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        超高速磨床的發(fā)展與展望

        2012-12-31 00:00:00張戰(zhàn)鋒錢(qián)磊周棟李智勤
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2012年24期

        摘要:隨著超高速磨削研究的不斷的深入與工業(yè)實(shí)用化,超高速磨床已經(jīng)成為各國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。本文綜述了國(guó)內(nèi)外超高速磨床的發(fā)展現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述了超高速磨床目前的發(fā)展趨勢(shì)。

        關(guān)鍵詞:磨削 磨床 超高速

        中圖分類號(hào):TG582文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(c)-0033-01

        1 超高速磨削

        超高速磨削通常是指速度為普通磨削速度5倍以上(即Vs≥150m/s)的高速磨削,是由德國(guó)薩洛蒙CarL Salomon于l931年提出的,其英文名稱為super-high speed grinding或ultra-high speed grinding。超高速磨削主要有以下特點(diǎn):(1)磨削效率高,磨削速度的提高使得進(jìn)給速度也相應(yīng)的提高,從而使磨削效率顯著提高。(2)加工質(zhì)量高,超高速磨削比普通磨削的加工精度高、磨削表面粗糙度低、加工表面完整性好。(3)材料消耗低,它能延長(zhǎng)砂輪使用壽命、減少冷卻液消耗。(4)擴(kuò)展磨削工藝的應(yīng)用范圍,對(duì)硬脆材料、高塑性和難磨材料獲得良好的磨削效果。這些特點(diǎn)使得超高速磨削成為了磨削加工中發(fā)展的重中之重。[1]

        2 國(guó)內(nèi)超高速磨床的發(fā)展

        我國(guó)的超高速磨削研究起步較晚,1995年,漢江機(jī)床廠使用陶瓷CBN砂輪,進(jìn)行了200m/s的超高速磨削試驗(yàn)。2003年,東北大學(xué)首先研制成功了我國(guó)第一臺(tái)圓周速度200m/s、額定功率55kW、最高砂輪線速度達(dá)250m/s的超高速試驗(yàn)?zāi)ゴ?。?002年開(kāi)始,湖南大學(xué)開(kāi)始針對(duì)一臺(tái)250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進(jìn)行高速超高速研究,并在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了磁浮軸承設(shè)計(jì),在2009年開(kāi)發(fā)出適用于航天航空、國(guó)防軍工等行業(yè)中的特定材料零件的加工的MKG1320超高速數(shù)控外圓磨床,該設(shè)備采用直徑為500mm砂輪,線速度達(dá)到150m/s,通過(guò)集成超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新開(kāi)發(fā)超高速砂輪恒壓預(yù)緊補(bǔ)償技術(shù)、高阻尼無(wú)腔鑄石床身設(shè)計(jì)、高剛性圓柱內(nèi)節(jié)流液體靜壓直線導(dǎo)軌技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),可以解決工程陶瓷、微晶玻璃、硬質(zhì)合金、人造寶石晶體等超硬材料、鈦合金、不銹鋼、鎳基鐵氧體材料等耐熱合金材料以及復(fù)合涂層材料等難加工材料軸類零件的精密加工問(wèn)題。2010年中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上,上海機(jī)床廠展出了MGKS1332/H數(shù)控高精度超高速外圓磨床,該磨床最高線速度達(dá)到150m/s,最大磨削直徑為Ф320mm,最大磨削長(zhǎng)度為1000mm,機(jī)床主要應(yīng)用于難以用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工的超硬材料、耐熱合金和復(fù)合材料等新型材料進(jìn)行精密加工。2011年,在第十二屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì),杰克機(jī)床推出了JKM8320超高速CBN隨動(dòng)數(shù)控磨床,該床砂輪線速度達(dá)160m/s,磨除率>120/mm/s.mm,工件輪廓精度為0.02-0.03mm,經(jīng)一次裝夾完成外圓、非圓輪廓面、凸凹面、多邊型、曲拐與偏心圓等型面的加工[3],[4],[5]。

        3 超高速磨床的發(fā)展趨勢(shì)

        3.1 超高速磨削的砂輪

        超高速磨削砂輪的耐磨性、導(dǎo)熱性、阻尼特性要非常好,動(dòng)平衡精度、抗裂性和剛度要高,其機(jī)械強(qiáng)度要能承受超高速磨削時(shí)的切削力等等。目前超高速磨削砂輪主要采用的是金剛石和CBN砂輪,所用的結(jié)合劑一般為陶瓷、樹(shù)脂和金屬。隨著研究的深入,也出現(xiàn)的新型的磨粒和結(jié)合劑,砂輪將向多樣化發(fā)展。

