂轮的选择则成为了限制精密与超精密加工发展的Z大因素。在本文中，我们通过介绍精密与超精密加工的定义，分析了精密磨削加工的工作机理，并以此为基础，研究了精密加工磨削砂轮选择的方法。这些研究对精密和超精密磨削加工的发展应用有很重要的意义，有很好的现实价值。

　　关键词：精密加工；磨削机理；磨削砂轮

　　引言

　　随着时代的发展，越来越多的工作仪器向超小型化和高精密度的方向发展。要实现这些仪器的制造，首先需要生产极高精密度的工作部件。因此，精密与超精密的部件加工越来越受到人们的重视。

　　在机械加工中，磨削加工是比较常用的一种加工方式。由于现阶段的磨削加工主要有机床完成，距离精密还有一定的距离。因此，展开精密与超精密磨削加工的相关研究有很大的必要性。

　　本文拟通过分析精密与超精密磨削加工的特点和机理，研究探讨磨削砂轮的选择准则和方法。

　　一、精密与超精密分析

　　上世纪六十年代，随着核能、大规模集成电路等大量新兴技术的发展，人们迫切需要一种能够实现极高精密度部件加工的加工技术。精密与超精密加工由此产生。

　　精密与超精密加工技术诞生之后，很快在计算机、航空航天等诸多领域取得了广泛应用。随着多年的发展，精密与超精密加工技术已经取得了巨大的进步。目前，该加工技术的加工精密度已经达到了纳米级别，并在朝着更高的精密度级别发展。

　　由于精密与超精密加工在加工精密度上有比较高的要求，所以相比其它加工技术，其在控制系统、伺服系统、测量系统等多个方面都有很大的变化。特别是计算机控制系统的应用，不仅实现了微误差精密加工的要求，也极大推动了该类智能控制系统在其它加工领域的应用，对于信息化时代的发展推动也有很重要的意义。

　　二、精密磨削机理分析

　　磨削加工是现代生产中应用比较广泛的一种切削加工方法。由于现代仪器对于高精密度部件的要求越来越迫切，所以精密与超精密磨削的研究也越来越热门。而精密与超精密磨削的机理则主要分为微加工与连续加工两方面。

　　2.1 器件结构的微加工

　　微加工是精密与超精密磨削加工的基础。在现代生产活动中，人们一般会先选择一个毛坯部件，再利用切削等技术手段，对其外部结构等进行改变。精密与超精密磨削为了实现高精准度的加工要求，磨削厚度等甚至可能会小于器件晶粒的大小。这就要求磨具要有比较大的切削力。

　　同时，在磨削工作的过程中，磨具基本都处于高速运转的状态。剧烈运动下与加工器件产生摩擦，会导致局部加工区域的温度急剧上升。如果选择的磨具不当，很容易在高温下发生形变，进而影响到加工精密度。

　　从上述两点分析，我们可以判断要实现器件结构的微加工，所选择的磨具必须同时具有高硬度和耐高温两个特性。按照现有的模具材料筛选，我们认为精密与超精密磨削加工的磨具材料应当优先选择金刚石、立方氮化硼等材料。

　　2.2 连续性的精密磨削加工

　　连续加工是精密与超精密加工的另一个显著特点。为了实现对加工器件精密度的控制，精密磨削加工一般采用了“逐步逼近”的加工方法，即利用磨具等主次对器件的结构进行微加工。为了保证工作的准确性，在逐步加工的过程中，一般不能中断。这就要求精密磨削加工有比较高的连续性。

　　另外，在连续磨削加工的过程中，加工器件等在磨具的作用力下，会发生微小的弹性形变。在系统工作状态稳定之后，磨削的切入量才会与加工器件的尺寸减少量保存一致。在普通情况下，这种现象会被计算到正常误差范围内。但是在精密与超精密加工中，这种误差会极大地影响精密度。因此，在连续磨削加工的时候，需要预先将这一部分误差量考虑进去，并在加工的时候控制刀具合理处理这一部分工作量。所以，精密与超精密磨削加工对于刀具的把控性要求比较高。

　　三、磨削砂轮的选择分析

　　在上文中我们分析到，精密与超精密加工所用磨具需要同时具有高硬度和耐高温的特性。而在磨削加工连续工作状态中，又需要比较高的刀具把控度。所以，磨削加工的砂轮在选择准则和方法上有一定的注意事项。

　　3.1 磨削砂轮选择准则

　　首先需要注意的是磨削砂轮的硬度选择。模具需要高硬度是相对于加工器件而言，如果硬度比较低，无法满足未加工切削的需求；如果硬度过高，会因为砂轮与加工器件的硬摩擦而留下擦伤等。所以，磨削砂轮的硬度选择准则是以加工器件的硬度为参考物。考虑到需要精密加工的器件硬度一般都比较低，所以我们建议选择中硬度的磨削砂轮。

　　为了满足刀具高把控性的要求，磨削砂轮的粒度也是选择的一项准则。特别是为了能够实现对磨削加工开始时弹性形变产生误差的补偿，磨削砂