研磨(grinding)是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)加工表面進(jìn)行的精整加工(如切削加工)。研磨可用于加工各種金屬和非金屬材料，加工的表面形狀有平面，內(nèi)、外圓柱面和圓錐面，凸、凹球面，螺紋，齒面及其他型面。

研磨是一種重要的精密和超精密加工方法，由于其不斷發(fā)展完善，定義也在不斷地變化。早年德國的經(jīng)濟(jì)加工協(xié)會(huì)曾給研磨定義為：研磨是一種加工方法，在工件和工具之間無強(qiáng)制導(dǎo)引，利用研磨劑，在不斷變更方向的情況下相互滑動(dòng)。這個(gè)定義是較為原始的基本定義，沒有體現(xiàn)出研磨的特征。

后來有人給研磨又下了定義：用研磨工具和研磨劑從工件表面上磨去一層極薄的金屬，使工件表面達(dá)到精確的尺寸、準(zhǔn)確的幾何形狀和很低的表面粗糙度值，這種精密加工的方法，叫研磨。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)了研磨的特征，但也限制了加工工件的材料范圍，僅指金屬似乎不妥。

由于材料科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，非金屬材料的大量涌現(xiàn)，其應(yīng)用日益廣泛，所以研磨加工對(duì)象也應(yīng)包括非金屬。因而，研磨可以表述為：利用磨具通過磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。

研磨加工除了加工精度和加工質(zhì)量高這一特點(diǎn)外，還具有加工材料廣，幾乎可以加工任何固態(tài)材料的特點(diǎn)。正是由于這一特點(diǎn)，研磨加工方法的應(yīng)用比較早。

在原始社會(huì)，人類的祖先就用研磨方法來加工貝殼、骨制品、石器及一些器皿等。盡管研磨加工效率低，但在當(dāng)時(shí)由于切削刀具材料比較落后，研磨對(duì)于這些材料的加工常常是惟一可行的加工方法。

后來，由于切削刀具材料的發(fā)展，切削加工因加工效率高而逐漸受到重視，使得切削加工在機(jī)械加工領(lǐng)域中所占比例增加，而研磨加工在機(jī)械加工領(lǐng)域所占比例一度減少。

但近幾年來，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)產(chǎn)品性能的要求日益提高(影響產(chǎn)品性能的主要因素包括其構(gòu)件的加工精度和加工質(zhì)量)，研磨加工以其加工精度和加工質(zhì)量高而再次受到了人們的關(guān)注。

特別是最近幾年信息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)零件不僅需求量增大，而且對(duì)其質(zhì)量、精度都提出了很高的要求，而研磨作為光學(xué)加工中一種非常重要的加工方法，起著不可替代的作用。

因此許多人從事著研磨加工技術(shù)的研究，其宗旨都是進(jìn)一步提高研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。

目前普遍采用的傳統(tǒng)散粒磨料慢速研磨主要優(yōu)點(diǎn)是加工精度高，但也存在著一些缺點(diǎn)，如：

①磨料散置于磨盤上，磨盤轉(zhuǎn)速不能太高，以避免磨料飛濺，浪費(fèi)磨料，因此加工效率低。

②磨料與從工件上磨下的碎屑混淆在一起，磨料不能充分發(fā)揮切削作用，而且為提高加工效率還要經(jīng)常將磨料與這些碎屑一起清洗掉，這既浪費(fèi)了能源、又浪費(fèi)了磨料。

③磨料在磨盤上是隨機(jī)分布的，其分布密度不均，造成對(duì)工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制;特別是磨料與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，這也增加了工件面形精度的不確定因素，降低了加工精度的穩(wěn)定性。

④在研磨加工過程中，磨料相互間既有作用力，又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這造成了磨料之間產(chǎn)生切削作用，即磨料磨磨料，加重了磨料和能源的浪費(fèi)。

