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光整加工是指精加工后从工件上切除极薄的材料层，以提高工件加工精度和降低表面粗糙度的加工方法。为了保证和提高零件的表面质量，采用光整加工方法作为零件的终加工工序是十分有效的措施。
目前光整加工方法很多，有不同的分类方法。若按光整加工的主要功能来分，可分以下三类：
（1）以降低零件表面粗糙度为主要目的的光整加工，如研磨加工、抛光加工、超精加工和珩磨加工等。
（2）以改善零件表面物理性能和力学性能为主要目的的光整加工，如滚压、喷丸强化、金刚石挤压光整和挤压孔等。
（3）以去除飞边或毛刺、棱边倒圆等为主要目的的光整加工，如喷砂、高温爆炸、滚磨、动力刷加工等。
下面，介绍第一类中的超精加工和珩磨加工技术。
光整加工是一种选择压力作用点的加工方法。当工具与工件在一定宽度面上接触并施加压力时，工具自动地选择局部凸出的部位加工，仅切除承受压力处的材料。这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度，即使工具多少存在误差，由于加工过程中工具上的误差点也被切除，工具精度提高，因此与一般强迫进给的切削方法不同，通过光整加工可获得较高的加工精度。
光整加工可以获得比一般机械加工更高的加工精度，其特点是使用由高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。为了保证高的加工精度，要求磨粒粒度、磨具硬度和组织保持良好的一致性，要求磨具尺寸形状保持较高的准确性。为了实现各切刃均作微小切削和高效率的切削，要求磨具与工件有较大的接触面积。因此，在光整加工过程中，要求具备良好的降温、冷却和排屑条件。
一般光整加工过程中，固结磨粒磨具的接触面积大。为防止其发热变形、切屑堵塞磨具，要求切削速度远低于磨削速度。为不降低加工表面质量和加工效率，一般选择的切削速度小于100 m/min，最高不大于300 m/min。
进行光整加工时，工具有特殊的运动形式。为获得良好的加工效果，磨具与工件之间的相对运动比较复杂，诸如交叉切削运动（如珩磨加工）和相对振动切削运动（超精加工）。
光整加工所使用磨具无须修整，而是通过压力进给切削可通过各种加压方式进行控制，使其在从粗加工到精加工的过程中得到自动同步修锐。
珩磨（Honing）主要用来对工件内孔进行精加工和光整加工。进行珩磨加工时，利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作相对旋转和直线往复运动，进行相互修整、相互作用，以提高工件尺寸精度、形状精度和表面质量，珩磨是一种低速磨削。加工后的工件尺寸精度为IT6～IT7，圆柱度为0.01mm，表面粗糙度 Ra 为0.8～0.2 µm。
1.珩磨加工原理
珩磨工具为珩磨头，在珩磨头的圆周上装着若干条油石（一般为4～6条），由珩磨机床主轴带动其旋转并作轴向往复运动，并通过胀开机构将油石沿径向胀开，使其对孔壁施加一定压力而作进给运动，实现对孔的低速磨削。当珩磨头向上运动时，磨粒在孔壁的加工轨迹为右螺旋线，向下运动时为左螺旋线，左右螺旋线交叉重叠。由于珩磨头在每个往复行程内的转数为一非整数，因而使它在每个行程的起始位置都与上次错开一个角度，这就使油石上每颗磨粒在加工表面上的运动轨迹不会重复，从而形成均匀交叉而又复杂的网状细纹，如图3-10所示。
图3-10 珩磨过程及磨粒运动轨迹
珩磨时，珩磨头对金属有切削、摩擦和挤压光整的作用，可以认为珩磨是磨削加工的一种特殊形式，只是珩磨所用的磨具是由粒度很小的油石组成的珩磨头。在珩磨过程中，珩磨头工作面上随机分布的磨粒形成众多的刃尖，被加工金属表层有一部分被磨粒磨刃切除，另一部分则被磨粒挤压，产生塑性变形，并隆起在磨痕两旁，虽与母体产生晶格滑移，但仍联结在母体上，结合强度大大降低，故易为其他磨粒磨刃所切除。由于珩磨时的切削速度和单位压力较低，因而切削区的温度不高，一般在50～150℃范围内。珩磨也与常用磨削加工一样，磨条上的磨粒有自锐作用。
