先进制造工艺技术一超高速磨削先进制造工艺技术一超高速磨削中图分类号：TU758.7文献标识码：A文章编号:1009-914X(2014)29-0068-01超高速磨削(Vs2150ni/s)是近年迅猛发展的一项先进制造技术也是先进加工制造工艺与装备的重耍组成部分。国际生产工程学会(CTRP)将超高速磨削技术确定为面向21世纪的中心研究方向之一。超高速磨削具有如下优势：1.磨削效率高，砂轮损耗小磨削速度愈高，单位时间内参与切削的磨粒数愈多，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。2.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于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。3.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降至Rai.lo由于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，不仅不易发生表而烧伤，而且表而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。二、超高速磨削的若干关键技术超高速磨削的关键技术也离不开磨床、砂轮、磨削工艺、磨削液、自动平衡技术、磨削状态检测及数控技术等。1、超高速磨床的主轴系统和进给系统超高速磨床的总体结构和基础大件要有很高的动、静刚度，通常采用有限元法进行分析和优化，机床的安全防护也很重耍，但最关键还是主轴系统和进给系统。1・1超高速主轴系统提高砂轮线速度主要是提高砂轮主轴的转速，因而，为实现高速切削，砂轮驭动和轴承转速往往要求很高。主轴的高速化要求足够的刚度，冋转精度高，热稳定性好，可靠，功耗低，寿命长等。为减少由于切削速度的提高而增加的动态力，要求砂轮主轴及主轴电机系统运行极其精确，且振动极小。目前，国外生产的高速超高速机床，大量的釆用电主轴。如在U本，1998年10月19届JIMT0F展览会上，展出的超高速主轴基本上在10000r/min-25000r/min之间。目前国际上最高水平的电主轴是瑞士Fisher公司的产品(nmax=40000r/min,N=40kW)o转速高达200000r/min>250000r/min的实用高速电主轴也正在研究开发中。1.2进给系统高速加工不但要求机床有很高的主轴转速和功率，而且同时要求机床工作台有很高的进给速度和运动加速度。直线电机取消了中间传动环节，实现了所谓的“零传动”o进给速度可达60m/mv-200ni/mv以上，加速度可达10m/s?-100m/s?以±o定位精度高达0.5?旷0.05?m,甚至更高，且推力大，刚度高，动态响应快，行程长度不受限制。主要问题是发热较严重，对其磁场周围的灰尘和切屑有吸附作用，价格较高。2、超硬磨料砂轮超高速磨削砂轮是在基体上固结一层或多层超硬磨料，进一步分为多层可修整和单层磨料砂轮两大类。所用超硬磨料除磨削硬脆材料为金刚石外，其余都使用CBN。超高速磨削砂轮的基体除要有足够的强度以承受巨大的离心力外，还要有高的弹性模量/密度比和低的热膨胀系数，目前常用的材料是高强度合金钢，正寻求高强度铝合金和破等性能更优良的材料作基体，H本已使用…种碳素纤维复合材料CFRP作超高速砂轮基体。此外，超高速砂轮基体的形状设计也至关重要。3、砂轮修整技术在磨削过程重，砂轮变钝，或由于磨损而失去正确的儿何形状，必须进行及时修整。修整分为整形和修锐两个过程。整形是使砂轮达到要求的儿何形状和精度。修锐就是使磨粒凸出结合剂，产生必要的容屑空间，使砂轮达到较佳的磨削能力。根据具体情况，这两个过程可以统一进行或同吋进行，也可分两步进行。常用的整形方法有车削法、磨削法、金刚石滚轮法。电火花和激光法等新的整形法也在研究中。常用的修锐方法有自由磨粒法(如气体喷砂修锐法...