【正文】 的變形和振動，磨削熱引起工藝系統(tǒng)的熱變形，兩者都影響磨削精度。影響表面粗糙度的主要因素是磨削用量、磨具特性、砂輪表面狀態(tài) (也稱砂輪地形圖 )、切削液、工件材質(zhì)和機床條件等。由于磨削熱和塑性變形等原因，磨削表面會產(chǎn)生殘馀應(yīng)力。磨削過程中因塑性變形而發(fā)生的金屬強化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會因磨削熱的影響，使強化了的金屬發(fā)生弱化。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 5. 磨削效率 評定磨削效率的指標(biāo)是單位時間內(nèi)所切除材料的體積或質(zhì)量，用 mm3/s或 kg/h 表示。在砂輪兩次修整之間切除金屬的體積與砂輪磨損的體積之比稱為磨削比 (也有以兩者的重量比表示的 )。磨削比減小，將增加修整砂輪和更換砂輪的次數(shù)，從而增加砂輪消耗和磨削成本。一般單位法向磨削分力越小或磨削速度越高，則磨削比越大；砂輪粒度較細(xì)和硬度較高時，磨削比也較大。磨削加工的基本原理與其他切削加工原理基本一致，但有些因素又使磨削加工不同于切削加工。 ●磨削加工時，切刃會發(fā)生變化。即有些磨理會破碎形成新的切削刃，同時有些磨耗 的磨粒自行脫落而被新的鋒銳磨粒代替。磨粒不規(guī)則的鈍外形常使得磨削前角為負(fù)值。 ●極高的切削度。 ●切屑很小。 ●磨削加工時磨屑形成的簡圖。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 磨削技術(shù)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) 1. 磨削技術(shù)發(fā)展概述 一般來講，按砂輪線速度 V s 的高低將磨削分為普通磨削 (V s ＜ 45 m/s)、高速磨削 (45≤ V s ＜ 150 m/s)、超高速磨削 (V s ≥ 150 m/s)。按磨削效率將磨削分為普通磨削、高效磨削。 高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，如德國的 Aa chen 大學(xué)、 Bremm 大學(xué)、美國的 Connecticut 大學(xué)等，有的在實驗室完成了 V s 為 250 m/ s、 350 m/s、 400 m/s 的實驗。在實用磨削方面，日本已有 V s =200 m/s 的磨床在工業(yè)中應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，砂輪線速度 V s 一般還 是 45～ 60 m/s。微細(xì)磨料磨削，用于超精密鏡面磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石 磨粒平均直徑可小至 4 μm。超硬材料微粉砂輪河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 超精密磨削主要 用于磨削難加工材料，精度可達(dá) μ m。作平面研磨運動的雙端面精密磨削技術(shù)，其加工精度、切除率都比研 磨高得多，且可獲得很高的平面度。 隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機床中也占有相當(dāng)大的比例。我國從 1949～ 1998 年，開發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有 1800 多種，專用磨床有幾百種，磨床 的擁有量占金屬切削機床總擁有量的 13%左右。 為什么磨削技術(shù)會不斷地發(fā)展？主要原因如下： 1)加工精度高 由于磨削具有其它加工方法無法比擬的特點，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；磨具對斷續(xù)切 削、工件硬度的變化不很敏感；砂輪可實現(xiàn)在線修銳等，因而可使加工件獲得很高的加工精 度。而當(dāng) V s 進(jìn)一步提高后，其加工效率則 更高。 4)新的磨料磨具 如人造金剛石砂輪、 CBN 砂輪的出現(xiàn)，擴大了磨削河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 加工的 應(yīng)用范圍。 總之，磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。 2. 磨削的關(guān)鍵技術(shù)研究 就磨削而言，特別就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言，其涉及的內(nèi)容廣泛，不僅包括 磨削本身的技術(shù)，也集中了其它相關(guān)的技術(shù)。 對普通磨削而言，在磨削機理和磨削工藝方面已開展了廣泛而深入的研究?？梢?，需要進(jìn)一步研究的重點有，①磨削過程、磨削現(xiàn)象（如磨削力、磨削溫度、磨削燒傷及裂紋等）的研究；②磨削工藝參數(shù)優(yōu)化河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 的研究；③不同材料（常用材料）的磨削機理的研究；④磨削過程的計算機模擬與仿真的研究。 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，特 別是在砂輪直徑受到限制的場合（如內(nèi)圓磨 削）。而對于高 速高精度主軸單元系統(tǒng)，應(yīng)該是剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，運轉(zhuǎn)時溫升小、穩(wěn)定性好、可靠，功 耗低，壽命長，同時，成本也應(yīng)適中。 國外主軸單元技術(shù)的發(fā)展很快，有些公司專門提供各種功能的主軸單元部件，這種主軸單元 部件可以方便地配置到加工中心、超高速切削機床上。