高速磨削技术的发展

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本文阐述了超高速磨削技术的发展过程与优势，同时还介绍了它的一些关键技术，诸如超硬磨料砂轮、超高速磨床的主轴系统和进给系统等。

　　超高速磨削不仅能极大地提高磨削效率，而且能有效地改善加工质量，是当今磨削技术最重要的发展方向之一。

　　超高速磨削和高效深磨

　　高速磨削是相对于以前的普通磨削而言，凡砂轮线速度Vs＞45m/s的磨削都可称为高速磨削。早在20世纪60年代，Vs已提高至60m/s，70年代又提高到80m/s，但其后十来年由於受到当时砂轮回转破裂速度的制约和工件烧伤问题的困扰，砂轮线速度没有大的提高。直到80年代后期，随着立方氮化硼(CBN)砂轮的更广泛应用，并对磨削机理进行了更深入的研究，发现在高磨除率条件下，随着砂轮线速度Vs的增大，磨削力在Vs=100m/s前後的某个区间出现陡降，这一趋势随着磨除率的进一步增大还将继续，工件表面温度也随之出现回落。这也就是说，在越过产生热损伤的磨削用量区之后，磨削用量的进一步增大，不仅不会使热损伤加剧，反而使热损伤不再发生，从而为发展超高速磨削和高效深磨奠定了理论基础。

　　超高速磨削虽未规定严格界限，但通常把砂轮线速度Vs＞150m/s的磨削称为超高速磨削。一般说来，超高速磨削具有如下优势：

　　磨削效率高，砂轮损耗小

　　磨削速度愈高，单位时间内参予切削的磨粒数愈多，磨除的磨屑增多，且工件进给速度应与砂轮线速度的1.13次方成比例，故超高速磨削会使磨削效率大幅提高。与此相应，超高速磨削时单个磨粒上所承受的磨削力大为减少，从而降低了砂轮的磨损。许多实验表明，当磨削力不变时，砂轮线速度Vs从80m/s提高至200m/s，磨削效率提高2.5倍，CBN砂轮的寿命也延长了1倍。

　　磨削力小，加工精度高

　　由于超高速磨削时磨屑厚度变薄，在磨削效率不变的条件下，法向磨削力会随Vs的增高而显着减少(Vs为200m/s时的法向磨削力仅为80m/s时的46)，从而使工艺系统的变形减少。加之超高速磨削的激振频率远高於工艺系统的固有频率，不会引起共振。其共同结果是促使磨削精度提高。

　　工件表面质量好

　　实验表明，在其它条件一定时，当砂轮线速度从33m/s升至200m/s，磨削表面粗糙度则由Ra2.0痠降至Ra1.1痠。由於超高速磨削过程中大量磨削热将被磨屑带走，传入工件的比例很小，不仅不易发生表面烧伤，而且表面残余应力层的深度也随之变小。

　　此外，超高速磨削还可实现对硬脆材料的延性域磨削，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削效果，因此工业发达国家都在竞相发展，其中尤以德、日、美发展较快。据报道，德国Aachen工业大学已完成砂轮线速度Vs=400m/s的实验，现正进行目标为500m/s的实验，德国GruhringAutomation、Schandt、Kapp等公司都相继推出了超高速磨床。日本在实用磨削方面富有成效，丰田工机等公司生产的Vs=200m/s的超高速磨床已付诸工业实际应用。美国EdgetekMachine公司生产的使用单层CBN砂轮的超高速磨床也较有名。在CIMT2001上，中国湖南大学展出了数控高速凸轮磨床CNC8312，其CBN砂轮线速度可达120m/s。

　　图1所示为日本丰田工机几年前推出的超高速数控外圆磨床GZ32P，其砂轮线速度最高可达200m/s。当它使用陶瓷结合剂CBN砂轮，以160m/s的砂轮线速度磨削如图2所示的减速器零件(材料为HRC58的淬硬钢)时，工件转数1000r/min，加工余量△=0.125mm。所得到的加工结果是：加工时间72s、工件圆度1.2痠，表面粗糙度Rz1.9痠。与使用普通砂轮的切入磨削相比，加工时间和工件圆度误差都减少了一半还多。

　　缓进给磨削是以大切深和低的工作进给速度为特征，而所谓高效深磨(HighEfficiencyDeepGrinding)，则是把高转速的CBN砂轮应用於高切除率的缓进给磨削，从而产生了集高的砂轮速度(Vs=80~250m/s)、快的工作进给速度(0.5~10m/min)和大切深(0.1