【正文】 用于高速、輕載和超精密的場合。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。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)。廣西工業(yè)大學(xué)研制的額定轉(zhuǎn)速1500r/min 的 GD2型高速電主軸采用 Si3N4 陶瓷球軸承，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)18000r/min,主電機(jī)額定功率 。轉(zhuǎn)速高達(dá) 202100r/min、 250000r/min 的實(shí)用高速電主軸也正在研究 開發(fā)中。 國外的高速電主軸發(fā)展很快，如在日本， 1998 年 10 月 19 屆 JIMTOF 展覽會(huì)上，展出的超高速主軸基本上在 1000025000r/min 之間。為減少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)行極其精確，且振動(dòng)極小。 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。以東北大學(xué)為主開發(fā)的 YLM1型雙面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線，磨削速度達(dá)到 80m/s，磨削壓力在 25005000N 以上。 1976 年，東北大學(xué)與阜新第一機(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。39。39。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，磨削效率達(dá)到了車削和銑削的生產(chǎn)率。 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。 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)行5060m/s 的磨削試驗(yàn) 。并在 30 300m/s 速度范圍內(nèi)研究了河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 38 速度對(duì)鑄鐵可加工性的影響。目前，實(shí)用的磨削速度已達(dá)到了 200m/s。 日本 日本高速磨削技術(shù)在近 20 年來發(fā)展迅速， 1976 年，在凸輪磨床上開始應(yīng)用CBN 砂輪進(jìn)行 40m/s 的高速磨削 ,1985 年前后，在凸輪和曲軸磨床上，磨削速度達(dá)到了 80m/s。美國高速磨削的一個(gè)重要研究方向是低損傷磨削高級(jí)陶瓷。另外采用直徑 400mm 的陶瓷 CBN 砂輪，以 150200m/s 的速度磨削，可達(dá)到 ，尺寸公差177。 13181。/mms 的切除率，對(duì)高溫合金 Inconel718 進(jìn)行高效磨削，加工后達(dá) Ra1～ 2181。 目前美國的高效磨削磨床很普遍，主要是應(yīng)用 CBN砂輪。 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(dá)到了 203m/s、用以加工淬硬的鋸齒等可以達(dá)到很高的金屬切除率。此外 Kapp 公司 ,Schandt 公司、 Naxa Union 公司、 Song Machinery 公司等也相繼推出了各類高速磨床。瑞士 Studer 公司也曾用改裝的 S45 型外圓磨床進(jìn)行 280m/s 的磨削試驗(yàn)。 sup3。 /mms 的切除率，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 16MCr5 鋼齒輪的高效加工。阿亨工業(yè)大學(xué)的目標(biāo)為 500m/s的超高速 磨床也是該公司制造的。目前，實(shí)際應(yīng)用中，高速磨削和精密磨削最大磨削速度在 200250 m/s 之間。意大利的法米爾 (Famir)公司在 1973 年 9 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/s 的 RFTC120/50R 型磨軸承內(nèi)套圈外溝的高速適用化磨床。最初高速磨削基礎(chǔ)研究是在 60 年代末期，實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá) 210230m/s。在 200m/s 的速度磨削時(shí)，以 倍于 80m/s 時(shí)的磨除率，壽命仍然提高 1倍。 砂輪壽命延長。 降低加工工件表面粗糙度。筆者在單顆磨粒高速磨削 45 鋼和 20Cr 鋼試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)在臨界速度以下，隨速度的增大而大幅度減少 。 磨削力小，零件加工精度高。再如人們以 125m/s 的速度應(yīng)用普通砂輪高效磨削淬硬低碳鋼 42CrMo4，切除率達(dá) 167mm179。與普通磨削相比，超高速磨削顯示出極大的優(yōu)越性 : 大幅度提高磨削效率，減少設(shè)備使用臺(tái)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 數(shù)。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì) (CIRP)將其確定為面向 21 世紀(jì)的中心研究方向，并進(jìn)行了一些著名的合作研究。 超高速磨削的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) 超高速磨削通常指砂輪速度大于 150m/s 的磨削。 新的磨料磨具 如人造金剛石砂輪、 CBN 砂輪的出現(xiàn)，擴(kuò)大了磨削加工的 應(yīng)用范圍。而當(dāng) Vs 進(jìn)一步提高后，其加工效率則 更高。 磨削技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 加工精度高 由于磨削具有其它加工方法無法比擬的特點(diǎn)，如砂輪上參 與切削的磨粒多，切削刃多且?guī)缀涡螤畈煌?；僅在較小的局部產(chǎn)生加工應(yīng)力；磨具對(duì)斷續(xù)切 削、工件硬度的變化不很敏感；砂輪可實(shí)現(xiàn)在線修銳等，因而可使加工件獲得很高的加工精 度。 