97 上，電主軸是機床制造技術(shù)中最熱門的功能部件，參展商達(dá) 36 家；美國 Landis 公 司的超高速曲軸、凸輪軸磨床的砂輪主軸，也都用電主軸。同時，缺乏高速、高精度、大功率的主軸單元 (電主軸 )。 3）精密、高速進(jìn)給單元制造技術(shù) 進(jìn)給單元包括伺服驅(qū)動部件、滾動單元、位置監(jiān)測單元等。 數(shù)控機床普遍采用旋轉(zhuǎn)電機 (交直流伺服電機 )與滾動絲杠組合的軸向進(jìn)給方案。97 作了直線電機 120 m/min 高速進(jìn)給的表演，而該公司的直線電機最大進(jìn)給速度可達(dá) 200 m/min, 其最大推力可達(dá) 6600 N，最大位移距離為 504 mm。我國國產(chǎn)數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng) (特別是高速、高精度進(jìn)給系統(tǒng) )與國外相 比還有很大的差距，其快速進(jìn)給的速度一般為 24 m/min。 4）砂輪制造及其新技術(shù) 隨著工程材料的發(fā)展及其應(yīng)用， CBN 砂輪和人造金剛石砂輪的應(yīng)用越河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 來越廣泛，而砂輪的許 用線速度也要求較高，一般在 80 m/s 以上。 此外，砂輪的設(shè)計，其截面形狀的優(yōu)化、粘結(jié)劑的結(jié)合強度及其適用性、砂輪基體的材料、 砂輪的制造技術(shù) (特別是對微細(xì)磨料磨具的制造技術(shù) )等都是非常重要的，仍需對一些關(guān)鍵技 術(shù)進(jìn)行攻關(guān)：① 砂輪基體材料及制造技術(shù)的開發(fā)、設(shè)計及其優(yōu)化；②砂輪新型粘結(jié)劑 (特別是適用于制造微細(xì)磨料磨具的粘結(jié)劑 )的研究；③新型磨料的制備工藝，如可使磨料容易產(chǎn)生新的切削刃；④新型砂輪的制造工藝，既要使砂輪具有足夠的容屑空間，也要有更好的凸出性；⑤適合于超精密磨削的超微粉砂輪的制備技術(shù)。輔助單元技術(shù)包括快速工件裝夾 技術(shù)，高效冷卻潤滑液過濾系統(tǒng)、機床安全裝置、切屑處理及工件清潔技術(shù)、主軸及砂輪的 動平衡技術(shù)等。要求它有良好的靜剛度 、動剛度及熱剛度。 應(yīng)在以下幾個方面（特別是下一代磨床的設(shè)計）加強研究：①新型材料及結(jié)構(gòu)的支承構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計及制造技術(shù)的研究；②砂輪動平衡技術(shù)的研究；③磨削液過濾系統(tǒng)的研究；④安全防護(hù)裝置的設(shè)計制造技術(shù)的研究；⑤精密自動跟刀架及支承件 的研究。普通砂輪修整比較容易；人造金剛石砂輪和 CBN 砂輪的修整 (特別是在線修整 ) 是個難題。目前，國內(nèi)一些學(xué)者正在研究激光修 整砂輪和電解修整砂輪，以期解決高效實用的修整問題。 7)環(huán)境友好的相關(guān)磨削技術(shù) 磨削過程中，冷卻液的作用主要是冷卻和潤滑、將磨削 熱從工件表面帶走、沖刷掉磨削時留 在工件和砂輪表面上的切屑。 8）磨削過程的檢測控制技術(shù) 磨削過程的檢測與控制，主要是通過傳感器、分析及信號處理，對磨削過程進(jìn)行實時監(jiān)控， 例如對砂輪的磨損及破損情況進(jìn)行監(jiān)測和控制，對工件的尺寸、形狀與位置精度和加工表面 質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。 有些學(xué)者提出，將新型非接觸 式傳感器（聲發(fā)射傳感器）安裝在砂輪的基體上，通過信號接 收器接收信號并對其進(jìn)行分析處理，以控制砂輪所受的力，從而監(jiān)控砂輪的磨損狀況。 國內(nèi)也開發(fā)了一些非接觸式測量傳感器及磨削過程的在線監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)等，但與國外差距 很大。同時，加強對砂輪磨損及破損、砂輪修整狀態(tài)，工件的加工精度、加 工表面質(zhì)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 34 量等在線監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究，開展自適應(yīng)控制及智能控制的研究。 9）磨削過程的仿真與虛擬 隨著計算機技術(shù)及模擬技術(shù)的發(fā)展，利用計算機進(jìn)行磨削基本參數(shù)及磨削工藝的仿真是一個 重要的研究課題。目前能使用砂輪地貌模型 對砂輪進(jìn)行仿真，能對磨屑形成過程、能量轉(zhuǎn)換、磨削力變化、磨削區(qū)溫度、磨削精度和磨 削表面質(zhì)量進(jìn)行仿真，還開發(fā)了分析和 仿真磨削過程的軟件工具。 總之，我們的研究一方面要跟蹤國際科學(xué)研究的前沿，更要有創(chuàng)新，要符合自己的國情，所 研究的成果要能夠應(yīng)用于生產(chǎn)，以推動我國機械工業(yè)的進(jìn)步。 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。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 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)。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 如砂輪制造技術(shù)、控制技術(shù)、運動部件的驅(qū)動技術(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。