高速磨削技术的现状及发展前景
浅谈高速强力磨削的发展与应用
高效率是国内外机械加工的主要发展方向之 由于高速磨削对机床 、 、 砂轮 冷却和安全技术 提高效率的重要方法， 是提高切削， 磨削速度及 力一面都有特殊要求 ， 这将增加机床成本。 因此 ， 目 增大进给量。 目 前高速磨削已广泛应用于生产， 普 前高速磨削还只是在少数工件上使用。 遍认为 ５～ ０ ／的高速磨削是经济可行 的。最高 ０８ ｍｓ ２强力磨削 磨 削速度已达到 １０ ／ ２ ｍｓ ，试 验室 的速度 已达到 强力磨削是指大进给量或大磨削深度， 提高 以 ２ ０２ ０ ／ １－５ ｍｓ 。现在行的工件的实际磨削速度可以提 金属去除率的力一法。 高到 ３ ０＃。 前正朝着高速度磨削 、 ０ ｎｓ 目 强力磨削， 高 ２ ． １主要牦 速强 力磨削 力一 向发展 。 它可以代替一部分车削、 铣削和刨削等强 力磨 １高 速磨 削 削应用适 当时， 可以直接从毛坯磨成成品， 粗精加 高速磨削是指砂轮线速度在 ４ 米砂 以上的磨 工一次完成； ５ 加工效率可提高 ４ ５ 可以减少加工 ￣ 倍； 削力一法。 高速磨削是提高磨削效率的重要途经之 设备， 由于不同加工工序所需要的装卸调整等 节省 辅助时间； 它不受工件表面条件（ 、 如锈 硬点、 断续表 面等） 以及材料硬度 ， 韧性的限制； 加工精度和表面 １ ． １高速磨削的特点
这是具有 上述两种磨削耗 的方法 ３ ． １高速强力磨削的应用 可用于磨削外圆及平面， 主要是用切人式磨削 法磨削圆柱形零件外圆型面、 沟槽、 多直径台阶。 可 将一般车削及磨削丁ｆ合并为 芋 一道工序。 工件的 余 量一般在 １ － ５ ｍ， ． ２ ｍ 表面粗糙度 Ｒ 为超过 ６ ３ ａ ３微 分， 精度不超过＿ ． ６ ｍ ＋ ０ ｍ 。目 ０７ 前高速强力磨削已 在 生产中得到一些应用。例如： 磨削汽车齿轮轴 、 转向 节、 万向节及耐热合金透平叶片根音 齿轮等。 Ｉ 榫 ， 上述高速磨削及强力磨削多在精密铸造 ， 锻件 的大批量生产或中小批类似零件生产和 自动化程 度较高的机床上推广使用。 ３ ． ２高速强力磨削的不是及其解决的 措施 由于磨削速提高 ， 功能增大， 出现了振动加剧， 热量 增加等问题 ， 常可采用下列措施来解决。
磨削技术论文：超高速磨削及其优势探析
磨削技术论文：超高速磨削及其优势探析一、概述超高速磨削作为一种高精度精密加工技术，已在各个领域得到广泛应用。
本文将从超高速磨削的基本原理入手，分析其优势，探讨其在建筑领域的应用前景。
二、基本原理超高速磨削是利用高速旋转的砂轮磨削工件表面，以达到高精度加工的一种技术。
它与传统的磨削技术不同之处在于，超高速磨削使用的砂轮转速通常在1万~10万转/分之间，较传统的磨削转速快得多。
这种高速磨削技术可以大幅提高加工效率，同时还能够获得更高的精度和光洁度。
三、优势分析1. 精度高超高速磨削的砂轮转速快，磨削力大，可以快速去除工件表面杂质，得到更加精细的加工表面，精度可达到0.005mm以下。
2. 效率高由于砂轮转速快，磨削力大，超高速磨削速度比传统磨削技术快得多。
工件加工时间可以降低30%以上，大幅提高生产效率。
3. 造价低超高速磨削使用的砂轮寿命长，能够在保证加工效率的情况下，延长更换周期，降低磨具成本。
4. 应用范围广超高速磨削是一种高效、环保、精细化的磨削技术，可适用于各种材料的加工，包括金属、非金属材料、陶瓷材料等。
5. 环保超高速磨削使用的是无毒、无害、无污染的磨料，减少了对环境的污染。
