隨著現(xiàn)代工業(yè)技術和高性能科技產(chǎn)品對機械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性的要求越來越高。在世界范圍內(nèi)更加強了磨削理論基礎和應用研究，新的磨粒加工方法和先進磨粒加工技術、工具與裝備不斷涌現(xiàn)，將磨粒加工這一古老的加工工藝技術迅速推向新高度，并成為先進加工制造工藝與裝備的重要組成部分。高速/超高速、高效率、自動化/數(shù)控化/智能化、超精密等既是當前先進磨粒加工工藝技術的主要內(nèi)容，也是先進加工制造工藝與裝備的重要學科前沿。普通磨削的單位材料去除率不足10 mm3/mm·s，與普通車削、銑削相去甚遠。所以，提高磨粒加工效率一直是人們不懈追求的目標。根據(jù)磨屑去除機理，材料磨除率可以表示成磨屑平均斷面積、磨屑平均長度和單位時間內(nèi)參與切削的磨粒數(shù)三者的乘積。因此，如果要提高磨削效率：
4EYD5 A}"|_ &E !S~)U{SSK 本部分設定了隱藏,您已回復過了,以下是隱藏的內(nèi)容
7,)E1dx -V 1）可以采用高速和超高速及寬砂輪磨削來增加單位時間作用的磨粒數(shù);
A":=-$) 2）采用深切磨削以增大磨屑長度;
cO:lpsKYQ 3）采用重負荷等強力磨削方式以增大磨屑平均斷面積。
rzdQ Lan "= 2\kZ 單獨或綜合采用這些方法從而使單位材料去除率較普通磨削有較大提高的工藝技術均為高效率磨粒加工技術。它主要包括:高速、超高速磨削、緩進給深磨、高效深切磨削、強力磨削和強力晰磨、高速重負荷荒磨、砂帶磨削、硬脆/難加工材料高效率磨削、高效率研磨和拋光等。其中高速與超高速磨削、緩進給深切磨削、高效深切磨削、砂帶磨削和重負荷荒磨技術的發(fā)展最為引人注目。
,wf_o%'eW <hzHrx'o{ 2 高效率磨粒加工技術發(fā)展
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*qI eNfH9l2k 1) 高速超高速磨削
,t_&tbf3 yR5XcPo KI 超高速磨削技術是現(xiàn)代新材料技術、制造技術、控制技術、測試技術和實驗技術的高度集成，是優(yōu)質(zhì)與高效的完美結(jié)合，是磨削加工工藝的革命性變革。通常將砂輪線速度大于45m/s的磨削稱為高速磨削，而將砂輪線速度大于150m/s的磨削稱為超高速磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國等發(fā)達國家發(fā)展較快。歐洲高速超高速磨削技術的發(fā)展起步比較早，最初在20世紀60年代末期就開始進行高速超高速磨削的基礎研究，當時實驗室的磨削速度就已經(jīng)達到210～230m/s。1979年德國Bremen大學的P. G. Werner教授撰文預言了高效深磨區(qū)存在的合理性，由此開創(chuàng)了高效深磨的概念。1983年德國Bremen大學出資由德國Guhring Automation公司制造了當時世界上第一臺高效深磨的磨床，功率為60kW，轉(zhuǎn)速為10000r/min，砂輪直徑為400mm，砂輪圓周速度達到了209m/s。Aachen工業(yè)大學實驗室磨削速度已達到500m/s，這一速度已突破了當前機床與砂輪的工作極限。瑞士Studer公司開發(fā)的CBN砂輪磨削線速度在60m/s以上，并向120～130m/s方向發(fā)展。
HRTNIx rvx2{1}I 美國60年代中期開始提高陶瓷砂輪的線速度，1967年諾頓公司在市場上出售線速度為61m/s的砂輪和磨床。到70年代初，60m/s的磨床已有相當數(shù)量，70m/s,80 m/s乃至90m/s的磨床也相繼出現(xiàn)。1993年，美國的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床，采用單層CBN砂輪，圓周速度達到了203m/s,用以加工淬硬的鋸齒等可以達到很高的金屬切除率。