2.珩磨加工特点
珩磨加工有以下显著特点。
（1）表面质量好。珩磨可获得较小的表面粗糙度 Ra ，最小表面粗糙度 Ra 可达到0.025 µm。珩磨表面有均匀的交叉网纹，有利于贮油润滑，而且珩磨发热量少，表面不易烧伤，变形层很薄。因此，可获得很高的表面质量。
（2）加工精度高。珩磨不仅可获得较高的尺寸精度，还能修正孔在珩磨前加工中出现的轻微形状误差，如圆度、圆柱度和表面波纹等。但珩磨一般不能修正孔的位置偏差，孔的轴线直线度和孔的位置度等精度必须由前道工序（精镗或精磨）来保证。
（3）生产率高。珩磨头可以使用多条油石或超硬磨料油石，也可提高珩磨头的往复速度以增大网纹交叉角，较快地去除珩磨余量与孔形误差，还可应用强力珩磨工艺，以有效地提高珩磨效率。
（4）工艺成本较经济。对薄壁孔和刚性不足的工件，或较硬的工件表面，用珩磨进行光整加工不需要复杂的设备和工装，且操作方便。
（5）应用范围广。珩磨主要用于加工各种圆柱形通孔、径向间断的表面孔、不通孔和多台阶孔等。可加工孔径为5～250mm、孔长为3000mm的内孔。除加工内孔外，还可用于外圆、球面以及内外环形曲面的加工；可加工的材料包括铸铁、淬火与未淬火钢、硬铝、青铜、黄铜、硬铬与硬质合金，以及玻璃、陶瓷等非金属材料。
3.珩磨头与油石
珩磨头是珩磨加工机床的重要部件。珩磨头一端连接机床主轴接头，杆部镶嵌或连接珩磨油石。在加工过程中，珩磨头的杆部与珩磨油石进入工件的被加工孔内，并承受切削扭矩；在机床进给结构的作用下，驱动珩磨油石作径向扩张，实现珩磨的切削进给，使工件孔获得所需的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。
不论对哪一种珩磨头，它必须具备以下几个基本条件。
（1）珩磨头上的油石对加工工件表面的压力能自由调整，并能保持在一定范围内。
（2）珩磨过程中，油石在轴的半径方向上可以自由均匀地胀缩，并具有一定刚度。
（3）珩磨过程中，工件孔的尺寸在达到要求后，珩磨头上的油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。
（4）油石工作时无冲击、位移和歪斜。
图3-11所示为一种利用螺旋调节压力的珩磨头结构。珩磨头本体用浮动装置与机床主轴相连接，油石黏结剂（或用机械方法）与油石座固结在一起装在本体的槽中，油石座两端由弹簧箍住，使油石保持向内收缩的趋势。珩磨头尺寸的调整是通过旋转螺母，推动调整锥向下移动，通过顶块使油石在圆周上均匀张开，当油石与孔表面接触后，再继续旋动螺母，即可获得工作压力。这种珩磨头结构比较简单，制造方便，经济实用，但工作压力的调整频繁且复杂，还会在珩磨过程中随油石损耗或孔径的增大而不稳定。为了自动获得恒定压力，成批或大量生产中应采用气动或液压控制的珩磨头。采用气动或液压控制油石胀缩的优点是：在珩磨过程中，油石对工件表面的压力均匀，磨削平稳，而且没有振动，生产率比较高。但是，这种珩磨头的结构较复杂，只有在专用的珩磨机上才能使用，一般中小型修理厂就可能不太适用。
1—本体；2—调整锥；3—顶块；4—油石座；5—油石；6—弹簧箍；7—螺母；8—弹簧
图3-11 利用螺旋调节压力的珩磨头结构
油石是珩磨加工的刀具，直接决定珩磨加工质量。珩磨加工过程中油石的选择应考虑以下因素。
（1）油石种类。油石根据磨料不同一般可分为两大类，即普通油石和特殊油石。普通油石选用普通磨料，虽然价格便宜，但其寿命短且型面保持性差，因此大批量生产时一般不选用。在特殊油石中，选用金刚石等超硬磨料。虽然金刚石的硬度最高，但其热稳定性、磨粒的切削性能远不如立方氮化硼（CBN）油石，因而在珩磨合金钢之类的工件时，用立方氮化硼油石能获得更好的切削性和经济性。