四、应用前景在建筑领域，超高速磨削技术可以用于加工各类构件。
它能够大幅节约加工时间，提高生产效率。
同时，它还能精细加工各类构件表面，达到工艺标准，节约原材料，降低生产成本。
在未来，超高速磨削技术有望得到更加广泛的应用。
五、案例分析1. XXX公司的构件加工中，采用超高速磨削技术，成功优化了加工效率，降低了产品成本，得到了客户的一致好评。
2. XX公司将超高速磨削技术应用于钢筋加工中，减少了加工时间，提高了钢筋的精度和尺寸的一致性，受到了建筑公司的赞扬。
3. XX公司采用超高速磨削技术加工门窗构件，成功提高了构件的表面精度和光洁度，降低了产品的废品率，提高了客户的满意度。
4. XX公司采用超高速磨削技术加工凸轮、传动齿轮等构件，减少了加工时间，提高了精度和表面光洁度，获得了广泛应用。
高速切削加工技术论文（2）
高速切削加工技术论文(2)高速切削加工技术论文篇二浅谈高速切削加工技术的发展摘要:高速切削技术是近十几年来迅速崛起的一项先进制造技术,已成为现代制造业的重要组成部分。
从高速切削的特点和机理入手,分析这项高新技术发展状况和目前的应用。
关键词:高速切削;机床;刀具高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工因此,有时也称为超高速切削Utra一ligh Speed Machining)。
高速切削是一个相对的概念,当使用不同的加工方法和工件材料与加工刀具时,Hsc的切削速度会有很大的不同。
高速切削强调的是高的速度,即要有高的主轴转速,高速切削中的高速不是一个技术指标,而应是一个经济指标。
高速切削时由于切削速度的大幅度提高,决定了高速切削具有以下特点:一是生产效率提高;二是切削力降低;三是工件的热变形减小;四是工件振动减小;五是可加工各种难加工材料;六是生产成本降低。
一、高速切削的机理在高速切削过程中,由于切削速度足够快,使应变硬化来不及发生,变形只发生小范围内会使切削力小于传统速度的切削力。
高速切屑变形机理在很大程度上与热量有关,随着切削速度的增加,切屑流受到的阻力减小,从而使切屑变薄、切削力减小。
高速切削机理主要包括高速切削中切削力、切削热变化规律.刀具磨损的规律.切屑的成型机理以及这些规律和机理对加工的影响。
目前对铝合金的高速切削机理的研究与应用比较成功,但对黑金属和难加工材料的高速切削机理的研究与应用尚处于不断探索之中,应用也是在不成熟的理论指导下进行。
另外,高速切削机理的研究与应用已进入钻铰、攻丝等的切削方式中,但还处于探索阶段。
随着科学技术的发展,对高速切削的切削力、切削热、切屑成型、刀具磨损、刀具寿命、加工的精度和表面质量等的变化规律将做更加深入的分析与研究。
二、高速切削的发展高速切削缘起自航空铝合金零件的加工。
在该领域,高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件,切除其90%,的材料。
磨削加工技术的现状与进展
德国Ｅ Ｂ Ｌ 磨床公 司首创 了缓进 给磨 削工艺 方法 ， 适应于高硬度 、 高 韧性材料 的表 面及沟槽 的磨 削加工 ， 特点是增 大磨削深度 、 降低 进给速 度 ， 深是普通磨 削的 １０ ～１０ ０ 切 ０ ０ ０ ０ 倍左右 。 高速磨 削与缓进给磨削 在 工艺基础上 ， 加大磨 削深度 、 提高砂轮速度 Ｖ 及工件速 度 ｖ ， 得高的 获 磨 除率及 高的磨 削精度 ， 形成和发展为高效深 切磨削工艺技术 ， 轮速 砂 度 Ｖ 为 ６ ～ ２ ／， 可以更高， ０ １０ ｓ还 ｍ 工件进 给速度 为 １０ ～ ５ ０ ｒ ｍ ｎ ００２０ ｒ ｉ， ｍｄ
