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第 4 章精密加工和特种加工简介教学提示： 随着生产和科学技术的发展，许多工业部门，尤其是国防、航天、电子等工业，要求产品向高精度、高速度、大功率、耐高温、耐高压、小型化等方向发展，产品的零件所使用的材料越来越难加工，形状和结构越来越复杂，要求精度越来越高，表面粗糙度越来越小，普通的加工方法已不能满足其需要，便创造和发展了一些精密加工和特种加工方法，本章仅简要地介绍它们当中常用的几种教学要求： 精密加工是指加工精度和表面质量达到极高要求的加工工艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工；特种加工是将电能、热能、光能、声能和磁能等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合直接施加到被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也被称为非传统加工技术本章就是让学生了解精密与特种加工的原理、特点及其应用4.1 精密和光整加工精密加工是指在精加工之后从零件上切除很薄的材料层，以提高零件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和珩磨等光整加工是指不切除或从零件上切除极薄材料层，以减小零件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨和抛光4.1.1 研磨研磨是用研磨工具和研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层的精加工方法。

研磨外圆尺寸精度可达公差等级IT6 ～IT5 以上， 表面粗糙度可达Ra为 0.1m～0.08m研磨的设备结构简单，制造方便，故研磨在高精度零件和精密配合的偶件加工中，是一种有效的方法1. 加工原理研磨是在研具与零件之间置以研磨剂，研具在一定压力作用下与零件表面之间作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械及化学作用，从零件表面上切除很薄的一层材料，从而达到很高的精度和很小的表面粗糙度研具的材料应比零件材料软，以便部分磨粒在研磨过程中能嵌入研具表面，起滑动切削作用大部分磨粒悬浮于磨具与零件之间，起滚动切削作用研具可以用铸铁、软钢、黄铜、塑料或硬木制造，但最常用的是铸铁研具因此它适于加工各种材料，并能较好地保证研磨质量和生产效率，成本也比较低研磨剂由磨料、研磨液和辅助填料等混合而成，有液态、膏状和固态三种，以适应不同加工的需要磨料主要起机械切削作用，是由游离分散的磨粒作自由滑动、滚动和冲击来完成的 常用的磨粒有刚玉、碳化硅等， 其粒度在粗研时为240 号～ W20，精研时为W20机械加工工艺基础( 机械制造基础( 下册 ))·130··130·以下研磨液主要起冷却和润滑作用，并能使磨粒均匀地分布在研具表面。

常用的研磨液有煤油、汽油、全损耗系统用油(俗称机油 )等辅助填料可以使金属表面产生极薄的、较软的化合物膜，以便零件表面凸峰容易被磨粒切除，提高研磨效率和表面质量最常用的辅助填料是硬脂酸、油酸等化学活性物质研磨方法分手工研磨和机械研磨两种图 4.1 手工研磨外圆(1) 手工研磨是人手持研磨具或零件进行研磨的方法，如图 4.1 所示， 所用研具为研磨环研磨时，将弹性研磨环套在零件上，并在研磨环与零件之间涂上研磨剂，调整螺钉使研磨环对零件表面形成一定的压力零件装夹在前后顶尖上，作低速回转(20m/min ～30m/min) ，同时手握研磨环作轴向往复运动，并经常检测零件，直至合格为止手工研磨生产率低，只适用于单件小批量生产2) 机械研磨是在研磨机上进行，如图4.2 所示为研磨小件外圆用研磨机的工作示意图研具由上下两块铸铁研磨盘5、2 组成，二者可同向或反向旋转下研磨盘与机床转轴刚性连接，上研磨盘与悬臂轴6 活动铰接，可按照下研磨盘自动调位，以保证压力均匀在上下研磨盘之间有一个与偏心轴1 相连的分隔盘4，其上开有安装零件的长槽，槽与分 隔盘径向倾斜角为当研磨盘转动时，分隔盘由偏心轴带动作偏心旋转，零件3 既可以在槽内自由转动，又可因分隔盘的偏心而作轴向滑动，因而其表面形成网状轨迹，从而保证从零件表面切除均匀的加工余量。

