超高速磨削通常指砂輪速度大于150ms的磨削超高速磨削

150m/s等興旺國家進(jìn)展很快，被譽(yù)為“現(xiàn)代磨削技術(shù)的最頂峰”。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)21與一般磨削相比，超高速磨削顯示出極大的優(yōu)越性:大幅度提高磨削效率，削減設(shè)CBN123m/s的高速磨削割草機(jī)曲軸，原來需要63個(gè)磨削工序，現(xiàn)在只需要3個(gè)磨削工序，生產(chǎn)時(shí)間削減65%，每小時(shí)可以加工180件。再如人們以125m/s的速度應(yīng)用一般砂輪高效磨削淬硬低碳鋼42CrMo4，切除率達(dá)167mm3/mms11倍。磨削力小，零件加工360m/s以下的試驗(yàn)說明，在一個(gè)較窄的速度范圍(180-200m/s)內(nèi)，摩擦狀態(tài)由固態(tài)向液態(tài)急劇變化，并伴隨著磨削力的急劇下降。筆者在單顆磨粒高速4520Cr鋼試驗(yàn)中覺察，摩擦系數(shù)在臨界速度以下，隨速度的增大而大幅度削減;超過臨界速度后，摩擦系數(shù)卻隨速度的增大而略有增加。降低加工工件外表粗糙度。在其它條件一樣時(shí)，33m/s,100m/s200m/s的速度磨削時(shí)，外表粗糙Ra2.0,Ra1.4Ra1.1μm80m/s200m/s8.5200m/s的速度磨削時(shí)，2.580m/s1倍。1超高速磨削的進(jìn)展歐洲歐60年月末期，試驗(yàn)室210-230m/s。70年月末期，高速磨削承受CBN砂輪。意大利的法米爾(Famir)19739月西德漢諾威國際機(jī)床展覽會(huì)上，展出了砂輪圓周速度120m/sRFT-C120/50R90年月初，已經(jīng)350m/s的磨削試驗(yàn)。目前，實(shí)際應(yīng)用中，高速磨削和周密磨削最大磨削速度在200-250m/sGuhringAutomation1983年制造了功率60k10000r/min,砂輪直徑400mm500m/sCBN155m/s811mm3/mms16MCr5鋼齒輪的高效加工。另一個(gè)例子是，承受電鍍CBN300m/s的速度下，以140mm³/mms100Cr6高硬度(60HRC)滾動(dòng)軸承鋼水泵回StuderS45型外圓磨床進(jìn)展280m/sS40CBN125m/s時(shí)，高速磨削性能發(fā)揮最為500m/sKapp公司,SchandtNaxaUnionSongMachinery公司等也相繼推出了各類高速磨床。美國1970年美國的本迪克斯公司91m/s切入式高速磨床。1993EdgetekMachine公司首次推出CBN203m/s、用以加工淬硬的鋸Connectient大學(xué)磨削爭論與進(jìn)展中心的無心250m/s30kW,12023r/min，砂輪自動(dòng)平衡，自動(dòng)上料。目前美國的高效磨削磨床很普遍，主要是應(yīng)用CBN160m/s的速度75mm3/mmsInconel718Ra1～2μm，尺寸公差±13μm。另外承受直徑400mm的陶瓷CBN砂輪，以150-200m/s的速度磨削，可到達(dá)Ra0.8μm，尺寸公差±2.5-5μm。美國高速磨削的一個(gè)重要爭論方向是低損傷磨削高級陶瓷。傳統(tǒng)的方法是承受多工序磨俐，而高速磨削試圖承受粗精加工一次磨削，以高的材料去除率和低本錢加工高質(zhì)量的氮化硅陶瓷零件。日本日本20年來進(jìn)展快速，1976年，在凸輪磨床上開頭應(yīng)用CBN砂輪進(jìn)40m/s的高速磨削,198580m/s。1990年后，開頭開發(fā)160m/s以上的超高速磨床。目前，有用的磨削速度已到達(dá)了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已經(jīng)研制出，該磨床主軸最大轉(zhuǎn)速3000r/min，最大功率22kW,承受直徑250mm的砂輪，最高周速達(dá)395m/s。并在30-300m/s速度范圍內(nèi)爭論了速度對鑄鐵可加工性的影響。日本的豐田工機(jī)、三菱重工、岡本機(jī)床制作所等公司均能生產(chǎn)應(yīng)用CBN砂輪的超高速磨床，日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床，承受陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，圓周速度到達(dá)了200m/s。