虛擬磨床是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，可以建立一個(gè)逼真的虛擬磨削環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)仿真，可以模擬磨削過程，并能分析和預(yù)測不同條件下磨削效 果和磨床的性能，但仿真必須建立在有充分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。 其關(guān)鍵技術(shù)有①砂輪 的磨損及破損的監(jiān)控技術(shù)；②工件的尺寸精度、形狀精度、位置精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)；③精度高、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的測試技術(shù)與儀器。國內(nèi)應(yīng)以實(shí)用化為目標(biāo)，進(jìn)行相關(guān)測試技術(shù)的研究，研究精度高、可靠性好、實(shí)用性 強(qiáng)的測試技術(shù)與設(shè)備。但尚 未見到更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)道。這需要研究新的實(shí)用的傳感器、檢測與監(jiān)控方法。但是，鑒于冷卻液對(duì)環(huán)境污染的負(fù)面影響，磨削時(shí)應(yīng)盡可能少 用冷卻液或不用冷卻液，因此，應(yīng)開展對(duì)下列關(guān)鍵技術(shù)的研究：①對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染的冷卻劑；②新的冷卻方法及冷卻裝置。重要的關(guān)鍵問題有二：①新的、高效實(shí)用的砂輪修整技術(shù)及其裝置；②砂輪在線修整技術(shù)。 超硬磨料砂輪的修圓及磨料開刃是兩個(gè)很重要的問題。 6)砂輪在線修整技術(shù) 在磨削過程中，砂輪由于磨鈍和磨損，需要進(jìn)行及時(shí)修整，特別是對(duì)超細(xì)磨料砂輪而言，更 需頻繁修整。對(duì)于一些精密、超高速磨床，國內(nèi)外都有采用聚合物混凝土 (人造花崗 巖 )來制造床身和立柱的，也有的將立柱和底座采用鑄鐵整體鑄造而成，還有采用鋼板焊接 件，并將阻尼材料填充其內(nèi)腔以提高其抗震性，這些都收到了很好的效果。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 磨 床支承構(gòu)件是砂輪架、頭架、尾架、工作臺(tái)等部件的支撐基礎(chǔ)件。 5）機(jī)床支承技術(shù)及輔助單元技術(shù) 機(jī)床支承技術(shù)主要是指機(jī)床的支承構(gòu)件的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)。單層電鍍 CBN 砂輪的線速度可達(dá) 250 m/s，發(fā)展超 高速磨削也需要 150 m/s以上的砂輪，但國內(nèi) 80～ 120 m/s 的 CBN 砂輪仍在研制之中?？梢?，為了適應(yīng)精密、高速及超高 速磨床的發(fā)展，在以下幾個(gè)方面應(yīng)重點(diǎn)研究：①高速精密交流伺服系統(tǒng)及電機(jī)的研究；②直線伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究；③高速精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程滾珠絲杠副的研究；④高精度導(dǎo)軌、新型導(dǎo)軌摩擦副的研究；⑤能適應(yīng)超精密磨削的高靈敏度、超 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌副的研究。又如日本三 井精機(jī)公司生產(chǎn) 的高速工具磨床，主軸上下河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 移動(dòng) (行程 25 mm)采用直線電機(jī)后，可達(dá) 400 次 /min，是原來的 2 倍，加工效率提高 3～ 4倍。但隨著高 速高精度加工的發(fā)展，國內(nèi)外都普遍采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，高動(dòng)態(tài)性能的直線 電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，可達(dá)到較高的調(diào)整質(zhì)量，也可滿足上述要求，如德國西門子公司就 在CIMT39。進(jìn)給單元是使砂輪保持正常工作 的必要條件，也是評(píng)價(jià)高速、高效及超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一，因此，要求進(jìn)給單元 運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，分辨率高，定位精度高，沒有爬行，有較大的移動(dòng)范圍 (既要適合空行程時(shí)的快 進(jìn)給，又要適應(yīng)加工時(shí)的小進(jìn)給或者微進(jìn)給 )，既要有較大的加速度，又要有足夠大的推力 ，剛性高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，定位精度好。需要進(jìn)一 步研究的重點(diǎn)如 下：①大功率、高轉(zhuǎn)速和高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究與開發(fā)；②高剛性、高精度、高轉(zhuǎn)速重負(fù) 荷的軸承或支承件的研究與開發(fā)；③高速、高剛性、高精度的砂輪主軸和工件頭架主軸的制 造技術(shù)。 目前，國內(nèi)主軸單元的速度大約在 10 000 r/min 以下，且其精度、剛性及穩(wěn)定性有待于考驗(yàn) 和提高。近年來高速和超高速磨床 越來越多地 用電主軸作為其主軸單元河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 部件，如美國福特公司和 Ingersoll 公司推出的加工中心，其主軸 單元就是用的電主軸，其功率為 65 kW，最高轉(zhuǎn)速達(dá) 15 000 r/min，電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間很短； 在 EMO39。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡，主軸的支撐 (軸承 )，主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻，系統(tǒng)的剛性等是很重要的。