        3.2 砂輪的修整技術(shù)

        砂輪修整可以保證砂輪在使用中保持鋒利,提高磨削效率和磨削質(zhì)量。砂輪的修整技術(shù)一直向著通用、高效、智能化方向發(fā)展,現(xiàn)在常用的修整法主要有金剛滾輪修整法、在線電解修整法、雙電極在線修整法、彈性修整法、超超聲波修整法和激光修整法等。

        3.3 主軸系統(tǒng)

        超高速主軸系統(tǒng)的優(yōu)劣將直接影響超高速磨床的最高磨削速度。大功率超高速電主軸因其慣性轉(zhuǎn)矩小,振動(dòng)噪聲小,高速性能好等特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用超高速磨床,也越來(lái)越各國(guó)研究人員的重視。在第19屆JIMTOF展覽會(huì)上,展出的超高速主軸基本上在10000-—25000r/min之間;日本已經(jīng)研制出在250000r/min轉(zhuǎn)速下能穩(wěn)定工作的超調(diào)整磨頭[6]。

        高速精密軸承是超高速主軸系統(tǒng)的核心部件,現(xiàn)用的主以下四類:陶瓷滾動(dòng)軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承和磁浮軸承。用陶瓷滾動(dòng)軸承組裝出的主軸系統(tǒng)有速度高、剛度和功率大、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但其制程成本高,對(duì)拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感。磁浮軸承傳動(dòng)功耗小,對(duì)密封器件的要求較低,維護(hù)成本低,但成本高,控制系統(tǒng)復(fù)雜。液體動(dòng)靜壓軸承具有徑向和軸向跳動(dòng)誤差小,阻尼特性好、功率大、動(dòng)態(tài)特性好、在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有承載能力強(qiáng)和剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但在超高速、高負(fù)荷條件下工作時(shí)需使用低粘度流體和高供液壓力,因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜,而且空載功率損耗大??諝廨S承旋轉(zhuǎn)精度高,使用壽命長(zhǎng),振動(dòng)小,維護(hù)成本低。但是其對(duì)工作環(huán)境要求高。

        3.4 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

        超高速機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)一直在向響應(yīng)速度快、定位精度高方向發(fā)展。現(xiàn)主要采用直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),與傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)相比,它具有進(jìn)給速度快、無(wú)間隙、慣性小、剛度大、速度范圍寬、重復(fù)精度高和無(wú)磨損等顯著特點(diǎn)。目前,用直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給速度可達(dá)600m/min,其加速度可達(dá)300m/s2,定位精度高達(dá)0.5~0.05μm[6]。

        除了以上關(guān)鍵技術(shù)外,砂輪動(dòng)平衡技術(shù)、磨削過(guò)程的檢測(cè)控制技術(shù)、冷卻潤(rùn)滑技術(shù)、新型磨床床身等也是超高速磨床研發(fā)的重點(diǎn),它們的提高對(duì)超高速磨床的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用[6]。

        4 結(jié)語(yǔ)

        超高速磨削的效率高、加工精度高、加工的范圍廣,是先進(jìn)制造技術(shù)中的前沿技術(shù)。超高速磨床是超高速磨削實(shí)用化的提現(xiàn)和最終目的。大力加強(qiáng)各種新型超高速磨床的研究、推廣和應(yīng)用,對(duì)提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的加工水平具有十分重要的意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陸名彰,熊萬(wàn)里,黃紅武,等.超調(diào)整磨削技術(shù)的發(fā)展及其主要相關(guān)技術(shù)[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,5:44-48,54.

        [2]宋濤,趙恒華.磨削加工技術(shù)的現(xiàn)狀[J].制造技術(shù)與機(jī)床.2011,11:60-63.

        [3]劉興國(guó).國(guó)內(nèi)外超高速磨削的現(xiàn)狀[J].機(jī)械工人,2004,9:16-17.

        [4]李長(zhǎng)河,蔡光起,丁玉成,等.超高速磨削相關(guān)技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用[J].中國(guó)科技論文在線,2008,8(3):618-624.

        [5]趙恒華,馮寶富,高貫斌,等.超調(diào)整磨削技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,6:564-568.

        [6]榮烈潤(rùn).面向21世紀(jì)的超高速磨削技術(shù)[J].金屬加工.2010,13:1-4.

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