高速磨削技術(shù)的發(fā)展過(guò)程與優(yōu)勢介紹
超高速磨削雖未規定嚴格界限，但通常把砂輪線(xiàn)速度Vs＞150m/s的磨削稱(chēng)為超高速磨削。一般說(shuō)來(lái)，超高速磨削具有如下優(yōu)勢：
磨削效率高，砂輪損耗小
磨削速度愈高，單位時(shí)間內參予切削的磨粒數愈多，磨除的磨屑增多，且工件進(jìn)給速度應與砂輪線(xiàn)速度的1.13次方成比例，故超高速磨削會(huì )使磨削效率大幅提高。與此相應，超高速磨削時(shí)單個(gè)磨粒上所承受的磨削力大為減少，從而降低了砂輪的磨損。許多實(shí)驗表明，當磨削力不變時(shí)，砂輪線(xiàn)速度Vs從80m/s提高至200m/s，磨削效率提高2.5倍，CBN砂輪的壽命也延長(cháng)了1倍。
磨削力小，加工精度高
由于超高速磨削時(shí)磨屑厚度變薄，在磨削效率不變的條件下，法向磨削力會(huì )隨Vs的增高而顯著(zhù)減少（Vs為200m/s時(shí)的法向磨削力僅為80m/s時(shí)的46%），從而使工藝系統的變形減少。加之超高速磨削的激振頻率遠高於工藝系統的固有頻率，不會(huì )引起共振。其共同結果是促使磨削精度提高。
工件表面質(zhì)量好
實(shí)驗表明，在其它條件一定時(shí)，當砂輪線(xiàn)速度從33m/s升至200m/s，磨削表面粗糙度則由Ra2.0痠降至Ra1.1痠。由於超高速磨削過(guò)程中大量磨削熱將被磨屑帶走，傳入工件的比例很小，不僅不易發(fā)生表面燒傷，而且表面殘余應力層的深度也隨之變小。
緩進(jìn)給磨削是以大切深和低的工作進(jìn)給速度為特征，而所謂高效深磨（High Efficiency Deep Grinding），則是把高轉速的CBN砂輪應用於高切除率的緩進(jìn)給磨削，從而產(chǎn)生了集高的砂輪速度（Vs=80~250m/s）、快的工作進(jìn)給速度（0.5~10m/min）和大切深（0.1~30mm）於一體的高效深磨技術(shù)。其磨除率極高，特別適於進(jìn)行溝槽零件的全切深單行程磨削。
超高速磨削的若干關(guān)鍵技術(shù)
磨削加工的工藝系統是“磨床—工件—磨具”，自然超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)也離不開(kāi)磨床、砂輪、磨削工藝和磨削液。
超高速磨削機理及工藝的研究
國內外對超高速磨削機理的研究尚不全面，有待進(jìn)一步揭示各種磨削過(guò)程和磨削現象的本質(zhì)，同時(shí)還要進(jìn)行不同工件材料和磨削條件的工藝參數優(yōu)化研究，相應建立超高速磨削數據庫，以加速其應用步伐。用計算機對磨削過(guò)程進(jìn)行仿真，有助於進(jìn)行上述研究，虛擬磨床可以建立一個(gè)逼真的磨削環(huán)境。
超硬磨料砂輪及其修整
超高速磨削砂輪是在基體上固結一層或多層超硬磨料，故又進(jìn)一步分為多層可修整和單層磨料砂輪兩大類(lèi)。所用超硬磨料除磨削硬脆材料為金剛石外，其余都使用CBN。超高速磨削砂輪的基體除要有足夠的強度以承受巨大的離心力外，還要有高的彈性模量/密度比和低的熱膨脹系數，目前常用的材料是高強度合金鋼，正尋求高強度鋁合金和鈹等性能更優(yōu)良的材料作基體，日本已使用一種碳素纖維復合材料CFRP作超高速砂輪基體。此外，超高速砂輪基體的形狀設計也至關(guān)重要。
多層可修整超硬砂輪有樹(shù)脂、金屬、陶瓷三種結合劑。其中陶瓷結合劑砂輪具有多孔性，且結合劑呈脆性，可用金剛石滾輪修整，整形和修銳一般能一次完成。還有一種新型的多氣孔陶瓷結合劑CBN砂輪，可以通過(guò)人為誘發(fā)的孔隙來(lái)增強天然的多孔性，這種砂輪將引入更多的磨削液和便于排屑，從而既可磨削高硬度也可磨削中等硬度的鐵質(zhì)材料。故在超高速磨削中陶瓷結合劑的超硬磨料砂輪用得較多。
樹(shù)脂結合劑或金屬結合劑超硬磨料砂輪的修整比較困難，整形和修銳需分別進(jìn)行。超硬磨料砂輪的修整特別是在線(xiàn)修整迄今仍是研究的熱點(diǎn)，日本人十幾年前開(kāi)發(fā)的適合金屬結合劑超硬磨料砂輪的在線(xiàn)電解修整（ELID）法，對超精密鏡面磨削的發(fā)展起了一定作用。而目前正在研究的激光修整法，不僅便于修整樹(shù)脂或金屬結合劑超硬磨料砂輪，而且熱影響區小、砂輪修整損耗小和易于實(shí)現自動(dòng)化，修整效率也高，很有發(fā)展前景。
無(wú)需修整的單層超硬磨料砂輪，有電鍍砂輪和（高溫）焊砂輪兩種。由於超硬磨料的優(yōu)異性能，即使單層磨料仍有較長(cháng)壽命。其中電鍍砂輪的制造工藝較簡(jiǎn)單（磨料磨鈍后還可重復電鍍多次），鍍層金屬能緊密包鑲在磨料周?chē)?，最高可承?50~300m/s的磨削速度，已被較多地應用于超高速精磨和成形磨削中。焊砂輪磨料與基體的結合強度特別高，磨粒裸露高度達到60~70%，故容屑空間大且磨粒能獲得更鋒利的形貌，據報道國外焊砂輪的線(xiàn)速度可達500m/s。
超高速磨床的主軸系統和進(jìn)給系統
超高速磨床的總體結構和基礎大件要有很高的動(dòng)、靜剛度，通常采用有限元法進(jìn)行分析和優(yōu)化，機床的安全防護也很重要，但最關(guān)鍵還是主軸系統和進(jìn)給系統。
主軸系統
提高砂輪線(xiàn)速度主要是提高砂輪轉速，超高速磨床的主軸最高轉速都在10000r/min以上，傳遞的磨削功率常為幾十千瓦，故要求其主軸系統剛性好、回轉精度高、溫升小、功耗低。近年來(lái)，超高速磨床愈來(lái)愈多地使用將電機和主軸作成一體的電主軸，其所用軸承主要是油氣潤滑的陶瓷球角接觸球軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，后者多用在外圓類(lèi)超高速磨床上。磁浮軸承雖然高速性能好、精度高，但價(jià)格昂貴和有發(fā)熱、漏磁問(wèn)題，目前尚較少采用。高速回轉的砂輪軸和砂輪一起，其動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)會(huì )嚴重影響磨削質(zhì)量，除了砂輪和主軸系統預先要進(jìn)行嚴格的動(dòng)平衡外，還應當在機床進(jìn)行磨削的過(guò)程中實(shí)施連續的自動(dòng)平衡。此外，要充分重視超高速磨床砂輪與主軸連接的可靠性。
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