硬脆材料双面研磨抛光机的设计

硬脆材料双面研磨/抛光机的设计摘要：双面平面研磨是在传统研磨机构的基础上，通过改变研磨平面的数目从而 来提高研磨精度和效率的一种研磨方式。

其加工原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的 磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工， 从而来实现加工精度的要求。

.本文通过对平面研磨机构多种运动方式的分析，以及研磨精度要求，并结合现有研 磨机， 从而设计出一种新型的行星式双面平面研磨机构， 并对其运动轨迹做了具体研究。

这种研磨方式不仅解决了传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工 质量不稳定等缺点，提高了研磨技术水平，保证研磨加工精度和加工质量，而且 还可以实现在一定范围内不同直径圆柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加 工成本，使研磨技术进一步实用化。

关键词：双面研磨;结构设计;轨迹曲线Double-sided Grinding Of The Hard-brittle Materials/PolishingMachine DesignAbstract：Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on the basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements.This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed a new double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves grinding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilization.Key words：Double-sided Grinding ;Structure Design ;Path Curves第一章 绪论1.1 硬脆材料的一些简介硬脆材料例如陶瓷、白宝石单晶、微晶玻璃等以优良特性得到广泛的应用。

微晶玻 璃用于天文望远镜、光学透镜、火箭和卫星的结构材料等，而且同时可以作标准米尺； 白宝石因为其良好的透光性和耐磨性等特点用于激光器的反射镜和窗口、异质外延生长 的半导体材料或金属材料的基片等。

对硬脆材料进行超精密加工方法的研究，将其进一 步扩大应用范围并且提高其使用性能。

由于微晶玻璃中无数微小品粒的存在、白宝石硬度高，大都认为很难得到超光滑高 平面度的表面。

通常的光学抛光机都是动摆式的，即工件相对于磨盘既转动，又沿一定 的弧线摆动：工件在抛光的同时也不断地进行修整抛光模。

但是，当抛光参数设定时， 工件和抛光模的那个面形始终处于非收敛的变化中，即面形朝凹或凸的方向单调改变， 不断检查面形，修改抛光参数，对操作员的技术水平要求很高。

我们一般使用中国航空 精密机械研究所研制的超精密研磨机 CJY—500 进行实验。

其上下主轴均为液体静压主 轴，并且还能够实现研磨盘的超精密车削，平面度小于lμm/φ500，用高精度的研磨盘 来保证高精度的工件，不需要抛光中工件对其修整。

当工件与锡磨盘定偏心、同方向、 同转速运动时工件表面的材料除去相同，而且工件每个点在研磨盘周光滑高平面度的表 面奠定了基础。

研磨和抛光基本都是利用研磨剂使工件与研具进行单纯的对研而获得的高质量、高 精度的加工方法。

1.2 国内外研磨和抛光的历史及其发展现状在国内外研磨和抛光的历史很悠长，比如：玉器和铜镜的制作；眼镜的应用、1360 年的绘画上就有发现、在文艺复兴时期的望远镜和显微镜发明。

现在，除了已经实现大批量生产透镜和棱镜外，其加工水平已能够完成光学镜面和 保证高形状精度的光学平晶、平行平晶以及具有特定曲率的球面等标准件的加工。

就实施超精密加工而言，在各种各样的加工方法中，研磨和抛光方法最为有力。

为适应零件加工的要求，应该不断进行技术改造和开发新加工原理的超精密研磨和抛光技术。

精密和超精密加工现在已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术，许多现代技术 产品需要高精度制造。

发展尖端的技术和发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密 和超精密加工制造出来的仪器设备。

当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代科技 技术的前沿，也是明天技术的基础。

现代机械工业之所以要致力加强提高加工精度，其主要的原因在于：提高制造精度 后可有效的提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强 零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。

超精密加工技术发展至今天，已经获得重大的进展，超精密切削加工已不再是一种 孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而是成为一项包含内容极其广泛的系统工程。

