一、研磨加工機理
精密研磨屬于游離磨粒切削加工，是在剛性研具(如鑄鐵、錫、鋁等軟金屬或硬木、塑料等)上注入磨料，在—定壓力下，通過研具與工件的相對運動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優良表面粗糙度的加工方法。
1.硬脆材料的研磨
硬脆材料研磨的加工模型如圖3-8所示。
一部分磨粒在研磨壓力的作用下用露出的尖端刻劃工件表面進行微切削加工；
另—部分磨粒則產生滾軋效果，使工件表面產生脆性崩碎形成切屑。
研磨磨粒為1μm的氧化鋁和碳化硅等。
2.金屬材料的研磨
金屬材料研磨時，磨粒的研磨作用相當于普通切削和磨削的切削深度極小時的狀態，沒有裂紋的產生。
由于磨粒處于游離狀態，難以形成連續的切削，磨粒與工件間僅是斷續的研磨動作，從而形成磨屑。
二、拋光加工機理
拋光是指用低速旋轉的軟質彈性或粘彈性材料(塑料、瀝青、石蠟、錫等)拋光盤，或高速旋轉的低彈性材料(棉布、毛氈、人造革等)拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質地獲得光滑表面的加工方法。
拋光—般不能提高工件形狀精度和尺寸精度。
拋光使用的磨粒是1μm以下的微細磨粒。
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拋光加工模型如圖3-9所示。
微小的磨粒被拋光器彈性地夾持研磨工件，因而磨粒對工件的作用力很小，即使拋光脆性材料也不會發生裂紋。
拋光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化學性溶析作用的結合。
三、精密研磨、拋光的主要工藝因素
精密研磨拋光的主要工藝因素如表3-5所示。
在一定的范圍內，增加研磨壓力可以提高研磨效率。
此外，超精密研磨對研磨運動軌跡有以下基本要求，保征工件加工表面和研具表面上各點均有相同或相近的被切削條件和切削條件：
?、俟ぜ鄬ρ心ケP作平面平行運動，使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。
?、诠ぜ先我稽c不出現運動軌跡的周期性重復。
?、郾苊馇蔬^大的運動轉角，保證研磨運動平穩。
?、鼙ＷC工件走遍整個研磨盤表面，以使研磨盤磨損均勻，進而保證工件表面的平面度。
?、菁皶r變換工件的運動方向，以減小表面粗糙度值并保證表面均勻一致。
四、研磨盤與拋光盤
1.研磨盤
研磨盤是涂敷或嵌入磨料的載體，以發揮磨粒切削作用，同時又是研磨表面的成形工具。研磨對研磨盤加工面的幾何精度要求很高。
研磨盤材料硬度要低于工件材料硬度，且組織均勻致密、無雜質、無異物、無裂紋和無缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。
常用的研磨盤材料有鑄鐵、黃銅、玻璃等。
研磨盤的結構要具有良好的剛性、精度保持性、耐磨性、排屑性和散熱性。為了獲得良好的研磨表面，常在研磨盤面上開槽。開槽的目的為：
?、僭诓蹆却鎯Χ嘤嗟哪チ?，以防止磨料堆積而損傷工件表面。
?、诩庸み^程中作為向工件供給磨粒的通道。
?、圩鳛榧皶r排屑的通道，以防止研磨表面被劃傷。
固著磨料研磨盤是一種適用于陶瓷、硅片、水晶等脆性材料精密研磨的研具，具有表面精度保持性好、研磨效率高的優點。
它是將金剛石或立方氮化硼磨料與鑄鐵粉末混合后，燒結成小薄塊，或用電鑄法將磨粒固著在金屬薄片上，再用環氧樹脂將這些小薄塊粘貼在研磨盤而制成的。
2.拋光盤
拋光盤平面精度及其精度保持性是實現高精度平面拋光的關鍵。
因此，拋光小面積的高精度平面工件時要使用彈性變形小，并始終能保持平面度的拋光盤。
較為理想的是采用特種玻璃或者在平面金屬盤上涂一層彈性材料或軟金屬材料作為拋光盤。
為獲得無損傷的平滑表面，當工件材料較軟時(如加工光學玻璃)，可使用半軟質拋光盤(如錫盤、鉛盤)和軟質拋光盤(如瀝青盤、石蠟盤)。
使用軟質拋光盤的優點是拋光表面加工變質層和表面粗糙度值都很??；
缺點是不易保持平面度，因而影響工件的平面度。
五、研磨劑與拋光劑
對研磨用磨粒的基本要求：
①形狀、尺寸均勻一致；
②能適當地破碎，以使切削刃鋒利；
③熔點高于工件熔點；
④在研磨液中容易分散。
對于拋光粉用磨粒，除上述要求外，還要考慮與工件材料作用的化學活性。
研磨拋光加工液主要作用是冷卻、潤滑、均布研磨盤表面磨粒及排屑。