⑤在研磨過程中，大尺寸的磨料承受較大的壓力，而小尺寸的磨料所受到的壓力小，甚至不受壓力，這使得大顆粒磨料切削深度大，產(chǎn)生的劃痕深，影響表面質(zhì)量，因此為提高工件表面質(zhì)量，散粒研磨對(duì)磨料的尺寸均勻性要求較高。

⑥在研磨加工中要嚴(yán)格控制冷卻液的流量，以避免沖走磨料，這使得冷卻效果變差，容易引起工件升溫，造成加工精度下降。

⑦在研磨過程中，磨盤產(chǎn)生的磨損影響加工工件的面形精度，這就要求經(jīng)常修整磨盤，而修整磨盤要求三個(gè)磨盤相互對(duì)研，既費(fèi)事麻煩，又對(duì)工人操作技術(shù)水平要求高。

⑧為避免粗研中所用的大顆粒磨料被帶到下道精研加工中，影響精研加工質(zhì)量，要求各研磨工序間要對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗。

⑨污染環(huán)境。

⑩工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工人技術(shù)水平要求高。

?較硬的磨料容易嵌人較軟的工件表面內(nèi)，影響工件的使用性能。

傳統(tǒng)的散粒磨料研磨正是因?yàn)榇嬖谥鲜鲞@些缺點(diǎn)，使得其應(yīng)用受到了一定的限制。

考慮到傳統(tǒng)散粒磨料慢速研磨存在的上述諸多缺點(diǎn)，人們努力探索新的研磨加工方法，以解決散粒磨料研磨所存在的問題。新的研磨加工方法，主要有施加特殊研磨力的研磨，用微粒子沖擊去除材料研磨，采用特殊研磨工具研磨，復(fù)合研磨等，其分類如下圖所示。

1、施加特殊研磨力的研磨

(1)振動(dòng)研磨

振動(dòng)研磨就是在研磨過程中，使磨料與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)附加以振動(dòng)。其主要目的是提高加工效率。如在研磨中采用振幅(12-25)μm，頻率為(20-50)kHz的超聲波振動(dòng)，可提高加工效率15倍。目前振動(dòng)研磨加工技術(shù)較為成熟。

對(duì)于一些尺寸較小，而數(shù)量又較大的零件，有人將其與磨料一起置人一容器內(nèi)，加以振動(dòng)，進(jìn)行研磨拋光。這種振動(dòng)研磨機(jī)較為簡單，而且對(duì)只有表面粗糙度要求，而沒有面形精度要求的工件非常適合，應(yīng)用也很廣泛。

(2)磁性流體研磨

磁性流體研磨是利用磁性流體本身所具有的液體流動(dòng)性和磁性材料的磁性以及外磁場(chǎng)作用來保持磨粒與工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到研磨光整工件表面的精加工方法。其特點(diǎn)是：加工質(zhì)量好，表面精度高，不會(huì)在加工表面形成新的加工變質(zhì)層，適應(yīng)加工材料廣，并可用于有復(fù)雜形面的表面精加工。

(3)磁力研磨

磁力研磨也稱為磁性磨料研磨，它是將工件置于磁場(chǎng)中，而在磁場(chǎng)中填充著具有磁性的微細(xì)磨料，磨料在磁場(chǎng)的作用下對(duì)工件表面產(chǎn)生壓力。當(dāng)工件相對(duì)磁場(chǎng)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磨料對(duì)工件表面產(chǎn)生研磨切削作用。

這種研磨加工方法的優(yōu)點(diǎn)是通過控制磁場(chǎng)強(qiáng)度，很容易控制研磨壓力;并且因?yàn)槭侨嵝匝心?，適合研磨加工工件的形狀較為廣泛;另外還可以去除較小的毛刺，有利于提高零部件生產(chǎn)加工自動(dòng)化程度。