中國我國高速磨削起步較晚，1974年，第一汽車廠、第一砂輪廠、瓦房店軸承廠華中工學(xué)院鄭州三磨所等先后進(jìn)展50-60m/s的磨削試驗(yàn);湖南大學(xué)進(jìn)展了60-80m/s高速磨削試驗(yàn)。1975年10月，南陽機(jī)床廠試制成功了MS132型80m/s高速外圓磨床。1976年，上海機(jī)床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學(xué)院、上海交通大學(xué)、廣州機(jī)床爭論所、武漢材料保護(hù)爭論所等組成高速磨削試驗(yàn)小組，對80m/s,100m/S高速磨削工藝進(jìn)展了試驗(yàn)爭論。與此同時(shí)，上海機(jī)床廠設(shè)計(jì)制造了MBSA1332型80m/s半自動(dòng)高速外圓磨床，磨削效率到達(dá)了車削和銑削的生產(chǎn)率。1977年，湖南大學(xué)在試驗(yàn)室成功地進(jìn)展了100m/s,120m/s高速磨削試驗(yàn)、在2023年中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)(CCMT””2023)上湖南大學(xué)推出了最高線速度達(dá)120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。1976年東北大學(xué)與阜第一機(jī)床廠合作研制成功F1101型60m/s高速半自動(dòng)活塞專用外圓磨床到80年月初東北大學(xué)進(jìn)展了大量的高速磨削試驗(yàn)爭論以東北大學(xué)為主開發(fā)的YLM-1型雙面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線磨削速度到達(dá)80m/s，磨削壓力在2500-5000N以上。90年月，東北大學(xué)開頭了超高速磨削技術(shù)的爭論并首先研制成功了我國第一臺(tái)圓周速度200m/s,額定功率55kW的超高速試驗(yàn)?zāi)ゴ玻罡咚俣冗_(dá)250m/s。2超高速磨削的關(guān)健技術(shù)超高速主軸提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，因而，為實(shí)現(xiàn)高速切削，砂輪驅(qū)動(dòng)和軸承轉(zhuǎn)速往往要求很高。主軸的高速化要求足夠的剛度，回轉(zhuǎn)精度高，熱穩(wěn)定性好，牢靠，功耗低，壽命長等。為削減由于切削速度的提高而增加的動(dòng)態(tài)力，要求砂輪主軸及主軸電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行極其準(zhǔn)確，且振動(dòng)微小。目前，國外生產(chǎn)的高速超高速機(jī)床，大量地承受電主軸。國外的高速電主軸進(jìn)展很快，如在日本，1998年10月19屆JIMTOF展覽會(huì)上，展出的超高速主軸根本上在10000-25000r/min之間。目前國際上最高水平的電主軸是瑞士Fisher 公司的產(chǎn)品(nmax=40000r/min,N=40kW)。轉(zhuǎn)速高達(dá)202300r/min、250000r/min的有用高速電主軸也正在爭論開發(fā)中。沈陽工業(yè)學(xué)院研制的超高速車銑床，承受的電主軸調(diào)速范圍0-18000r/min，最大輸出功率7.5kW。廣西工業(yè)大學(xué)研制的額定轉(zhuǎn)速1500r/min的GD-2型高速電主軸承受Si3N4陶瓷球軸承，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)18000r/min,主電機(jī)額定功率13.5kW。主軸軸承可承受陶瓷滾動(dòng)軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動(dòng)靜壓軸承等。陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、耐高溫、高溫時(shí)尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是制造難度大，本錢高，對拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感_磁浮軸承的最高外表速度可達(dá)200m/s，可能成為將來超高速主軸軸承的一種選擇。