（2）油石粒度。选择油石粒度应以满足工件表面粗糙度为前提，并非越细越好。油石越细，切削效率就越低，因此在满足工件所要求的表面粗糙度前提下，应选用尽可能粗的油石。
（3）油石长度。油石长度是否合适直接影响到被加工孔的形状精度，选择不当可能会产生喇叭口形、腰鼓形、虹形、波浪形等现象。一般情况下，加工通孔时，油石长度应为孔长的2/3～3/2；加工不通孔时，油石长度应为孔长（包括退刀槽）的2/3～3/4。当然，实际应用时应根据具体情况加以修正。
（4）油石硬度。油石硬度直接影响油石的切削性能。一般情况下，加工硬材料选用较软的油石，加工软材料选用较硬的油石。
（5）油石工作压力。珩磨油石工作压力是指油石通过进给机构施加于工件表面单位面积上的力，油石上的磨粒在此工作压力下切入金属或自锐。工作压力增大时，材料去除量和油石损耗也增大，但珩磨精度较差、表面粗糙度增大。当工作压力超过极限压力时，油石就会急剧磨损。
4.珩磨工艺参数
（1）珩磨速度。珩磨速度包括珩磨头的圆周速度 v t 与上下往复速度 v a ，两者的合成速度则构成珩磨交叉网纹，形成网纹交叉角 θ 。
提高上下往复速度 v a ，可提高珩磨效率。现代珩磨机的特点之一是具有较高的上下往复速度（25～35m/min），以便获得较大的网纹交叉角 θ 。当 θ 为45°～70°时，珩磨效率较高。若需低的表面粗糙度，则应降低 v a （或增加 v t ），使 θ 为15°～30°。珩磨间断孔、花键孔，应选择较高的 v t 和较低的 v a 。平角珩磨，根据产品要求的网纹交叉角，选定合理的 v a ，以确定 v t 。
（2）珩磨压力。珩磨时油石需要承受一定压力，若压力太小，则不能磨去一定量的切削层；若压力太大，则磨削热大，影响表面质量，甚至会使油石碎裂。粗珩时，油石的工作压力一般为0.3～0.5MPa；精珩时，油石的工作压力为0.2～0.3MPa；光珩时，油石的工作压力为0.05～0.15MPa。对铸铁件，油石的工作压力应取小值；对钢件，油石的工作压力应取大值。专用珩磨机的油石工作压力为0.4～1MPa，一般不超过1MPa。使用青铜结合剂的金刚石油石的珩磨压力为3～6MPa，立方氮化硼油石的珩磨压力为2～3.5MPa，使用其他结合剂的超硬磨料油石的珩磨压力减半。
（3）珩磨油石越程。珩磨头在往复运动中，必须保证油石在孔（或加工表面）的两端超出一定距离，即油石的越程。越程的长短会直接影响孔的圆柱度，若越程过长，则孔端被过多珩磨，形成喇叭孔；若越程过短，则油石在孔中间的重叠珩磨时间过长，出现鼓形；若两端越程不相等，则会产生锥度。
（4）珩磨余量。珩磨余量与前道工序的精度有关。在镗孔后一般留余量为0.05～0.08mm；铰孔后的余量为0.02～0.04mm；磨后的余量为0.01～0.02mm。铸铁件一般比钢件留的余量要多一些。
（5）珩磨的进给方式和油石的横向进给量。珩磨的进给方式有手动进给、定压进给、定速（量）进给和定压定速进给4种。对珩磨机，多采用定压进给、定速（量）进给或定压定速组合进给。
油石的横向进给量也称为扩张进给量，即珩磨的背吃刀量。粗珩时，余量多，油石粒度大，横向进给量可选得大一些；精珩时，余量少，油石粒度小，要求达到较小的表面粗糙度。此时，应选择小的横向进给量。横向进给量选择不当，易使工件表面烧伤，油石磨损加剧，影响加工表面质量。
5.珩磨液
珩磨液有油剂和水剂两种，水剂珩磨液的冷却和冲洗性能好，适用于粗珩；油剂珩磨液宜适当加入硫化物，可提高其抗黏焊性和抗堵塞性。珩磨高硬度和高脆性材料时，宜用低黏度的珩磨液。
使用树脂结合剂的油石不得采用含碱的珩磨液，因为它会降低油石的结合强度。对立方氮化硼油石，不得使用水剂珩磨液，因为珩磨热引起的高温会加强水解作用，使油石急剧磨损。