美國Connecticut大學磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床，最高磨削速度250m/s。2000年美國馬薩諸塞州立大學的S.Malkin等人，以149m/s的砂輪速度，使用電鍍金剛石砂輪通過磨削氮化硅，研究砂輪的地貌和磨削機理。目前美國的高效磨削磨床很普遍，主要是應用CBN砂輪�？蓪崿F(xiàn)以160m/s的速度，75mm3/mm·s的磨除率，對高溫合金Incone1718進行高效磨削，加工后Ra1～2µm，尺寸公差±13µm 。另外采用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪，以150～200m/s的速度磨削，可達到RaO.81µm，尺寸公差±2.5～5µm。美國高速磨削的一個重要研究方向是低損傷磨削高級陶瓷。
7! qeIz qKSR5 # 日本的超高速磨削主要不是以獲得高生產(chǎn)率為目的，而對磨削過程的綜合性能更感興趣。日本70年代中期，就能生產(chǎn)45m/s和60m/s的高速磨床。1985年前后，在凸輪和曲軸磨床上，磨削速度達到了80m/s，90年代日本推出了120m/s和250m/s的高速磨床。日本廣泛地用CBN砂輪取代一般砂輪，其目的是達到加工的高效率化、省力和無人化。至2000年，日本已進行500m/s的超高速磨削試驗。Shinizu等人，為了獲得超高磨削速度，利用改制的磨床，將兩根主軸并列在一起;一根作為砂輪軸，另一根作為工件主軸，并使其在磨削點切向速度相反，取得了相對磨削速度為Vs+Vw的結(jié)果，砂輪和工件間的磨削線速度實際接近l000m/s。這是迄今為止，公開報道的最高磨削速度。
p$F` 9_bZ '7 ' 73 我國高速磨削起步較晚，1958年開始推廣高速磨削技術。1964年鄭州磨料磨具磨削研究所和洛陽拖拉機廠合作進行了50m/s高速磨削試驗。1974年鄭州磨料磨具磨削研究所進行了50～60m/s的磨削試驗，1982年10月，湖南大學進行了60m/s高速強力凸輪磨削工藝試驗研究，為發(fā)展高速強力磨削凸輪軸磨床和高速強力磨削砂輪提供了實驗數(shù)據(jù)。八十年代初，東北大學進行了大量的高速磨削試驗研究。以東北大學為主開發(fā)的YLM—1型雙面立式半自動修磨生產(chǎn)線，磨削速度達到80m/s，磨削壓力在2500～5000N以上。1995年，漢江機床廠使用陶瓷CBN砂輪，進行了200m/s的超高速磨削試驗。廣西大學于1997年前后開展了80m/s的高速低表面粗糙度的磨削試驗研究工作。至2000年湖南大學一直在開展高速磨削研究工作。在2000年中國數(shù)控機床展覽會上，湖南大學推出了最高線速度達120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。從2002年開始，湖南大學開始針對一臺250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進行高速超高速研究，并在國內(nèi)首次進行了磁浮軸承設計。20世紀90年代至現(xiàn)在，東北大學一直在開展超高速磨削技術的研究，并首先研制成功了我國第一臺圓周速度200m/s、額定功率55kW，最高砂輪線速度達250m/s的超高速試驗磨床，并先后進行了超高速大功率磨床動靜壓主軸系統(tǒng)研究、200m/s電鍍CBN超高速砂輪設計與制造、超高速磨削成屑機理研究、超高速磨削熱傳遞機制研究、高速鋼的高速深磨研究、超高速單顆粒CBN磨削試驗研究、高速單顆粒磨削機理研究、超高速磨削溫度場研究、磨削摩擦系數(shù)的研究、超高速磨削砂輪表面氣流場的研究、超高速磨削機理分子動力學的仿真以及磨削智能化等方面的研究，部分研究成果達到國際先進水平、部分研究成果與國際水平持平。
H/t0# &%v*%{|j 2）快速點磨削