［ 键词 】 削加 工 精 密磨 削 高速磨 削 高效磨 削 关 磨
０ 引言 ．
起步早 ， 最初高速磨 削基 础研究是在 ２ 世纪 ６ ０ Ｏ年代 末 ， 实验室磨 削速
度 已达 到 ２ ０ ２ ０ｄ 。德 国的 Ａ ｃｅ １—３ｒｓ ｉ ａｈ ｎ大学 、 ｒｍｍ大学 、 国的 Ｃ ｎ Ｂｅ 美 ｏ— ｎ ｅｅ ｔ ｅｔ ｕ 大学 等 ，在 实验室 完成 了 Ｖ 为 ２ ０ｍ／、５ ｄ 、０ ／ ｉ ５ ｓ３ ０ｒｓ４ ０ｍ ｓ的实 ｉ 验； 据报道 ， 国 Ａ ｃ ｅ 德 ａｈｎ大学在进行 目标为 ５ ０ｒ ｓ的磨削试 验研究 ； ０ ｄ ｒ 日 Ｓ ｉ ｚ 等人利 用改造 的磨 床实 现了砂 轮和工件 的磨 削线速度 接 本 ｈｎ ｕ ｉ 近 ｌ０ ｍ／” Ｏ０ ｓ】 ｔ。在实用磨削方面 ， 日本 已有 Ｖ 为 ２ ０ｍ／ ０ ｓ的磨床在工 业 中应用 。我 国对高速磨 削及磨具 的研究也有 多年 的历史 ， ２ Ｏ世纪 ７ ０年 代进行 了对 ８ ｍｓ １ ０ ／ 的磨削工艺实 验 ， ０ ／、２ ｍ ｓ 后来 ， 还开展 了 ２０ｍ ｓ ５ ／ 的 磨 削实验研究 。相对工业发 达国家 ， 国开展超 高速磨削 的研究很 少 ， 我 并且有些 高速磨 削技术 没有在工业 中应用 ，在实际加工 中砂轮 线速度 Ｖ 一般是 ４ ～ ０ｒ ｓ ５ ６ ｄ 。 ｒ
高速切削加工技术介绍
美国于 1960 年前后开始进行超高速切削试验。试验将刀具装在加农炮里，从滑台上射向工件；或将工件当作子弹射向固定的刀具。 1977 年美国在一台带有高频电主轴的加工中心上进行了高速切削试验，其主轴转速可以在 180 ～ 18000r / min 范围内无级变速，工作台的最大进给速度为 7 . 6m / min。
1979 年美国防卫技术研究总署（ DARPA ）发起了一项“先进加工研究计划”，研究切削速度比塑性波还要快的超高速切削，为快速切除金属材料提供科学依据。
在德国， 1984 年国家研究技术部组织了以 Darmstadt 工业大学的生产工程与机床研究所 PTW ）为首，包括 41 家公司参加的两项联合研究计划，全面而系统地研究了超高速切削机瓜刀具、控制系统以及相关的工艺技术，分别对各种工件材料（钢、铸铁、特殊合金、铝合金、铝镶铸造合金、铜合金和纤维增强塑料等）的超高速切削性能进行了深入的研究与试验，取得了切削热的绝大部分被切屑带走国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂广泛应用，获得了好的经济效益。日本于 20 世纪 60 年代就着手超高速切削机理的研究。日本学者发现在超高速切削时，工件基本保持冷态，其切屑要比常规切屑热得多。日本工业界 35善于吸取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，尤其在高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现已跃居世界领先地位。进人 20 世纪 90 年代以来，以松浦（ Matsuora ）、牧野 ( Makino ）、马扎克（ Mazak ）和新泻铁（ Niigata ）等公司为代表的一批机床制造厂，陆续向市场推出不少超高速加工中心和数控铣床，日本厂商现已成为世界上超高速机床的主要提供者.