目前磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負(fù)荷容量低，所用磁鐵與回轉(zhuǎn)體的尺寸相比過大，價(jià)格昂貴?？諝忪o壓軸承具有回轉(zhuǎn)梢度高，沒有振動(dòng)，摩擦阻力小，經(jīng)久耐用，可以高速回轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。用于高速、輕載和超周密的場合。液體動(dòng)靜壓軸承，無負(fù)載時(shí)動(dòng)力損失太大，主要用于低速重載主軸。超高速磨削砂輪高速磨削砂輪應(yīng)具有好的耐磨性，高的動(dòng)平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的剛度和良好的導(dǎo)熱性等通常由高機(jī)械性能的基體和薄層的磨粒組成。砂輪基體應(yīng)避開剩余應(yīng)力，在運(yùn)行過程中的伸長應(yīng)最小。通過計(jì)算砂輪切向和法向應(yīng)力，覺察最大應(yīng)力發(fā)生在砂輪基體內(nèi)徑的切線方向，這個(gè)應(yīng)力不應(yīng)超出砂輪基體材料的強(qiáng)度極限。大局部有用超硬磨料砂CFRPCBN然CFRP彈性系數(shù)低，但彈性系數(shù)與比重的比率高，可以抑制砂輪在半徑方向的延長。CFRP的另一優(yōu)點(diǎn)是較低的線性伸長系數(shù)。目前以CFRP380mm的CBN砂輪，可實(shí)現(xiàn)200m/s2m/s400m/s的超高速磨床CFRP250mm的陶瓷結(jié)合劑CBN300m/s的磨CBN、金剛石磨料。結(jié)合劑可以用陶瓷、樹脂或金屬結(jié)合荊等。樹脂結(jié)合劑的剛玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂輪，使用速度可達(dá)125m/s。單層電鍍CBN砂輪的使用速度可達(dá)250m/s,試驗(yàn)中已達(dá)340m/s200m/s。同基他類型的砂輪相比，陶瓷結(jié)合劑砂輪易干修整。與高密度的樹脂和金屬結(jié)合劑砂輪相比，陶瓷結(jié)合劑砂輪可以通過變化生產(chǎn)工藝獲得大范圍的氣孔率。特別構(gòu)造擁有40%的氣孔率。由于陶瓷結(jié)合劑砂輪的構(gòu)造特點(diǎn)，使得修整后容屑空間大，修銳簡潔，甚至在很多應(yīng)用狀況下可以不修銳。承受片狀燒結(jié)陶瓷砂輪片和牢靠的粘結(jié)，解決了由于陶瓷結(jié)合劑的彈性系數(shù)與基體相差太大，而易于裂開的缺陷。美國Norton公司爭論出一種借助化學(xué)粘接力把持磨粒的方法，可使磨粒突出80%的高度而不脫落，其結(jié)合劑抗拉強(qiáng)度超過1553N/mm2(電鍍鎳基結(jié)合劑為345-449N/mm2)。阿亨工業(yè)大學(xué)在其砂輪的鋁基盤上接的牢靠性。主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用砂輪與主軸的錐連接處產(chǎn)生不均勻的膨脹，連接剛度下降。筆者在超高速磨削試驗(yàn)中，曾消滅過由于夾緊力缺乏，而導(dǎo)致在啟動(dòng)過程中，產(chǎn)生振動(dòng)。德國開發(fā)出HSK(短錐空心柄)連接力式和對刀具進(jìn)展等級平衡及主軸自動(dòng)平衡的技術(shù)，但未見其用于超高速磨削的報(bào)道。因此，開高的進(jìn)給速度和運(yùn)動(dòng)加速度。直線電機(jī)取消了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”60-200m/mv10-100m/s2以上。定位精度高達(dá)0.5-0.05μm，甚至更高。且推力大，剛度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，行程長度不受限制。主要問題是發(fā)熱較嚴(yán)峻，對其磁場四周的灰塵和切屑有吸附作用，價(jià)格較高。德國西200m/min60m/min,10m/s磨削液及其注入系開發(fā)了液氮冷卻、噴氣冷卻、微量潤滑和干切削等，但磨削液仍舊是不行能完全被取代的冷卻潤滑介質(zhì)。