超高速磨削在歐洲、日本和美國等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，被譽為“現(xiàn)代磨削技術(shù)的最高峰”。超高速磨削可以對硬脆材料實現(xiàn)延性域磨削加工，對高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。如采用電鍍 CBN 砂輪以 123m/s 的高速磨削割草機曲軸，原來需要 6個車削和 3個磨削工 序，現(xiàn)在只需要 3 個磨削工序，生產(chǎn)時間減少 65%，每小時可以加工 180 件。/mms，比緩進(jìn)給磨削大 11 倍。速度 360m/s 以下的試驗表明，在一個較窄的速度范圍 (180200 m/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。超過臨界速度后，摩擦系數(shù)卻隨速度的增大而略 有增加。在其它條件相同時， 33m/s,100m/s，和 200m/s 的速度磨削時，表面粗糙度值分別為 , 和 。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 在金屬切除率相同的條件下，砂輪速度由 80m/s 提高到 200m/s，砂輪壽命提高 倍。 1 超高速磨削的發(fā)展 歐洲 歐洲，高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步早。 70 年代末期，高速磨削 采用 CBN 砂輪。 90年代初，已經(jīng)實現(xiàn)了最高速度 350m/s 的磨削實驗。 德國的 Guhring Automation 公司 1983 年制造了功率 60kW，轉(zhuǎn)速10000r/min,砂輪直徑 400mm 的強力磨床。德國 CBN 砂輪高速磨削的應(yīng)用，一個典型的例子是加工齒輪輪齒，在 155m/s 的速度下，以 811mm179。另一個例子是，采用電鍍CBN 砂輪，在 300m/s 的速度下，以 140mmamp。/mms 的切除率，實現(xiàn)了對 100Cr6 高硬度 (60HRC)滾動軸承鋼水泵回轉(zhuǎn)輪窄槽的高效加工。瑞士 S40 高速 CBN 砂輪磨床，在 125m/s 時，高速磨削性能發(fā)揮最為充分，在 500m/s 也照常工 作。 美國 1970 年美國的本迪克斯公司曾生產(chǎn)了 91m/s 切入式高速磨床。美國 Connectient 大學(xué)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，主軸功率 30kW,修整盤轉(zhuǎn)速 12021r/min，砂 輪自動平河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 37 衡，自動上料?？蓪崿F(xiàn)以160m/s 的速度 75mm179。m，尺寸公差177。m。傳統(tǒng)的方法是采用多工序磨俐，而高速磨削試圖采用粗精加工一次磨削，以高的材料去除率和低成本加工高質(zhì)量的氮化硅陶瓷零件。 1990 年后，開始開發(fā) 160m/s 以上的超高速磨床。 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,采用直徑250mm 的砂輪，最高周速達(dá) 395m/s。 日本的豐田工機、三菱重工、岡 本機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 CA32U50A 型 CNC 超高速磨床，采用陶瓷結(jié)合劑 CBN砂輪，圓周速度達(dá)到了 200m/s。湖南大學(xué)進(jìn)行了 6080m/s 高速磨削試驗。 1976 年，上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學(xué)院、上海交通大學(xué)、廣州機床研究所 、武漢材料保護(hù)研究所等組成高速磨削試驗小組，對80m/s,100m/S 高速磨削工藝進(jìn)行了試驗研究。 1977 年，湖南大學(xué)在實驗室成功地進(jìn)行了 100m/s, 120m/s 高速磨削試驗、在 2021 年中國數(shù)控機床展覽會 (CCMT39。39。2021)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。 到 80 年代初，東北大學(xué)進(jìn)行了大量的高速磨削試驗研究。 90 年代，東北大學(xué)開始了超高速磨削技術(shù)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 的超高速試驗?zāi)ゴ?，最高速度達(dá) 250m/s。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，可靠 ，功耗低，壽命長等。 目前，國外生產(chǎn)的高速超高速機床，大量地采用電主軸。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)。沈陽工業(yè) 學(xué)院研制的超高速車銑床，采用的電主軸調(diào)速范圍018000r/min，最大輸出功率 。 主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動靜壓軸承等。其缺點是制造難度大，成本高，對拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感 _磁浮軸承的最高表面速度可達(dá) 200m/s，可能成為未來超高速主軸軸承的一種選擇?？諝忪o壓軸承具有回轉(zhuǎn)梢度高，沒有振動，摩擦阻力小，經(jīng)久耐用，可以高速回轉(zhuǎn)等特點。液體動靜壓軸承，無負(fù)載時動力損失太大，主要用于低速