高速磨削的发展及其相关应用技术
高速超高速磨削技术发展与关键技术
* 国家自然科学基金资助项目（编号:50475052） 教育部科学技术研究重点项目（编号:104190）高校博士学科点专项科研基金资助项目（编号:20040145001）高速超高速磨削技术发展与关键技术*青岛理工大学 机械工程学院 ( 266033) 李长河东北大学 机械工程与自动化学院 (110004) 修世超 蔡光起摘 要 论述了高速超高速磨削加工技术的发展、特点以及关键技术。
关键词 高速超高速 磨粒加工 关键技术1 高速/超高速磨削技术发展超高速磨削技术是现代新材料技术、制造技术、控制技术、测试技术和实验技术的高度集成，是优质与高效的完美结合，是磨削加工工艺的革命性变革。
德国著名磨削专家T.Tawakoli 博士将超高速磨削誉为“现代磨削技术的最高峰”。
日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一。
在1996年国际生产工程学会（CIRP ）年会上超高速磨削技术被正式确定为面向21世纪的中心研究方向之一，是当今在磨削领域最为引人注目的技术。
高速加工(High-speed Machining)和超高速加工（Ultra-High Speed Machining ）的概念是由德国切削物理学家Carl.J.Salomon 博士于1931年首先提出，他发表了著名的Salomon 曲线，创造性地预言了超越Talor 切削方程式的非切削工作区域的存在，提出如能够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。
他的预言对后来的高速甚至超高速磨削的发展指明了方向，为高速超高速磨削技术研究开辟了广阔的空间，对于高速超高速磨削技术的实用化也起到了直接的推动作用。
通常将砂轮线速度大于45 m/s 的磨削称为高速磨削，而将砂轮线速度大于150 m/s 的磨削称为超高速磨削。
超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达国家发展较快。
欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早， 最初在20世纪60年代末期就开始进行高速超高速 磨削的基础研究，当时实验室的磨削速度就已经达到210～230 m/s 。
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。
超过速磨削的技术及发展
超高速磨削砂轮的发展及关键技术超高速磨削通常指砂轮速度大于150m/s的磨削。
超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达国家发展很快，被誉为“现代磨削技术的最高峰”。
国际生产工程学会(CIRP)将其确定为面向21世纪的中心研究方向，并进行了一些著名的合作研究。
超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。
与普通磨削相比，超高速磨削显示出极大的优越性: 大幅度提高磨削效率，减少设备使用台数。
如采用电镀CBN砂轮以123m/s的高速磨削割草机曲轴，原来需要6个车削和3个磨削工序，现在只需要3个磨削工序，生产时间减少65%，每小时可以加工180件。
再如人们以125m/s的速度应用普通砂轮高效磨削淬硬低碳钢42CrMo4，切除率达167mm3/mms，比缓进给磨削大11倍。
磨削力小，零件加工精度高。
速度360m/s以下的试验表明，在一个较窄的速度范围(180-200 m/s)内，摩擦状态由固态向液态急剧变化，并伴随着磨削力的急剧下降。
笔者在单颗磨粒高速磨削45钢和20Cr钢试验中发现，摩擦系数在临界速度以下，随速度的增大而大幅度减少;超过临界速度后，摩擦系数却随速度的增大而略有增加。
降低加工工件表面粗糙度。
在其它条件相同时33m/s,100m/s和200m/s的速度磨削时，表面粗糙度值分别为Ra2.0,Ra1.4和Ra1.1μm。
砂轮寿命延长。
在金属切除率相同的条件下，砂轮速度由80m/s提高到200m/s，砂轮寿命提高8.5倍。
在200m/s的速度磨削时，以2.5倍于80m/s时的磨除率，寿命仍然提高1倍。
1 超高速磨削的发展欧洲，高速磨削技术的发展起步早。
最初高速磨削基础研究是在60年代末期，实验室磨削速度已达210-230m/s。
70年代末期，高速磨削采用CBN砂轮。
意大利的法米尔(Famir)公司在1973年9月西德汉诺威国际机床展览会上，展出了砂轮圆周速度120m/s的RFT-C120/50R型磨轴承内套圈外沟的高速适用化磨床。