实现 超精密加工，不仅需要超精密的机床设备和刀具，也需要超稳定的环境条件，还需要运 用计算机技术进行实时监测，反馈和补偿。

只有把各个领域的技术成就集结起来，才有 可能实现超精密加工。

根据我国的当前实际情况，参考国外的发展趋势，我国应开展超精密加工技术基础 的研究，其主要内容包括以下五个方面：1. 超精密切削磨削的基本理论和工艺2. 超精密设备的精度，动特性和热稳定性3. 超精密加工精度检测及在线检测和误差补偿4. 超精密加工的环境条件5. 超精密加工的材料参考国外精密加工技术的经验和我国实际情况，如果能够对精密和超精密加工技术 给予足够的重视，投入相当的人力和物力进行研究与开发，在八五期间生产中稳定微米 级加工技术的基础上，开始亚微米加工；九五期间在生产中稳定亚微米级加工并开始纳 米级加工的实验研究。

即将在15‐20年内达到美国等发达国家目前的水平，并在某些主 要单项技术上达到国家先进水平 。

第二章 工作原理及基本要求2.1 抛光机理由于抛光过程的复杂性和不可视性，往往是在通过特定的实验条件下获得的实验结 果来说明抛光的机理。

对于硬脆性材料的抛光机理，归纳一下主要有如下解释： 抛光是一磨粒的微削塑性切削生产切屑为主体而进行的。

在材料切除过程中都会由 于局部高温、高压而使工件与磨粒、加工液及抛光盘之间存在着直接的化学作用，并且 在工作表面产生反应生成物。

由于这些作用的重叠，以及抛光液、磨粒及抛光盘的力学 作用，使工件表面的生成物不断被去除而使表面平滑化。

采用工件、磨粒、抛光盘和加工液等的不同组合，可实现不一样的抛光效果。

工件 与抛光液、磨料及抛光盘间的化学反应有助于抛光加工。

2.2 双面研磨机的工作原理在进行高质量平行平面研磨时需要使用双面研磨，该双面研磨抛光机的工作原理示 意图如下：图2‐1 双面研磨抛光机工作原理图如图所示，研磨的工件放在工件保持架内，上，下均有研磨盘。

下研磨盘有电动机 带动旋转， 为了在工件上得到均匀而不重复的研磨轨迹， 工件保持架制成行星轮的形式， 外面和内齿轮啮合，里面和小齿轮啮合。

所以工作时工件将同时有自转和公转，作行星 运动。

上研磨盘一般情况不转动（有时也转动），上面可加载并有一定的浮动以避免两 研磨盘不平行造成工件两研磨面不平行。

由工件与研具的相对运动轨迹对工件面形精度有都重要影响，对其基本要求如下： 1） 工件相对研具做平面平行运动，能使工件上各点具有相同或相近的研磨行 程。

2） 工件上任意一点，尽量不要出现运动轨迹的周期性重复。

3） 研磨运动平稳，避免曲率过大的运动转角。

4） 保证工件走遍整个研具表面，使研磨盘得到均匀磨损，进而保证工件表面的 平面度。

5） 及时变更工件的运动方向，使研磨纹路复杂多变，有利于降低表面粗糙度， 并保证表面均匀一致。

常用的运动轨迹有：次摆线、外摆线和内摆线轨迹等。

2.3 双面研磨机的主要特点双面研磨机主要用于两面平行的晶体或其它机械零件进行双面研磨，特别是薄脆性 材料的加工。

适用于各种材质的机械密封环、陶瓷片、气缸活塞环、油泵叶片轴承端面 及硅、锗、石英晶体、石墨、蓝宝石、光学水晶、玻璃、铌酸锂、硬质合金、不锈钢、 粉灰冶金等金属材料的平面研磨和抛光。

其主要特点有：1、采用无级调速系统控制，可以轻易调整出适合研磨各种部件的研磨速度。

采用 电—气比例阀闭环反馈压力控制，可以独立调控压力装置。

上盘设置的缓降功能，有效 的防止薄脆工件的破碎。

2、通过一个时间继电器与一个研磨计数器，可以按加工要求准确设置和控制研磨 时间和研磨圈数。

工作时可调整压力模式，达到研磨设定的时间或圈速的时候就会自动 停机报警提示，实现半自动化的操作。