2 高速切削刀具
刀具是实现高速加工的关键技术之一。生产实践证明，阻碍切削速度提高的关键因素是刀具能否承受越来越高的切削温度在萨洛蒙高速切理研究和高速切削试验的不断深人，证明高速切削的最关键技术之一就是所用的刀具。舒尔兹教授在第一届德国 ― 法国高速切削年会（ 1997 年）上做的报告中指出：目前，在高速加工技术中有两个基本的研究发展目标，一个是高速引起的刀具寿命问题，另一个是具有高精度的高速机床．
超高速磨床的发展与展望
超高速磨床的发展与展望摘要：随着超高速磨削研究的不断的深入与工业实用化，超高速磨床已经成为各国先进制造技术发展的重点。
本文综述了国内外超高速磨床的发展现状，简述了超高速磨床目前的发展趋势。
关键词：磨削磨床超高速中图分类号：tg582 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）08（c）-0033-011 超高速磨削超高速磨削通常是指速度为普通磨削速度5倍以上（即vs≥150m/s）的高速磨削，是由德国萨洛蒙carl salomon于l931年提出的，其英文名称为super-high speed grinding或ultra-high speed grinding。
超高速磨削主要有以下特点：（1）磨削效率高，磨削速度的提高使得进给速度也相应的提高，从而使磨削效率显著提高。
（2）加工质量高，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，它能延长砂轮使用寿命、减少冷却液消耗。
（4）扩展磨削工艺的应用范围，对硬脆材料、高塑性和难磨材料获得良好的磨削效果。
这些特点使得超高速磨削成为了磨削加工中发展的重中之重。
[1]2 国内超高速磨床的发展我国的超高速磨削研究起步较晚，1995年，汉江机床厂使用陶瓷cbn砂轮，进行了200m/s的超高速磨削试验。
2003年，东北大学首先研制成功了我国第一台圆周速度200m/s、额定功率55kw、最高砂轮线速度达250m/s的超高速试验磨床。
从2002年开始，湖南大学开始针对一台250m/s超高速磨床主轴系统进行高速超高速研究，并在国内首次进行了磁浮轴承设计，在2009年开发出适用于航天航空、国防军工等行业中的特定材料零件的加工的mkg1320超高速数控外圆磨床，该设备采用直径为500mm砂轮，线速度达到150m/s，通过集成超高速磨削关键技术和创新开发超高速砂轮恒压预紧补偿技术、高阻尼无腔铸石床身设计、高刚性圆柱内节流液体静压直线导轨技术等多项先进技术，可以解决工程陶瓷、微晶玻璃、硬质合金、人造宝石晶体等超硬材料、钛合金、不锈钢、镍基铁氧体材料等耐热合金材料以及复合涂层材料等难加工材料轴类零件的精密加工问题。
磨削加工的发展趋势
金属切削加工
宽砂轮磨削适合在大批大量中、用切入磨削法磨削较 短零件表面，尤其是成形表面。
多砂轮磨削适用于同时磨削多个表面，例如同时磨削 曲轴和凸轮轴的几个轴颈。这类磨床也适用于大批大量生 产中。
1.2 提高机床的自动化程度
近年来，普通磨床的自动化程度在不断提高。自动化 的措施有自动进给、砂轮的自动修整和补偿、自动分度、 自动装卸料和自动测量等。应用于中、小批生产的磨床， 其自动化的显著趋势是向数控磨床及适应控制方向发展。
高速磨削是指将砂轮的线速度从目前的35m/s提高到 50～60m/s（目前国外个别磨床的线速度已达120 m/s）。 提高了磨削效率和磨削质量，延长砂轮使用寿命。
强力磨削是指以大的磨削深度进行磨削，它可以代替 车和铣，直接将毛坯磨削到工件要求，可显著提高效率。 强力磨削在加工难切削材料方面效果特别显著。强力磨削 时磨削力很大，因此，强力磨削机床（尤其是主轴组件） 的刚度很高，而且砂轮电动机的功率也提高了好几倍。
表面粗糙度要求达到Ra＜0.02～0.04μm。为 了达到上述高精度和高表面质量要求，在机床结构 中采取了一系列提高精度和抗振性的措施。其中主 要的措施有：采用高刚度和高旋转精度的新型主轴 轴承；提高整机及主要部件的动态特性，尤其是动 刚度及静刚度；采用精密微量进给机构；严格控制 机床的热变形；隔绝各种振源；采用各种高精度的 自动测量装置以及高效率的冷却液净化装置等。
1.3 精密及超精密磨削
目前，对磨削加工精度和表面质量要求越来越高，高 精度外圆磨削的圆度要求小于0.5μm；表面粗糙度要求达 到Ra＜0.01～0.02μm；高精度内圆磨削的内孔6μm； 平面磨削的平行度及直线度要求小于5μm/m；
金属切削加工