高速强力磨削在机械加工中的发展与应用
高速强力磨削在机械加工中的发展与应用
高速强力磨削（High-speed strong grinding）是指通过使用更高转速及更高切削速
率的研磨工具，以达到更高的加工效率和更好的加工质量。
其发展历程起源于20世纪60
年代，随着磨削技术、设备和工具的不断进步，也不断地推动着高速强力磨削的应用领域
不断扩大，如航空、汽车、模具、压力容器、光电子等行业。
高速强力磨削的优点主要表现在以下几个方面：
1.高效率：由于使用高转速、高切削速率的工具，磨削过程可以更加迅速、高效地完成。
2.高精度：磨削工具具备更好的刚度和振动抑制能力，可以在更高的速度下保证磨削
质量。
3.高表面质量：由于磨削工具的高速磨削作用，能够对工件表面进行更充分的去毛刺、去匀层、去表面膜等处理，从而使工件表面质量得到提高。
4.高加工质量稳定性：由于磨削工具具备较高的韧性和手感，可以更好的控制加工过程，从而提高加工质量的稳定性和一致性。
应用方面，高速强力磨削在航空、汽车、模具、压力容器等行业中得到了广泛应用。
在航空领域，高速强力磨削被用于高精度航空零部件的制造，如液压阀等。
在汽车行业中，高速强力磨削在发动机气门、气缸套等高精度部件的磨削加工中得到
了广泛应用。
模具领域中，高速强力磨削被广泛应用于大型压铸模和挤铸模等模具的制造。
总之，高速强力磨削在机械加工中的应用领域不断扩大，将会为我们的生产带来更高
效率、更好质量的加工服务。
高速磨削
高速磨削高速磨削是国内外正在大力研究并逐步推广的一种先进的机械加工方法 , 它是近代磨削加工技术发展的一种新工艺 , 与普通磨削相比 , 其优点是能够大大提高被加工工件的精度 , 降低零件表面粗糙度。
随着科学技术的不断进步和发展 , 对零件的加工精度和生产率提出了更高的要求 , 高速磨削技术更加显示出它的重要性。
1 国外高速磨削技术的现状与发展趋势早在上世纪 50年代 , 国外就已经开始研究高速磨削 , 到 60年代 , 许多国家在高速磨削方面的研究更加得到普遍重视 , 并取得了许多成功经验 , 如日本京都大学工学部冈村健二郎教授首先提出了高效磨削理论 , 当时在日本也是盛行一时。
德国阿亨大学Optiz教授系统地发表了 60m /s高速磨削的实验结果。
在 70年代 , 高速磨削在许多工业国家迅速发展 , 60m /s以上高速磨床品种超过 50种 , 少数磨床磨削速度达到 125m /s, 到了 80年代 , 许多国家继续在提高磨削速度上进行努力 , 但是高速磨削并未按原先预料的情况发展 , 它受到许多条件的制约 , 如受到机床结构、动态特性、砂轮速度及磨料耐磨性等的限制 , 实际上在这个时期磨削速度的提高也受到了一定的限制。
近年来 , 高速磨削加工技术又有了很大发展 , 主要表现在以下几个方面 :(1)高速磨削机理方面。
在越过能产生磨削热损伤的国限带之后 , 磨削用量进一步加大不仅不会使热损伤加剧 , 反而会使其不再发生。
这一发现 , 开拓出一个广阔的高速磨削参数领域 , 为实现超高速的磨削提供了理论基础 , 加上人造金刚石和立方氮化硼在砂轮制造中的大量应用 , 高速磨削得以再度兴起 , 并实现了线速度高于普通磨削 5 - 6倍甚至更高的超高速磨削。
(2)高速磨削的有利环节。
继喷雾润滑轴承和空气润滑轴承之后 , 利用磁力承受负荷的磁悬浮轴承已进入实用阶段 , 它的转速可以在主轴强度所能承受的限度内任意提高。
机械加工工程陶瓷超高速磨削技术应用
关键词:陶瓷材料;超高速磨削技术;机械加工领域一、工程陶瓷在机械加工领域中的应用(一)工程陶瓷概述工程陶瓷本身在物理、化学、机械方面具有许多良好的性能。
机械加工领域的工程陶瓷的熔点比一般金属都要高，有良好的热稳定性、热膨胀系数小、质量比较轻、耐磨损等。
在机械加工、汽车工业、航空航天等领域，工程陶瓷被广泛应用［1］。
(二)工程陶瓷的加工特性(1)车削加工。
工程陶瓷材料的脆性比较大、硬度比较高，在车削过程中，去除屑的难度比较大。
所以，如若要进行车削加工，对于刀具材料的要求比较高，一般需要选择超硬材料的刀具，普通材料的刀具容易造成断刀的危险。
目前对于工程陶瓷材料的普通车削加工的研究并不多，但对于精密和超精密车削加工的研究相对多一些。
由于工程材料本身的特性，在普通车削加工环境下，很难实现工程陶瓷的车削加工。
有研究表明，刀具材料的好坏、加工过程中的工艺参数优化，可以减小零件的表面粗糙度，提高车削加工的生产率。
(2)磨削加工。
磨削加工是目前工程陶瓷主要的加工方法。
普通磨削加工通常采用脆性去除和粉末化去除。