2、用微粒子沖擊去除材料研磨

(1)彈性發(fā)射加工

彈性發(fā)射加工(EEM)是利用微粒子在材料表面上滑動(dòng)去除材料。微粒子以接近水平的角度與材料碰撞，在接近材料表面處產(chǎn)生最大剪斷力，既不使其體內(nèi)的位錯(cuò)、缺陷等發(fā)生移動(dòng)(塑性變形)，又能產(chǎn)生微量的“彈性破壞”，以進(jìn)行去除加工。其去除量可控制在幾個(gè)至幾十個(gè)原子級(jí)。表面粗糙度達(dá)1nm(RMS，均方根)，平面度達(dá)λ/20(λ為光帶波長)。

(2)非接觸研磨

非接觸研磨是以彈性發(fā)射加工為理論基礎(chǔ)的一種加工方法。顧名思義，就是在研磨中，研磨盤不接觸工件。一般來說，研磨盤在下面，其上是研磨液，而工件是浮在研磨液之上。當(dāng)研磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)研磨液運(yùn)動(dòng)，研磨液中的微細(xì)磨粒就沖擊工件表面，產(chǎn)生研磨作用。其特點(diǎn)與彈性發(fā)射加工相似。

(3)利用電泳動(dòng)研磨

利用電泳現(xiàn)象進(jìn)行表面研磨是一種超精密研磨加工方法，其原理示于下圖中。當(dāng)兩個(gè)相互不同材料的物體接觸時(shí)，通常在其界面上引起正負(fù)電荷的分離，使兩個(gè)物體之間產(chǎn)生電位差。這種正負(fù)電荷相對(duì)存在的現(xiàn)象叫作界面雙電荷層。

分散在研磨液中的磨粒周圍也存在這種雙電荷層。當(dāng)對(duì)這個(gè)界面施加平行電場(chǎng)時(shí)，界面兩側(cè)的電荷變向，靜電力就改變方向，使電荷產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這叫作界面電動(dòng)現(xiàn)象。如對(duì)膠態(tài)粒子加電場(chǎng)時(shí)，所產(chǎn)生的粒子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象就叫電泳。磨粒也存在電泳現(xiàn)象，因此可利用電泳現(xiàn)象進(jìn)行研磨加工。

利用液體中磨粒的電特性作為控制磨粒運(yùn)動(dòng)的方法，有如下兩種，設(shè)磨粒為帶負(fù)電。

①使磨粒集中于加工面的方法：加直流電壓，使加工面為正，其相對(duì)的工具(電極)面為負(fù)時(shí)，磨粒受力的作用向加工面方向運(yùn)動(dòng)，如圖中(a)所示。由理論分析可知，磨粒作用于加工面時(shí)的動(dòng)能，隨所加電壓的增加而增大。

②使磨粒集中于工具面的方法：如圖中(b)所示，加上直流電壓時(shí)，使工具面帶正電，加工面或其他電極帶負(fù)電，磨粒受力向?qū)χ玫墓ぞ呙娣较蚣?。結(jié)果，在磨粒和對(duì)置工具面之間產(chǎn)生摩擦力，磨粒隨工具面運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件加工面給予與電壓成正比的能量，產(chǎn)生研磨作用。

3、采用特殊研磨工具研磨

(1)砂帶研磨

砂帶研磨是將磨料粘在柔性帶上，制成砂帶，利用砂帶與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相互間的作用力，產(chǎn)生研磨作用。這種研磨適合于各種曲面加工。

(2)液體結(jié)合劑砂輪研磨

液體結(jié)合劑砂輪研磨作為一種高效研磨的方法，正在受到人們的重視。采用該方法加工，工件已加工表面粗糙度達(dá)0.01μm以下。其主要特征是采用了液體結(jié)合劑砂輪。該砂輪結(jié)構(gòu)與普通砂輪大體相同，如下圖所示。

其構(gòu)成情況按體積比為磨粒：結(jié)合劑：氣孔=5：2：3。其不同點(diǎn)是液體結(jié)合劑砂輪的結(jié)合劑不是固體，而是水、各種酸性或堿性溶液和各種油，是用液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固體結(jié)合劑，液體表面張力和粘著力牢固地將磨料粘結(jié)起來代替固體結(jié)合劑的粘結(jié)。這種液體結(jié)合劑砂輪的磨粒容易脫落，一般認(rèn)為這種液體結(jié)合劑的砂輪與傳統(tǒng)的砂輪相比耐用度很低。

