試驗(yàn)條件

    試驗(yàn)用超精密磨床的磨頭主軸采用具有很高轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度的空氣軸承主軸；工件主軸采用具有很高剛性、回轉(zhuǎn)精度和振動(dòng)吸收率的氣浮軸承主軸。磨床磨削深度可控制在0.1μm以內(nèi)。

    磨削試驗(yàn)采用Moore公司生產(chǎn)的5種不同型號(hào)的樹脂焊接金剛石磨粒砂輪，砂輪型號(hào)及磨粒尺寸列于下表。金剛石砂輪層的厚度為3mm，采用Gc#400型修整器在砂輪圓周速度vs=160m/min、修整器速度vw=0.6m/min和切削深度a=1μm的條件下對(duì)金剛石砂輪進(jìn)行修整。磨削工件時(shí)采用酒精作為冷卻液。

表試驗(yàn)用金剛石砂輪

試驗(yàn)結(jié)果與討論

    采用傳統(tǒng)的磨削方法加工陶瓷及其它硬度高、脆性大的脆性材料時(shí)，磨削后的工件表面會(huì)產(chǎn)生裂紋。本試驗(yàn)采用超精密磨頭在不同的加工條件下磨削陶瓷材料，加工完畢后，采用Nanoscope ⅢA掃描探針顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)。由觀測(cè)結(jié)果可知，磨削表面可分為三種模式：斷裂模式、斷裂+塑性模式、塑性模式，圖1所示為磨削模式與磨削條件(砂輪進(jìn)給量與平均磨粒尺寸)之間的關(guān)系。由圖1可看出，塑性磨削模式能利用平均磨粒尺寸小于18.5μm，或平均磨粒尺寸最大值不超過25μm的金剛石砂輪進(jìn)行磨削。

    采用SD1500-75-B金剛石砂輪磨削時(shí)表面粗糙度與進(jìn)給量之間的關(guān)系曲線(所有表面均在塑性模式下進(jìn)行磨削)。由圖可知，磨削表面粗糙度主要取決于砂輪的進(jìn)給量，而磨削深度和磨削方向?qū)δハ鞅砻娲植诙炔o影響。 

    當(dāng)采用SD3000-75-B金剛石砂輪在v=1200m/min，f=3.6μm/r，a=1μm條件下對(duì)陶瓷樣品進(jìn)行磨削時(shí)，陶瓷表面處于塑性域磨削模式。圖4和圖5分別為用Nanoscope ⅢA掃描探針顯微鏡測(cè)得的陶瓷磨削表面顯微圖形及其表面輪廓形貌。測(cè)得的陶瓷表面粗糙度值為rms4.15nm，Ra3.07nm和P-V32.17nm，其表面粗糙度值優(yōu)于用拋光方法加工的光學(xué)表面。

結(jié)論

1) 金剛石砂輪的平均磨粒尺寸是影響陶瓷磨削表面粗糙度的重要因素。如采用平均磨粒尺寸小于25μm的金剛石砂輪進(jìn)行磨削，可使陶瓷在塑性模式下進(jìn)行磨削加工，從而消除表面裂紋缺陷。

2) 陶瓷磨削表面粗糙度是砂輪進(jìn)給量的關(guān)系函數(shù)，在塑性模式條件下進(jìn)行磨削時(shí)，表面粗糙度不受切削深度和磨削方向的影響。

3) 采用SD3000-75-B型金剛石砂輪對(duì)陶瓷材料進(jìn)行超精密磨削加工，可獲得表面粗糙度值為rms4.15nm、Ra3.07nm的高質(zhì)量光滑表面。 (end)