磨削加工的发展趋势
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。
本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。
超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。
随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。
发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。
随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。
近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。
首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。
其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。
随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。
首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。
其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。
同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。
超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。
首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。
其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。
此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。
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高速磨削技术的现状及发展前景The Situ ation and Developing Vistas ofHigh-Speed G rinding T echnology荣烈润 摘 要:本文综述了高速磨削的概念、优势、关键技术、应用近况和发展前景。
关键词:高速磨削 动平衡 砂轮修整 精密高速磨削 高效深磨Abstract:This paper introduced concept,advantages,key technical points,application and developing vistas of high2speed grinding technology.K ey w ords:high2speed grinding dynamic balancing grinding wheel trim precision high2speed grind2 ing high2efficiency deep grinding0 引言人们一直对于提高磨削的砂轮速度所带来的技术优势和经济效益给予了充分的注意和重视。
但是在高速磨削过程中,工件受热变形和表面烧伤等均限制了砂轮速度的进一步提高,砂轮强度和机床制造等关键技术也使得高速磨削技术在一段时间内进展缓慢。
当20世纪90年代以德国高速磨床FS-126为主导的高速磨削(High-speed Grinding)技术取得了突破性进展后,人们意识到一个全新的磨削时代已经到来。
高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变,是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术,它集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术成就于一体。
随着砂轮速度的提高,目前磨削去除率已猛增到了3000mm3/ mm・s甚至更多,可与车、铣、刨等切削加工相媲美,尤其近年来各种新兴硬脆材料(如陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅等)的广泛应用更推动了高速磨削技术的迅猛发展。