}<kl3{) 75>%!mhM 快速點磨削(Quick - point Grinding)是由德國Junker公司Erwin Junker先生于1994年開發(fā)并取得專利的一種先進的超高速磨削技術。它集成了超高速磨削,CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先進技術，具有優(yōu)良的加工性能，是超高速磨削技術在高效率、高柔性和大批量生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定性方面的又一新發(fā)展。該工藝主要用于軸、盤類零件加工。其CBN或人造金剛石超硬磨料砂輪軸線在水平和垂直方向與工件軸線形成一定傾角，使用薄砂輪與工件形成小面積點接觸，綜合利用連續(xù)軌跡數(shù)控技術，以超高速度磨削，可以合并車磨工序。它既有數(shù)控車削的通用性和高柔性，又有更高的效率和精度，砂輪壽命長，質(zhì)量非常穩(wěn)定，是新一代數(shù)控車削和超高速磨削的極佳結(jié)合，成為超高速磨削的主要技術形式之一。
em7L `, j7d^g a- ` 德國目前在這項新技術的研究開發(fā)上處于領先地位。目前已在國外汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應用，尤其是在汽車零件加工領域，即齒輪軸或凸輪軸等。這些零件大都包括切人、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過程，應用此項工藝可以通過一次裝夾而實現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。在齒輪加工、機床制造、紡織與印刷機械制造、陶瓷加工、電子工業(yè)中也有廣闊應用前景。我國部分汽車制造企業(yè)目前也引進了幾十臺這一工藝設備，并取得了明顯效益。但應用領域尚小，僅限于汽車發(fā)動機軸類零件的加工。由于國內(nèi)目前沒有開展系統(tǒng)的工藝理論和應用研究，沒有掌握其核心技術及理論，不能掌握工藝參數(shù)設計和編程技術，不能配套生產(chǎn)砂輪及相關附件，只能就單一零件由國外壟斷定制，全部工藝和設備均依賴于進口。而國外由于技術壟斷，對快速點磨削機理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實驗研究及相關技術信息也未見更多報道。因此，跟蹤國際先進技術，深人開展快速點磨削技術的理論與應用研究，對于在我國推廣和發(fā)展該項先進技術、提高制造工藝技術和裝備制造水平具有重要意義。國內(nèi)東北大學已開始進行超高速點磨削機理研究及機床開發(fā)。
M*'8$|Z J+CGhk 3）緩進給磨削
' h ? ,&Zp^ 緩進給磨削也稱作深切緩進給強力磨削，其特點是采用大的切削深度(1～30mm，比普通磨削大1～1000倍)和很小的工件進給速度(3～300 mm/min，是普通磨削的1/100～1/1000)。緩進給磨削通過增大砂輪切深來增加磨屑長度，以獲得高磨除率(高出普通磨削5倍以上)。該方法在平面磨削中占有主導地位，主要用在磨削溝槽和成型表面。近年德、英、美、日和瑞士等國發(fā)展了一系列專用緩進給成形磨床，特別是滾珠絲杠和直線電機技術的應用更加促進了緩進給磨削技術的實用化。緩進給磨削的特點如下：
6r^Z MW ipG 0ie+ ·加工效率高。由于磨削深度大增，接觸弧長增加，同時參加切削的磨粒數(shù)增多，因此可以直接磨削出要求的工件形狀，使粗、精加工合并，大大提高了加工效率;
uf]wX(*<k =f@71D1 ·擴大了磨削工藝范圍。由于可對毛坯一次加工成形，故可有效解決一些難加工材料加工問題，例如燃氣輪機葉片成形表面加工，高溫合金、不銹鋼、高速鋼型面或溝槽的磨削等，其效率比銑削高二十多倍。用CBN砂輪緩進給磨削真空泵轉(zhuǎn)子槽，不僅比銑削效率高，，而且加工質(zhì)量好，成本節(jié)約40%左右;
;=2JbA+"G 51% Rk,/o ·砂輪沖擊損傷小，工件形狀精度穩(wěn)定。由于緩進給和行程次數(shù)減少，減輕了砂輪與工件邊緣的沖撞次數(shù)和沖撞程度，延長了砂輪的使用壽命，也減小加工表面波紋度的產(chǎn)生;
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