超精加工（Superfinishing）又称超精研加工，是一种固结磨粒压力进给的光整加工方法。它是将微细磨粒和低强度结合剂制成的油石加压在待加工表面上，作微小的振动（振幅一般为l～6mm，频率一般为5～50 Hz），在油石与工件的接触表面上，加注大量适当黏度的油液，油石相对工件作低速（6～30 m/min）圆周运动，超精加工原理示意如图3-12所示。超精加工的轨迹是正弦曲线，有利于保持磨粒锋利和消除形状误差，一般在几秒到几十秒内，即可达到近似镜面程度（表面粗糙度 Ra 由0.63～0.16 µm降低到0.08～0.01 µm）、由于在低速、低压（一般压力为0.05～0.3MPa）下进给加工，变质层厚度很小，可以获得较高的耐蚀性和耐磨性表面。适当地组合不同的油石形状和相对运动的形式，可进行多种加工：适用于加工曲轴、轧辊、轴承环和各种精密零件的外圆、内圆、平面、沟道表面和球面等；还可进行无心超精加工。
p —施加在油石上的压力； f —油石往复振动的频率
图3-12 超精加工原理示意
1.超精加工原理
对超精加工油石的加压大多用弹簧压力和空气压力。超精加工前的表面一般经过精密车削、磨削，其表面粗糙度 Ra 为0.2～0.8 µm。超精加工过程可分4个阶段。
（1）强烈切削阶段。工件表面粗糙尖峰与油石表面相接触时，接触应力很大，使磨粒破碎自锐，切削作用强烈。
（2）正常切削阶段。切削几秒后，工件粗糙层被磨除，即进入正常切削阶段，油石表面已无黑色切屑附着，但切削仍在继续。
（3）研磨过渡阶段。磨粒自锐作用减小，磨粒刃棱被磨平，切屑氧化物开始嵌入油石空隙，磨粒粉末堵塞油石气孔，使磨粒只能微弱切削，伴有挤压、滑擦和抛光作用。这时工件表面粗糙度很快降低，油石表面附着黑色切屑氧化物。
（4）停止切削研磨阶段。油石和工件相互摩擦已很光滑，接触面积大大增加，压强下降，磨粒已不能穿破油膜与工件接触。当支承面的油膜压力与油石压力相平衡时，油石被浮起，其间形成油膜，这时已不起切削作用。这个阶段是超精加工所特有的。
根据超精加工原理，应正确地选择工艺参数，使表面切痕的最大高度 H 等于超精加工的材料切除量 H 1 。当 H l ＜ H 时，前工序所留切痕加工不掉；当 H 1 ＞ H 时，在切除切痕后，还要继续加工。为了提高超精加工的效率和质量，可分粗超加工（包括第l、2阶段）和精超加工（包括第3、4阶段），这样可将粗超加工和精超加工工艺参数分别调整到合理值。
2.超精加工特点
（1）超精加工不产生极易磨损的变质层和尖峰，而且还可将磨削留下的变质层除掉，使工件使用寿命提高5倍左右。
（2）磨削后进行超精加工的工件，一般装配后可减小运转噪声（8～10dB），而且振动小，运转平稳。
（3）超精加工的余量比磨削余量小一个数量级，实际上只有几微米，属于低压力进给加工。因此，超精加工的尺寸分散度很小，合格率极高。
（4）超精加工表面为交叉网纹，容易存油，不会出现磨削时易磨损、易发热和烧研现象。
（5）超精加工用工具有较复杂的轨迹，而且能由切削作用过渡到研磨，可较快地降低表面粗糙度。但超精加工过程中会出现反复改变运动方向的振动，影响加工表面质量。
3.无心外圆超精加工
无心外圆超精加工原理示意如图3-13所示。进行无心外圆超精加工时，工件的运动轨迹是由导辊曲面形状决定的。设计时，需要根据工件直径、长度及母线形状要求进行计算，每种导辊只能加工一定范围的工件。例如，工件母线为直线的圆柱体，导辊母线为准双曲线，如图3-13（b）所示，按理论导辊曲线，即按工件直径修整导辊曲线；加工工件母线为全凸的圆柱体，导辊型面被设计成若干“鼓形”，利用变化工件的移动轨迹加工出凸形，如图3-13（c）所示。
图3-13 无心外圆超精加工原理示意
有的凸形短圆柱表面仅要求有1～4μm的凸度，用磨削加工方法不易达到，而用无心外圆超精加工方法只需几秒即可加工出来。
