摘要：隨著超高速磨削研究的不斷的深入與工業(yè)實用化，超高速磨床已經(jīng)成為各國先進制造技術發(fā)展的重點。本文綜述了國內(nèi)外超高速磨床的發(fā)展現(xiàn)狀，簡述了超高速磨床目前的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：磨削 磨床 超高速

中圖分類號：TG582文獻標識碼：A文章編號：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：（1）磨削效率高，磨削速度的提高使得進給速度也相應的提高，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，它能延長砂輪使用壽命、減少冷卻液消耗。（4）擴展磨削工藝的應用范圍，對硬脆材料、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 國內(nèi)超高速磨床的發(fā)展

我國的超高速磨削研究起步較晚，1995年，漢江機床廠使用陶瓷CBN砂輪，進行了200m/s的超高速磨削試驗。2003年，東北大學首先研制成功了我國第一臺圓周速度200m/s、額定功率55kW、最高砂輪線速度達250m/s的超高速試驗磨床。從2002年開始，湖南大學開始針對一臺250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進行高速超高速研究，并在國內(nèi)首次進行了磁浮軸承設計，在2009年開發(fā)出適用于航天航空、國防軍工等行業(yè)中的特定材料零件的加工的MKG1320超高速數(shù)控外圓磨床，該設備采用直徑為500mm砂輪，線速度達到150m/s，通過集成超高速磨削關鍵技術和創(chuàng)新開發(fā)超高速砂輪恒壓預緊補償技術、高阻尼無腔鑄石床身設計、高剛性圓柱內(nèi)節(jié)流液體靜壓直線導軌技術等多項先進技術，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合涂層材料等難加工材料軸類零件的精密加工問題。2010年中國國際工業(yè)博覽會上，上海機床廠展出了MGKS1332/H數(shù)控高精度超高速外圓磨床，該磨床最高線速度達到150m/s，最大磨削直徑為Ф320mm，最大磨削長度為1000mm，機床主要應用于難以用傳統(tǒng)的機械加工方法進行加工的超硬材料、耐熱合金和復合材料等新型材料進行精密加工。2011年，在第十二屆中國國際機床展覽會，杰克機床推出了JKM8320超高速CBN隨動數(shù)控磨床，該床砂輪線速度達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

3.1 超高速磨削的砂輪

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

3.2 砂輪的修整技術

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，振動噪聲小，高速性能好等特點被廣泛的應用超高速磨床，也越來越各國研究人員的重視。在第19屆JIMTOF展覽會上，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：陶瓷滾動軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承和磁浮軸承。用陶瓷滾動軸承組裝出的主軸系統(tǒng)有速度高、剛度和功率大、壽命長等優(yōu)點，但其制程成本高，對拉伸應力和缺口應力較敏感。磁浮軸承傳動功耗小，對密封器件的要求較低，維護成本低，但成本高，控制系統(tǒng)復雜。液體動靜壓軸承具有徑向和軸向跳動誤差小，阻尼特性好、功率大、動態(tài)特性好、在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有承載能力強和剛度大等優(yōu)點。但在超高速、高負荷條件下工作時需使用低粘度流體和高供液壓力，因此結構設計較復雜，而且空載功率損耗大?？諝廨S承旋轉(zhuǎn)精度高，使用壽命長，振動小，維護成本低。但是其對工作環(huán)境要求高。

3.4 進給驅(qū)動系統(tǒng)

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

除了以上關鍵技術外，砂輪動平衡技術、磨削過程的檢測控制技術、冷卻潤滑技術、新型磨床床身等也是超高速磨床研發(fā)的重點，它們的提高對超高速磨床的發(fā)展起到了巨大的推動作用[6]。

4 結語

超高速磨削的效率高、加工精度高、加工的范圍廣，是先進制造技術中的前沿技術。超高速磨床是超高速磨削實用化的提現(xiàn)和最終目的。大力加強各種新型超高速磨床的研究、推廣和應用，對提高我國機械制造業(yè)的加工水平具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]陸名彰，熊萬里，黃紅武，等.超調(diào)整磨削技術的發(fā)展及其主要相關技術[J].湖南大學學報（自然科學版），2002，5：44-48，54.

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

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

[4]李長河，蔡光起，丁玉成，等.超高速磨削相關技術與工業(yè)應用[J].中國科技論文在線，2008，8（3）：618-624.

[5]趙恒華，馮寶富，高貫斌，等.超調(diào)整磨削技術在機械制造領域中的應用[J].東北大學學報（自然科學版），2003，6：564-568.

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