普通磨削加工后的陶瓷材料存在表面质量较差的问题，还会存在裂纹，这样的零件很难满足实际生产要求。
所以在磨削加工中，如何进行塑性去除显得尤为关键。
高速深磨和超声振动辅助磨削是工程陶瓷材料的主要的磨削加工方法［2］。
高速深磨常用于对工程陶瓷的磨削加工，是近几年应用比较广泛的技术。
高速深磨的砂轮线速度比普通磨削加工大，磨削力比普通磨削加工小。
高速深磨采用对材料进行塑性去除的方法改善陶瓷的表面质量。
高速深磨一方面改善磨削表面质量，同时另一方面还能提高加工效率，降低加工成本，在机械加工领域中的应用前景良好。
我国高速深磨技术的发展得益于近几年的引进了国外先进的磨床，从而在汽车的关键零件上进行加工应用。
超声振动辅助磨削技术是一种复合技术，该技术是结合了超声波加工技术和传统磨削技术的优点。
与传统的磨削加工技术相比，该技术的磨削深度和材料去除率较大。
高速强力磨削在机械加工中的发展与应用
高速强力磨削在机械加工中的发展与应用
高速强力磨削是一种在机械加工中相对较新的技术，它的应用领域包括航空航天、汽车、电子、半导体等领域。
高速强力磨削的发展源于对精度、表面质量和加工效率的要求。
高速强力磨削的基本原理是利用高速旋转的砂轮在磨削过程中带动工件旋转，以达到高效、精度高的加工效果。
相较于传统的磨削加工方法，高速强力磨削具有加工效率高、加工表面精度高和磨损小等优势，因此在汽车工业、模具制造和医疗器械制造等领域得到广泛应用。
在航空航天领域，高速强力磨削被广泛应用于钛合金、铝合金等难加工材料的表面加工和腔孔加工，以及零件修整和修复等工艺。
与传统的磨削加工相比，高速强力磨削在加工效率和表面质量上都有明显提高的优势。
在汽车工业上，高速强力磨削技术在轴承、传动零件、气门座等核心零件的加工中应用较广，而且随着汽车行业的快速发展，对零件加工的要求不断提高，高速强力磨削技术将会有更加广泛的应用。
在电子及半导体领域，高速强力磨削主要应用于硬盘盘片和半导体等超精密零件的制造，因其能够实现极高的加工精度和表面质量，而且磨削切进量小、残留应变小，从而提高了零件的使用寿命。
综上所述，在机械加工中，高速强力磨削技术是一种具有广泛应用前景的技术，尤其是难加工材料的加工领域和超精密零件的制造领域。
随着技术的不断发展，高速强力磨削技术在未来有望成为机械加工领域的主流加工方式之一。
高速强力磨削在机械加工中的发展与应用
高速强力磨削在机械加工中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一。
提高效率的重要方法，是提高切削，磨削速度及增大进给量。
目前高速磨削已广泛应用于生产，普遍认为50－80m/s的高速磨削是经济可行的。
最高磨削速度已达到120m/s，试验室的速度已达到210－250m/s。
现在有的工件的实际磨削速度可以提高到300m/s。
目前正朝着高速度磨削、强力磨削，高速强力磨削力一向发展。
1高速磨削高速磨削是指砂轮线速度在45米/秒以上的磨削力一法。
高速磨削是提高磨削效率的重要途经之一。
1.1高速磨削的特点(1)它与普通磨削相比，可以提高生效率1-3倍；(2)由于磨削速度的提高，工件表面在磨粒犁耕后所形成的隆起高度减小，因而使磨削的表面粗糙度减小；(3)砂轮的寿命提高1倍左右；(4)磨髁ο陆?0%左右，加工的精度相应也提高。
1.2高速磨削必须采取的措施(1)使用高速砂轮；(2)使用高速磨床；(3)采用自动上料、自动检测装置以减小辅助时间。
1.3高速磨削的发展与应用近年来，国内外高速磨床品种已有外圆磨床、曲轴磨床、凸轮磨床，轴承磨床、平面磨床，内圆磨床等。
工业发达的国家在推广采用45-60m/s的高速磨削，80－150m/s的高速磨削已在一些国家开始应用。
我国已生产磨削速度为50－80m/s的外圆磨床、凹轮磨床和轴承磨床等。
目前国外高速磨削采用较多的是轴承行业磨削轴承环内外沟，在发动机行业高速磨削也得到广泛应用，如，美国AIM公司磨削V8发动机曲轴连杆颈用高速磨削，英国的Newall公司高速磨削锻钢4拐汽车曲轴。
不少国家磨削曲轴还采用多砂轮高速磨削(用三、四个，甚至七、八个砂轮同时磨)，大大提高了磨削效率。
高速磨削对于多数牌号的钢材是适用的，但对磨削时易产生裂纹的材料，如钦合金，耐热合金则不适用。
对于某些材料，如，不锈钢，当砂轮线速度高于45m/s时，磨削效率反而下降。
由于高速磨削对机床、砂轮、冷却和安全技术力一面都有特殊要求，这将增加机床成本。
3 超高速磨削、超精密磨削、超声波磨削
磨粒与工件的接触过程：弹性区-塑性区-切削区-塑 性区-弹性区
微切削、塑性流动、弹性破坏、滑擦作用顺序出现