悬臂轴可向两边摆动，以便装夹零件机械研磨生产率高，适合大批大量生产图 4.2 研磨机工作示意图1—偏心轴2—下研磨盘3—零件4—分隔盘5—上研磨盘6—悬臂轴第 4 章精密加工和特种加工简介·131··131·2. 研磨的特点及应用研磨具有如下特点1) 加工简单，不需要复杂设备研磨除可在专门的研磨机上进行外，还可以在简单改装的车床、钻床等上面进行，设备和研具皆较简单，成本低2) 研磨质量高研磨过程中金属塑性变形小，切削力小、切削热少，表面变形层薄，切削运动复杂，因此，可以达到高的尺寸精度、形状精度和小的表面粗糙度，但不能纠正零件各表面间的位置误差若研具精度足够高，经精细研磨，加工后表面的尺寸误差和形 状误差可以小到0.1m～0.3m，表面粗糙度Ra值可达 0.025m以下3) 生产率较低 研磨对零件进行的是微量切削，前道工序为研磨留的余量一般不超过 0.01mm～0.03 mm4) 研磨零件的材料广泛可研磨加工钢件、铸铁件、铜、铝等有色金属件和高硬度的淬火钢件、硬质合金及半导体元件、陶瓷元件等研磨应用很广，常见的表面如平面、圆柱面、圆锥面、螺纹表面、齿轮齿面等，都可以用研磨进行精整加工精密配合偶件如柱塞泵的柱塞与泵体、阀心与阀套等，往往要经过两个配合件的配研才能达到要求。

4.1.2 珩磨1. 加工原理珩磨是利用带有磨条(由几条粒度很细的磨条组成)的珩磨头对孔进行精整加工的方法 如图 4.3(a)所示为珩磨加工示意图，珩磨时， 珩磨头上的油石以一定的压力压在被加工表面上，由机床主轴带动珩磨头旋转并沿轴向作往复运动(零件固定不动)在相对运动的过程中，磨条从零件表面切除一层极薄的金属，加之磨条在零件表面上的切削轨迹是交叉而不重复的网纹，如图4.3(b)所示，故珩磨精度可达IT7 ～IT5 以上，表面粗糙度Ra值为0.1m～0.008ma) (b) 图 4.3 珩磨孔如图4.4 所示为一种结构比较简单的珩磨头，磨条用黏结剂与磨条座固结在一起，并装在本体的槽中，磨条两端用弹簧圈箍住旋转调节螺母，通过调节锥和顶销，可使磨条机械加工工艺基础( 机械制造基础( 下册 ))·132··132·胀开，以便调整珩磨头的工作尺寸及磨条对孔壁的工作压力为了能使加工顺利进行，本体必须通过浮动联轴节与机床主轴连接图 4.4 珩磨头1—调节螺母2—调节锥3—磨条4—顶块5—弹簧箍为了及时地排出切屑和切削热，降低切削温度和减少表面粗糙度，珩磨时要浇注充分的珩磨液珩磨铸铁和钢件时通常用煤油加少量机油或锭子油(10%～20%)作珩磨液；珩磨青铜等脆性材料时，可以用水剂珩磨液。

磨条材料依零件材料选取加工钢件时，磨条一般选用氧化铝；加工铸铁、不锈钢和有色金属时，磨条材料一般选用碳化硅在大批量生产中，珩磨在专门的珩磨机上进行机床的工作循环常是自动化的，主轴旋转是机械传动，而其轴向往复运动是液压传动珩磨头磨条与孔壁之间的工作压力由机床液压装置调节在单件小批生产中，常将立式钻床或卧式车床进行适当改装，来完成珩磨加工2. 珩磨的特点及应用珩磨具有如下特点1) 生产率较高珩磨时多个磨条同时工作，又是面接触，同时参加切削的磨粒较多， 并且经常连续变化切削方向，能较长时间保持磨粒刃口锋利珩磨余量比研磨大，一般珩磨铸铁时为0.02mm～0.15mm，珩磨钢件时为0.005mm～0.08mm2) 精度高珩磨可提高孔的表面质量、尺寸和形状精度，但不能纠正孔的位置误差这是由于珩磨头与机床主轴是浮动连接所致因此，在珩磨孔的前道精加工工序中，必须保证其位置精度3) 珩磨表面耐磨损由于已加工表面有交叉网纹，利于油膜形成，润滑性能好，磨损慢4) 珩磨头结构较复杂第 4 章精密加工和特种加工简介·133··133·珩磨主要用于孔的精整加工，加工范围很广， 能加工直径为5mm～500mm 或更大的孔，并且能加工深孔。