因而，適應(yīng)于高精度、高速及超高速磨床的主軸單元是磨床的關(guān)鍵部件。 2） 高速、高精度主軸單元制造技術(shù) 主軸單元包括主軸動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架幾個(gè)部分，它影響著加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性 及應(yīng)用范圍，其動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性對(duì)高速高效磨削、精密超精密磨削起著關(guān)鍵的作用。在精密及超精密 磨削、高速高效磨削的磨削機(jī)理和磨削工藝方面，針對(duì)不同的工程材料 (如陶瓷和玻璃 ) 國 內(nèi)外開展了一些研究 ，但還很不全面，尚未形成完整的理論體系，還需進(jìn)行廣泛的研究，找 出其內(nèi)在的規(guī)律。關(guān)鍵技術(shù)介紹如下： 1） 磨削機(jī)理及磨削工藝的研究 通過對(duì)磨削機(jī)理和磨削工藝的研究，揭示各種磨削過程、磨削現(xiàn)象的本 質(zhì)，找出其變化規(guī)律 ，例如，磨削力、磨削功率、磨削熱及磨削溫度的分布、切屑的形成過程、磨削燒傷、磨削 表面完整性等的影響因素河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 和條件；不同工件材料 (特別是難加工材料和特殊功能材料 )和磨削 條件的最佳磨削參數(shù)；磨具的磨損，新型磨具材料的磨削性能等，只有通過磨削機(jī)理和磨 削工藝的研究，才能確定最佳的磨削范圍，獲取最佳的磨削參數(shù)。目前，磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢 是，發(fā)展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機(jī)理并開發(fā)其新的磨削工藝 技術(shù)，研制高精度、高剛性的自動(dòng)化磨床。 5)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 如砂輪制造技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、 支撐技術(shù)等 ，促進(jìn)了磨削技術(shù)及磨削裝備的發(fā)展。 3)工程材料不斷發(fā)展 許多材料 (如陶瓷材料、玻璃材料等 )在工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，有些材料只能采用磨削加工 ，需要有新的磨削技術(shù)及磨削工藝與之相適應(yīng)。 2)加工效率高 如緩進(jìn)給深磨，一次磨削深度可達(dá)到 0～ 25 mm，如將砂輪修 整成所需形狀，一次便可磨出所需的工件形狀?？梢姡ハ骷夹g(shù)及磨床在機(jī)械制造業(yè)中占有 極其重要的位置。據(jù)1997 年歐洲機(jī)床展覽會(huì) (E MO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明， 25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床 的比例高達(dá) 42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆 床占 14%。電泳磨削技術(shù)也是一種新的超精密及納米磨削技術(shù)。日本開發(fā)了電解在線修整 (ELID)超精密鏡面磨 削技術(shù)，使得用超細(xì)微 (或超微粉 )超硬磨料制造砂輪成為可能，可實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高精度、 高效率的超精密磨削。日本用激光在研磨過的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致 的微小切刃，對(duì)硬脆材料進(jìn)行精密磨削加工，效果很好。 國內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細(xì)磨料磨具進(jìn)行亞微米級(jí)以下切深磨削的研究，以 獲得亞微米級(jí)的尺寸精度。 我國對(duì)高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，如湖南大學(xué)在 70 年河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 代末期便進(jìn)行了 80m/s、 1 20 m/s 的磨削工藝實(shí)驗(yàn)；前幾年，某大學(xué)也計(jì)劃開展 250 m/s 的磨削研究 (但至今尚未見到這 方面的報(bào)道 )，所以說有些高速磨削技術(shù)還只是實(shí)驗(yàn)而已，尚未走出實(shí) 驗(yàn)室，技術(shù)還遠(yuǎn)沒有 成熟，特別是超高速磨削的研究還開展得很少。據(jù)報(bào)道，德國 Aachen 大學(xué)正在進(jìn)行目標(biāo)為 500 m/s 的磨削實(shí)驗(yàn) 研究。高效磨 削包括高速磨削、超高速磨削、緩進(jìn)給磨削、高效深切磨削 (HEDG)、砂帶磨削、快速短行程 磨削、高速重負(fù)荷磨削。按磨削精度將磨削分為普通磨削、精密磨削 (加工精度 1 μ m～ μ m、表面粗糙度 R a μ m～ μ m)、超精密磨削 (加工精度＜ μ m , 表面粗糙度 R a ≤ μ m)。磨削角一般為負(fù)值。即每個(gè)磨刃的切削深度極小。通常靜磨加工所用的切削速度（ 35 米 /秒 =21米 /分鐘）大大高于其他切削工藝。 ●擁有大量的切削刃。 ●負(fù)的切削角度。磨削工具在切削過程中，磨程度上會(huì)切刃自銳化。磨削加工有以下特點(diǎn)： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 ●切削工具是無固定形狀的，磨粒在砂輪中的分布是無規(guī)律的。 6. 磨削加工的特點(diǎn) 磨削加工是一種把磨粒作為切削刃的切削工藝。影響磨削比的因素有：單位寬度的法向磨削分力、磨削速度以及磨料的種類、粒度和硬度等。磨削比大，在一定程度上說明砂輪壽命較長。提高磨削效率的途徑有：①增加單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)，如采用高速磨削或?qū)捝拜喣ハ?；②增加每顆磨粒的切削用量，如采用強(qiáng)力磨削