3.4.2 超精密磨削机理
超精密磨削机理：
1、微刃的微切削作用；
2、微刃的等高切削作用；
3、微刃的滑擦、挤压、抛光作用；
4、弹性变形作用
3.4.3 超精密磨削工艺
结构和制造：要求：抗冲击强度高，耐热性好， 微破碎性好，杂质含量低；
磨料：Al2O3，SiC，CBN和金刚石； 结合剂：树脂，陶瓷，金属；
速度：树脂，陶瓷+ Al2O3，SiC，CBN 125m/s； 极硬的CBN和金刚石 150m/s；单层电镀CBN 250m/s；
基体：铝基体，碳纤维塑料(CFRP)，CFRP+M 复合基体；
高效深磨：1979，P.G.Wemer，结合缓进给磨削，提出高效深
磨的概念；1983，居林自动化公司制造了第一台高效深磨快进 磨床， Vs=100-180m/s，高压油冷却，实现以磨代铣，一次成 形；1984，AES奖，1988，发表文章，标志新纪元开始；
§3.2.2 超高速磨削的相关技术
超高速磨削的砂轮：
陶瓷结合剂、树脂结合剂金刚石砂轮:磨削速度可选高 些，金属结合剂金刚石砂轮:磨削速度可选低些。
而立方氮化硼砂轮的磨削速度可达80～100m/s，主要 是因为立方氮化硼磨料的热稳定性好。
3.4.3 超精密磨削工艺——
磨削速度和磨削液
超硬磨料砂轮磨削时，磨削液的使用与否对砂轮的 寿命影响很大，如树脂结合剂超硬磨料砂轮湿磨可比
3.3 缓进给磨削
高速磨削工艺特点及其发展现状
（1）高速主轴 ①高速主轴须有连续自动动平衡系统 属于自动控制技术，利用反馈调节模式，采用测量元件和控制元件进 行动平衡 ②保证主轴在高速状态下有足够的转矩用于切削 无功功率与转速和砂轮直径有关，在高速磨削状态下可通过选用直径 小的砂轮
（2）高速磨削砂轮
①砂轮基体（满足通用化，降低连接处应力，满足磨削时的强度和刚度 要求）
②锋利（也就是说，磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切屑，一 般采用电镀结合砂轮）
③结合剂必须具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损。（电镀结合砂轮， 多孔陶瓷结合剂砂轮）
10
高速磨削砂轮
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（3）冷却润滑系统
2
3
Ⅱ工艺特点
一、磨削机理
①在高速超高速磨削加工过程中，在保持其它参数不变的条件下，随着 砂轮速度的大幅度提高，单位时间内磨削区的磨粒数增加，每个磨粒 切下的磨屑厚度变小，导致每个磨粒承受的磨削力大大变小，总磨削 力也大大降低。
②超高速磨削时，由于磨削速度很高，单个磨屑的形成时间极短。在极 短的时间内完成的磨屑的高应变率(可近似认为等于磨削速度) 形成过 程与普通磨削有很大的差别，表现为工件表面的弹性变形层变浅，磨 削沟痕两侧因塑性流动而形成的隆起高度变小，磨屑形成过程中的耕 犁和滑擦距离变小，工件表面层硬化及残余应力倾向减小。
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结构形状优化后的高速砂轮
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（4）优化冷却润滑系统 冷却润滑系统在高速磨削中有着极为重要的作用。除了要 注意冷却润滑液本身的化学构成外，其供给系统也十分重 要。因此，在研制高速磨床时，必须配置高压的冷却润滑 供给系统。
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4 高速磨削的技术
（1）高效深切磨削 HEDP (High Efficiency and Deep Grinding)
高效深磨技术是近几年发展起来的一种集砂轮高速度(100-250m/s)、高进 给速度(0.5-10 m/min)和大切深(0.1-30 mm)为一体的高效率磨削技术。
由德国Bremen大学Werner教授于1980年创立。他不仅在理论上确认了高 效深磨区的存在，而且还在试验研究的基础上，提出了可以将缓进给磨 削弧区传热机理扩展至高速、超高速磨削领域，只是需要选择适当的磨 削条件。
电镀、钎焊
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3 高速磨削的发展
（3）高性能磨床的开发
a 超高速磨床主轴及其轴承技术 高速电主轴：高转速、高精度、响应快、重量轻
陶瓷滚子轴承 磁悬浮轴承 空气静压轴承
特点
重量轻、热膨胀系数小、 加工难，成本高，对拉伸 硬度高、耐高温、耐腐蚀、 应力和缺口应力较敏感 寿命高