當(dāng)作為結(jié)合劑的液體量過多時(shí)，磨料與液體的混合物就變成粘糊狀，在砂輪造形上有困難。相反，如果結(jié)合劑過少，則磨粒結(jié)合力變?nèi)酰拜喌哪p速度非?？?，砂輪的壽命短。根據(jù)以上情況，采用近似普通磨削砂輪的上述混合率時(shí)，可以得到最強(qiáng)的結(jié)合力。

采用液體結(jié)合劑砂輪研磨有如下特點(diǎn)：

①加工精度、加工質(zhì)量與普通研磨一樣時(shí)，加工效率能高于普通研磨幾倍。

②磨粒白銳性好，能長時(shí)間保持高效率研磨。

③砂輪成形非常容易，可適用于球面等復(fù)雜形狀的研磨。

④相對(duì)加工性而言，可以制成非常寬的砂輪。

⑤由于只需要磨粒和適宜的液體就可以制作砂輪，所以加工面的質(zhì)量控制非常容易。

⑥由于結(jié)合劑可以使用酸性溶液和堿性溶液，所以可用于期待化學(xué)作用的研磨和有吸濕性的特殊工件的研磨。

⑦由于液體結(jié)合劑砂輪沒有普通研具那樣的連續(xù)的彈性，故可進(jìn)行無塌邊的研磨。

另外，液體結(jié)合劑砂輪，不必像普通砂輪那樣燒制，所以制造周期短，可以廉價(jià)生產(chǎn)。

(3)采用研磨膜研磨

采用研磨膜進(jìn)行研磨是一種較新的研磨方法。所謂的研磨膜就是鍍有磨料的聚酯膜。其原理如下圖所示，研磨膜在接觸滾子的作用下，壓向工件。在研磨加工時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)，接觸滾子也旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)研磨膜相對(duì)工件有移動(dòng)，從而產(chǎn)生研磨作用，為保證研磨的均勻性，研磨膜相對(duì)工件不僅有切向移動(dòng)，還有軸向移動(dòng)，即往復(fù)擺動(dòng)。

用研磨膜研磨與以往的用砂帶研磨相比具有一定的優(yōu)點(diǎn)。研磨膜上的磨料厚度均勻，聚酯膜較以往的砂帶(由布或紙做襯底)強(qiáng)度高，可通過控制研磨膜上的磨料尺寸，控制研磨工件已加工表面粗糙度。

4、復(fù)合研磨

(1)機(jī)械化學(xué)研磨

機(jī)械化學(xué)研磨是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體的接觸點(diǎn)上產(chǎn)生固相反應(yīng)，生成了反應(yīng)生成物，出現(xiàn)原子級(jí)的脫落，從而實(shí)現(xiàn)加工。目前人們所從事的機(jī)械化學(xué)研磨加工研究，主要是針對(duì)具體加工對(duì)象的應(yīng)用研究。

(2)電解研磨

電解研磨是應(yīng)用較早的電化學(xué)復(fù)合加工工藝，可蝕除金屬表面大的粗糙度而使表面平整;也可蝕除金屬表面微觀不平，使其光滑成鏡面。電解研磨原理是通過電解蝕除表面金屬，但在蝕除過程中，會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，所以再加上機(jī)械研磨，去除表面微觀高點(diǎn)的鈍化膜，使其能繼續(xù)電解蝕除，如此反復(fù)進(jìn)行，從而使加工表面逐漸平整光滑。

這種研磨加工方法可以消除傳統(tǒng)散粒磨料研磨加工在工件已加工表面上產(chǎn)生的加工變質(zhì)層，因此受到了人們的重視，國內(nèi)外許多學(xué)者從事著這一加工技術(shù)的研究。