磨削液分為兩大類:油基磨削液和水基磨削液(包括乳化液)油滑作用，可以有效的減小切屑、工件、磨粒切削刃和砂輪結(jié)合劑之間的摩擦。從而削減磨削熱的產(chǎn)生和砂輪的磨損，提高工件外表的完整性。但油基磨削液在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生油霧，嚴(yán)峻污染環(huán)境;;能源鋪張嚴(yán)峻。由于水基磨削液冷卻效果好，防火性好，對環(huán)境的污染問題易于解決等，因此，含有各種外表活性劑、油性劑、極壓添加劑、緩蝕劑和防腐殺菌劑的性能優(yōu)越的水基磨削液，是混合磨削油和合成水基磨削液的聯(lián)合應(yīng)用，對于磨削難加工材料特別有效。用少量油潤濕砂輪提高潤滑效果，用水基磨削液注人磨削弧提高冷卻效果或者，油在磨削區(qū)前加人，而水則僅僅用來冷卻工件外表。通過聯(lián)合應(yīng)用水和油，獲得的外表粗糙度和金屬去除率與乳化液相當(dāng)。與單純使用乳化液相比，能降低砂輪的磨損。其缺還可能存在薄膜沸騰的影響。因此，承受恰當(dāng)?shù)淖⑷朔椒ǎ黾幽ハ饕哼M(jìn)人磨削區(qū)的有效局部，提高冷卻和潤滑效果，對于改善工件質(zhì)量，削減砂輪磨損，極其重要。常用的磨削液注人方法有:手工供液法和澆注法;高壓噴射法;空氣擋板關(guān)心截?cái)鄽饬鞣?砂輪內(nèi)冷卻法;用。如，承受靴狀噴嘴，可在砂輪接觸區(qū)前一個(gè)較大的區(qū)域?qū)ι拜嗊M(jìn)展直接地潤滑，石墨管本身又相當(dāng)于氣流擋板射流內(nèi)冷卻，將射流與砂輪內(nèi)冷卻結(jié)合起來，用徑向射流沖擊，到達(dá)強(qiáng)化換熱的效果，可突破成膜沸騰的障礙凹凸壓噴嘴聯(lián)合應(yīng)用，采用高壓噴嘴和空氣擋板向砂輪及磨削區(qū)供液，低壓噴嘴冷卻工件。也有承受環(huán)狀噴嘴冷卻工件，潤滑噴嘴向砂輪及磨削區(qū)供液，以降低不件整體溫度，提高工件尺寸距離，冷卻效果降低。因而，噴嘴應(yīng)盡可能靠近磨削弧區(qū)，提高進(jìn)人磨削弧區(qū)的有效流量和壓力。對噴嘴進(jìn)展優(yōu)化，承受內(nèi)腔為凹狀的噴嘴，目內(nèi)壁光滑，出口處為銳邊，可均化液流，產(chǎn)生較長的高聚射流，提高冷卻和潤滑效果。高速磨削液必須用的過濾方法有:物理方法，如重力沉降、渦旋過濾、磁力過濾、濾網(wǎng)過濾、濾帶(紙)過濾;化學(xué)方法，如承受助濾劑硅藻土等。在過濾系統(tǒng)中同時(shí)經(jīng)過多個(gè)過濾單元進(jìn)展復(fù)合過濾，效果更佳。超高速磨削系統(tǒng)還需要實(shí)行措施降低磨削液溫度，月前主磨削液引起的砂輪主軸功率消耗，以及磨削區(qū)域磨削液的動(dòng)靜壓對磨削力的影響進(jìn)展?fàn)幷?。對高速磨削的供液壓力和速度進(jìn)展優(yōu)化。有效地削減功率消耗和對環(huán)境的負(fù)面影響。有關(guān)爭論說明，對于某一流量存在一臨界速度，當(dāng)砂輪速度大于臨界速度時(shí)，隨著砂輪速度的增加，法向磨削力降低。砂輪修整在磨削過程中，砂輪變鈍，或由于磨損而失去正確的幾何外形，必需進(jìn)展準(zhǔn)時(shí)修整。修整分為整形和修銳兩個(gè)過程。整形是使砂輪到達(dá)要求的幾何外形和精度。修銳就是使磨粒凸出結(jié)合劑，產(chǎn)生必要的容屑空間，使砂輪到達(dá)較佳的磨削力量。依據(jù)具體狀況，這兩個(gè)過程可石滾輪法。電火花和激光法等的整形法也正在爭論中。常用的修銳方法有自由磨粒法(如氣體噴砂修銳法、游離磨粒擠壓修銳法、液壓噴砂修銳法等>和固結(jié)修銳工具修銳法(如油石法、剛玉塊切人法、砂輪對磨法等)兩大類，此外還有電解在線修與智能化超高速磨削的試驗(yàn)爭論需要消耗大量人力物力因而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展磨削過程的仿真是一個(gè)重要的爭論課題CIRP磨削科技委員會(huì)已把“虛擬試驗(yàn)室”作為一個(gè)重要的合作工程，虛擬磨床可以建立一個(gè)逼真的虛擬磨削環(huán)境，可用于評估、推測磨削加工過程和產(chǎn)品質(zhì)量以及培訓(xùn)等一利用計(jì)算機(jī)仿真可模擬磨削過程，對磨削區(qū)溫度場、磨削力變化等進(jìn)展仿真，分析