日本先端技术研究会把高速加工列为五大现代制造技术之一。
国际生产工程学会(CIRA)将高速磨削技术确定为面向21世纪的中心研究方向之一。
1 高速磨削的概念及优势高速加工(High-speed Machining)概念首先由德国切削物理学家Card.J.Salomon于1931年提出,他发表了著名的Salomon曲线,创造性地预言了超越Taloy切削方程式的非切削工作区域的存在,提出如能大幅度提高切削速度,就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削,从而大幅度减少切削工时,成倍地提高机床生产率。
这对今后高速磨削的发展有着非常重要的启示,对于高速磨削技术的实用化起到了直接的推动作用。
高速磨削与普通磨削相比具有以下突出的技术优势:(1) 可大幅度提高磨削效率,减少设备使用台数。
以往磨削仅适用于加工余量很小的精加工,磨削前须有粗加工工序和半精加工工序,需配有不同类型的机床。
而高速磨削既可精加工又可粗加工,这样就可以大大减少机床种类,简化了工艺流程。
(2) 可以明显降低磨削力,提高零件的加工精度。
高速磨削在材料切除率不变的条件下,可以降低单一磨粒的切削深度,从而减少磨削力,获得高质量的工件表面,尤其在加工刚度较低(如薄壁零件)的工件时,易于保证较高的加工精度。
(3) 成功地越过了磨削热沟的影响,工件表面层可获得残余压应力(这对工件受力有利)。
(4) 砂轮的磨削比显著提高,有利于实现自动化磨削。
(5) 能实现对硬脆材料(如工程陶瓷及光学玻璃等)的高质量加工。
2 高速磨削的关键技术图1列出了高速磨削技术所需的各项相关技术,其中高速轴承和高速砂轮的设计和制造是影响高速磨削技术应用的最重要的因素。
图1 高速磨削的各项相关技术图2 电动主轴结构2.1 高速主轴2.1.1 滚珠轴承高速主轴当前高速磨床上装备的主轴大多为滚珠轴承电动主轴。
2所示,它由转子、轴承、外壳、电机组件和测角系统组成。
此外,主轴运转时,还须配备冷却系统、润滑系统和变频驱动电气装置。
高速主轴的轴承一般采用角接触滚珠轴承。
近年来,开始采用混合轴承,它的内外圈由轴承钢制成,而滚珠由氮化硅陶瓷制成。
与钢珠相比,陶瓷球轴承具有重量轻、热膨胀系数小、硬度高、耐高温、高温时尺寸稳定、耐腐蚀、弹性模量比钢高、非磁性等优点。
选用这种混合轴承可使其寿命提高3～6倍,极限转速增加60%,而温升降低35%～60%。
为了降低主轴发热,提高主轴的最高转速,新一代的高速电动主轴绝大多数均采用油气润滑。
2.1.2 液体静压轴承高速主轴液体静压轴承主轴的最大特点是运动精度很高,回转误差一般在0.2μm 以下,因而不但可以提高砂轮的使用寿命,而且可以达到很高的加工精度和很低的表面粗糙度。
另外,静压轴承为了减少高速运转发热,轴径不宜过大,因而与滚珠轴承主轴相比,其径向刚度较低,但轴向刚度远超过滚珠轴承主轴。
因此,选用何种轴承,必须根据具体应用要求来定。
2.1.3 空气静压轴承高速主轴气体静压轴承主轴的优点在于高回转精度(误差在50nm 以下)、高转速(可达105r/min )和低温升,因而它主要适用于对工件精度有较高要求的场合。
惟一缺点是承载能力较低,不适合材料切除量较大的应用场合。
此外它需要高清洁度的压缩空气,故使用及维修费用较高。
2.1.4 磁浮轴承高速主轴磁浮主轴的优点是高精度(回转误差小于0.2μm )、高转速(4×106r/min )和高刚度,缺点是不仅机械结构复杂,而且需要整套的传感器系统及控制电路,所以造价较高。
另外,磁浮主轴还需有良好的冷却系统,否则由于较大的温升,会影响工件的加工精度。
高速磨削所采用的砂轮由于制造和调整装夹等误差,在更换砂轮或者修整砂轮后,砂轮主轴必须进行动平衡。
为此高速磨削主轴必须有连续自动动平衡系统,以便在磨削时将振动降低到最小程度,从而获得较高的加工精度。
目前主要采用以下两类动平衡系统:机电动平衡系统及电液动平衡系统。
2.2 高速磨床结构高速磨床除具有普通磨床的功能外,还需满足以下特殊要求:● 尽可能组合多种磨削功能,实现在一台磨床上能完成所有的磨削工序。
● 高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性。
● 高度自动化和可靠的磨削过程。
图3是德国Schaudt公司生产的型号为CR41CBN的高速数控曲轴磨床。