珩磨还可以加工外圆、平面、球面和齿面等珩磨不仅在大批大量生产中应用极为普遍，而且在单件小批生产中应用也较广泛对于某些零件的孔，珩磨已成为典型的精整加工方法，例如飞机、汽车等的发动机的汽缸、缸套、连杆以及液压缸、枪筒、炮筒等4.1.3 超级光磨1. 加工原理超级光磨是用细磨粒的磨具(油石 )对零件施加很小的压力进行光整加工的方法如图4.5 所示为超级光磨加工外圆的示意图加工时，零件旋转(一般零件圆周线速度为6m/min ～30m/min) ，磨具以恒力轻压于零件表面，作轴向进给的同时作轴向微小振动(一般振幅为 1mm～6mm，频率为5Hz～50Hz) ，从而对零件微观不平的表面进行光磨图 4.5 超级光磨加工外圆加工过程中，在油石和零件之间注入光磨液(一般为煤油加锭子油)，一方面为了冷却、润滑及清除切屑等，另一方面为了形成油膜，以便自动终止切削作用当油石最初与比较粗糙的零件表面接触时，虽然压力不大，但由于实际接触面积小，压强较大，油石与零件表面之间不能形成完整的油膜，如图 4.6(a)所示， 加之切削方向经常变化，油石的自锐作用较好，切削作用较强随着零件表面被逐渐磨平，以及细微切屑等嵌入油石空隙，使油石表面逐渐平滑，油石与零件接触面积逐渐增大，压强逐渐减小，油石和零件表面之间逐渐形成完整的润滑油膜，如图4.6(b)所示，切削作用逐渐减弱，经过光整抛光阶段，最后便自动停止切削作用。

a) (b) 图 4.6 超级光磨加工过程1—油石2—油膜3—零件机械加工工艺基础( 机械制造基础( 下册 ))·134··134·当平滑的油石表面再一次与待加工的零件表面接触时，较粗糙的零件表面将破坏油石表面平滑而完整的油膜，使磨削过程重新再一次进行2. 超级光磨的特点及应用超级光磨具有如下特点1) 设备简单，操作方便超级光磨可以在专门的机床上进行，也可以在适当改装的通用机床 (如卧式车床等)上进行，利用不太复杂的超精加工磨头进行一般情况下，超级光磨设备的自动化程度较高，操作简便，对工人的技术水平要求不高2) 加工余量极小由于油石与零件之间无刚性的运动联系，油石切除金属的能力较 弱，只留有3m～10m的加工余量3) 生产率较高因为超级光磨只是切去零件表面的微观凸峰，加工过程所需时间很短，一般约为30s～60s4) 表面质量好 由于油石运动轨迹复杂，加工过程是由切削作用过渡到光整抛光， 表面粗糙度很小( Ra小于 0.012m) ，并具有复杂的交叉网纹，利于储存润滑油，加工后表面的耐磨性较好但不能提高其尺寸精度和形位精度，零件所要求的尺寸精度和形位精度必须由前道工序保证超级光磨的应用也很广泛，如汽车和内燃机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面常用超级光磨作光整加工。

它不仅能加工轴类零件的外圆柱面，而且还能加工圆锥面、孔、平面和球面等4.1.4 抛光1. 加工原理抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以抛光膏，对零件表面进行光整加工的方法抛光轮一般是用毛毡、橡胶、皮革、棉制品或压制纸板等材料叠制而成，是具有一定弹性的软轮抛光膏由磨料(氧化铬、氧化铁等)和油酸、软脂等配制而成抛光时，将零件压于高速旋转的抛光轮上，在抛光膏介质的作用下，金属表面产生的一层极薄的软膜，可以用比零件材料软的磨料切除，而不会在零件表面留下划痕加之高速摩擦，使零件表面出现高温，表层材料被挤压而发生塑性流动，这样可填平表面原来的微观不平，获得很光亮的表面( 呈镜面状 ) 2. 抛光特点及应用抛光具有如下特点1) 方法简单、成本低抛光一般不用复杂、特殊设备，加工方法较简单，成本低2) 适宜曲面的加工由于弹性的抛光轮压于零件曲面时，能随零件曲面而变化，也 即与曲面相吻合，容易实现曲面抛光，便于对模具型腔进行光整加工3) 不能提高加工精度由于抛光轮与零件之间没有刚性的运动联系，抛光轮又有弹 性，因此不能保证从零件表面均匀地切除材料，而只能减小表面粗糙度值，不能提高加工精度所以，抛光仅限于某些制品的表面装饰加工，或者作为产品电镀前的预加工。

4) 劳动条件较差抛光目前多为手工操作，工作繁重，飞溅的磨粒、介质、微屑污染环境，劳动条件较差。