對研磨拋光液的要求：
①有效地散熱，以防止研磨盤和工件熱變形；
②粘附低，以保證磨料的流動性；
③不污染工件；
④物理、化學性能穩定，不分解變質；
⑤能較好地分散磨粒。
六、非接觸拋光
非接觸拋光是指在拋光中工件與拋光盤互不接觸，依靠拋光劑沖擊工件表面，以獲得加工表面完美結晶性和精確形狀的拋光方法，其去除量僅為幾個到十幾個原子級。
非接觸拋光主要用于功能晶體材料拋光(注重結晶完整性和物理性能)和光學零件的拋光(注重表面粗糙度及形狀精度)。
1.彈性發射加工
彈性發射加工(EEM，Elastic Emission Machining)是指加工時研具與工件互不接觸，通過微粒子沖擊工件表面，對物質的原子結合產生彈性破壞，以原子級的加工單位去除工件材料，從而獲得無損傷的加工表面。
彈性發射加工原理是利用水流加速微細磨粒，以盡可能小的入射角(近似水平)沖擊工件表面，在接觸點處產生瞬時高溫高壓而發生固相反應，造成工件表層原子晶格的空位及工件原子和磨粒原子互相擴散，形成與工件表層其他原子結合力較弱的雜質點缺陷，當這些缺陷再次受到磨粒撞擊時，雜質點原子與相鄰的幾個原子被一并移去，同時工件表層凸出的原子也因受到很大的剪切力作用而被切除。
彈性發射加工方法如圖3-10所示。
加工頭為—聚氨脂球，在微粒子懸浮液中，加工球頭在回轉中向工件表面接近，使懸浮液中的微粒子在工件表面的微小面積(Фl~2mm)內產生作用。
對加工頭和工作臺實施數控，可實現曲面加工。EEM的數控加工裝置如圖3-11所示。
2.浮動拋光
浮動拋光(Float Polishing)是一種平面度極高的非接觸超精密拋光方法。
浮動拋光裝置如圖3-12所示。
高回轉精度的拋光機采用高平面度平面并帶有同心圓或螺旋溝槽的錫拋光盤，拋光液覆蓋在整個拋光盤表面上，拋光盤及工件高速回轉時，在二者之間的拋光液呈動壓流體狀態，并形成一層液膜，從而使工件在浮起狀態下進行拋光。超精密拋光盤的制作是實現浮動拋光加工的關鍵。
3.動壓浮離拋光
動壓浮離拋光(Hydrodynami-type Polishing)是另一種非接觸拋光。
平面非接觸拋光裝置如圖3-13所示。
工作原理是：當沿圓周方向制有若干個傾斜平面的圓盤在液體中轉動時，通過液體楔產生液體動壓(動壓推力軸承工作原理)，使保持環中的工件浮離圓盤表面，由浮動間隙中的粉末顆粒對工件進行拋光。
加工過程中無摩擦熱和工具磨損，標準平面不會變化，因此，可重復獲得精密的工件表面。
該方法主要用于半導體基片和各種功能陶瓷材料及光學玻璃平晶的拋光，可同時進行多片加工。
用這種方法加工3”直徑硅片可獲得0.3μm的平面度和Ra1nm的表面粗糙度。
4.非接觸化學拋光
普通的盤式化學拋光方法，是通過向拋光盤面供給化學拋光液，使其與被加工面作相對滑動，用拋光盤面來去除被加工件面上產生的化學反應生成物。
這種以化學腐蝕作用為主，機械作用為輔的加工，又稱為化學機械拋光。
水面滑行拋光(Hvdroplan Polishing)是一種工件與拋光盤互不接觸，不使用磨料的新型化學拋光方法。
它借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光。
水面滑行拋光法是為拋光GaAs和lnP等化合物半導體基片而開發的，拋光裝置如圖3-14所示。
將被加工的半導體基片吸附在作為工件夾具的直徑為100mm的水晶光學平板的底面。
水晶平板的邊緣呈錐狀，并通過帶輪與拋光裝置相連。
基片高度可利用調節螺母進行調節(調節范圍在125μm以內)。
將腐蝕液注到拋光盤中心附近，當拋光盤以1200r/min的轉速回轉時，通過液體摩擦力，使水晶平板以1800r/min轉速回轉，同時動壓力使水晶平板上浮，完成拋光盤對工件表面的非接觸化學拋光。
水面滑行拋光的加工液為甲醇、甘醇和溴的混合液。甲醇和溴對GaAs和InP是有效的腐蝕液，甘醇具有調整液體粘度的作用。
5.切斷、開槽及端面拋光
采用非接觸端面拋光可實現對溝槽的壁面、垂直柱狀軸斷面進行鏡面加工。
這是傳統拋光方法難以做到的。
端面非接觸鏡面拋光裝置示意圖如圖3-15所示。
工具與工件互不接觸，高速旋轉的工具驅動微粒沖擊工件形成溝槽或切斷，然后再用同一種工具，對同一位置進行數次拋光，即可實現斷面的鏡面拋光。
其加工表面粗糙度低于Ra3nm，而且沒有熱氧的層疊缺陷。
該方法可用于直徑0.1mm左右的光導纖維線路零件的端面鏡面拋光以及精密元件的切斷。