主轴箱装在十字滑台上,滑台的导轨为液体静压支承,以提高支承面的阻尼和刚性。
滑台由液体静压丝杠驱动,以降低摩擦阻力和提高滑台的动态特性。
工件轴由伺服电机驱动并装有精密角度编码测量系统,构成了数控的C轴。
磨削主轴为电主轴,可进行无级变速。
所用的砂轮磨料为立方氮化硼,磨削速度可达165m/s。
在该磨床上加工曲轴时,曲轴毛坯不必经过车、铣等粗加工,经精锻或精铸后的曲轴坯件可以直接由磨削加工到最终尺寸。
图3 高速数控曲轴磨床结构 由于该磨床的X、Z和C轴为数控联动,因此可以大幅度地缩短磨削时间,并把辅助时间降低至最低程度。
该机床采用先进的数字伺服驱动系统,可确保联动插补加工的形状精度和位置精度,并采用在线测量系统以保证各轴的尺寸精度。
所加工的曲轴圆精度接近1μm,远低于设计要求的3μm。
2.3 高速磨削砂轮高速磨削砂轮必须满足下列要求:(1) 砂轮的机械强度必须能承受高速磨削时的切削力;(2) 高速磨削时的安全可靠性;(3) 外观锋利;(4) 结合剂必须具有很高的耐磨性,以减少砂轮的磨损。
高速磨削砂轮的设计必须考虑高转速时离心力的作用,并根据应用场合进行优化。
高速磨削砂轮的磨粒主要是立方氮化硼和金刚石,所用的结合剂有多孔陶瓷和电镀镍。
随着对高速磨削的深入研究,新颖的磨粒和结合剂也不断地出现。
瑞士Winterthur公司最近研制出一种新的立方氮化硼磨粒,它的基本形状是四面体,在磨削力强大到一定程度时会产生分裂,从而形成新的锋利的磨削刀。
电镀结合砂轮是高速磨削最为广泛采用的一种砂轮。
砂轮表面只有一层磨粒,通过电镀的方式将磨粒粘在基体上。
另外,电镀结合的砂轮磨粒的突出高度很大,能够容纳大量磨屑,对高速磨削十分有利。
单层磨粒的电镀砂轮的生产成本较低,并可制成外形复杂的砂轮。
在使用过程中,由于砂轮表面只有一层磨粒,因而不需进行修整,从而可以节省许多修整费用和修整工时。
缺点是在使用时必须进行精心调整,以减少砂轮与主轴间的不同轴度。
除电镀结合砂轮外,高速磨削也有用多孔陶瓷结合剂砂轮。
这种结合剂的主要成分是再结晶玻璃。
为了保证砂轮在整个使用寿命中保持锋利,砂轮的结构需有利于磨粒分裂。
要达到砂轮自锋利的目的,除了应尽量降低结合剂的比例外,还要优化磨粒的空间分布。
对于某些高速磨削,不但要有高的磨削效率,而且还要有高的磨削质量(如高的加工精度及低的表面粗糙度),为此对砂轮应有一套完善的修整技术。
目前应用较为成熟的精密修整技术有:(1) EL ID在线电解修整技术金属结合剂金刚石砂轮在线电解修整(Elec2 trolytic In-process Dressing,简称EL ID)磨削是近年来由日本发展起来的硬质材料高速精密磨削加工新技术。
它是专门应用于金属结合剂砂轮的修整方法,与普通的电解修整方法相比,具有修整效率高、工艺过程简单、修整质量好等特点,同时它采用普通磨削液作为电解修整液,很好地解决了机床腐蚀问题。
经EL ID修整的4000号铸铁结合剂金刚石砂轮成功地实现了工程陶瓷、硬质合金、单晶硅、光学玻璃等多种材料的精密镜面磨削,表面粗糙度可达Ra2～5nm。
(2) 电火花砂轮修整技术利用电火花修整可对任何以导电材料为结合剂的砂轮进行在线、在位修整,易于保证磨削精度,不会腐蚀设备,修整力小,对小直径及极薄砂轮的修整较为方便,同时整形效率高、修锐质量好;磨料周围不残留结合剂,修锐强度易于控制。
(3) 杯形砂轮修整技术采用杯形砂轮修整器修整超硬磨料成形砂轮,其修整效率及修整精度都比传统的成形砂轮修整方法要高,可以达到零误差的砂轮表面。
砂轮修整后的磨削性能实验表明,磨削力明显减小,磨削性能良好,且砂轮使用寿命长。
(4) 电解—机械复合整形技术运用此法可在短时间内将砂轮修整到较高的表面质量及形状精度,为砂轮的精密修铣提供了良好的条件。
砂轮修整是决定磨削质量的关键因素之一,不同的修整方法具有不同的特点,因而应用中需综合考虑加工条件、工件材料、砂轮材料等因素,以选择最佳修整方案。
2.4 冷却润滑系统在高速磨削过程中,所采用的冷却系统的优劣,常常能够决定整个磨削过程的成败。
冷却润滑液的功能是提高磨削的材料去除率,延长砂轮的使用寿命,降低工件表面粗糙度。
它在磨削过程中必须完成润滑、冷却、清洗砂轮和传送切屑四大任务。
为此,它必须满足以下的技术要求:(1) 具有较高的热容量和导热率,以提高冷却效率;(2) 能承受较高的压力;(3) 有良好的过滤性能、防腐蚀性和附着力;(4) 有较高的稳定性,不起泡、不变色,易于清洗;(5) 有利于环境保护,方便处理。