转速可达200m/s
刚度与负荷容量低，尺寸 大，价格昂贵
高效深磨可直观地看成是缓进给磨削和超高速磨削的结合。与普通磨削 不同的是高效深磨可以通过一个磨削行程，完成过去由车、铣、磨等多 个工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率 (磨除率比普通磨削高10~1000倍)，表面质量也可达到普通磨削水平。
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4 高速磨削的应用技术
（1）高效深切磨削 HEDP (High Efficiency and Deep Grinding)
HEDG使用比缓进给磨削得多的进给速度，生产效率大幅度提高。 由于具有缓磨和高速磨削的综合工艺优势，新开发的 HEDG 工艺在 进行 45 钢、GCr15 轴承钢之类易加工材料零件的大切深重负荷磨 削 加 工 时 ， 单 位 砂 轮 宽 度 上 材 料 去 除 率 Zw 能 够 高 达 50 ～ 2000mm3/mm·s。
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高速磨削的发展及其相关应用技术
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内容提纲
31 高速磨削的概念 2 高速磨削的优势 3 高速磨削的发展 4 高速磨削的技术
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1 高速磨削的概念
高速磨削的概念
高速加工 (High-speed Machining)和超高速加工(Super-High speed Machining)的概念源于德国著名学者Salomon，他于1931年预言了材料的 切削加工在高速、超高速领域有可能会变得更加轻松和容易。
高速磨削的优点：
① 磨削力小 ② 可以大幅度提高磨削效率 ③ 砂轮磨损小，使用寿命长 ④ 能获得更低粗糙度的磨削表面 ⑤ 减少磨削表面的热损伤，具有好的表面完整性
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理方面
在越过产生磨削热损伤的区域后，增大磨削用量，能 有效遏制热损伤。这就开拓出一个广阔的高速磨削参数领域, 为实现超高速的磨削提供了理论基础。但在机理深入和磨削 工艺方面，针对不同的工程材料所开展的研究，还很不全面， 尚未形成完整的理论体系，还需进行广泛的研究，找出内在 规律。
后来又进一步在CBN 砂轮基础上开发出200-300m/s 的超高速深磨磨床，见表1.
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4 高速磨削的应用技术
（1）高效深切磨削 HEDP (High Efficiency and Deep Grinding)
高效深切磨削工艺因此也被视为了代表目前磨削加工技术发展 的最高水平。
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4 高速磨削的应用技术
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
单颗金刚石磨粒高速磨削GH4169成屑去除机理研究试验
试验装置和磨削轨迹示意图
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
试验中砂轮转速20-165m/s,最大 切厚保持在8μm，倾角θ为4゜ P为磨粒每旋转一周时，在工件 上行走的螺旋间距。即：
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3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
基体选材： CFRP的应力和全变形水平均比铝和钢的低。尤其在400m/s的速度时， CFRP的应力值只有192.5MPa，近似于钢基体的19%。
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3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
基体材料动态特性对比：
回转精度高，没有振动， 主要用于高速、轻载和超 摩擦阻力小，经久耐用， 精密的场合
液体动静压轴承 无负载时动力损失太大 主要用于低速重载主轴
南京航空航天大学机电学院
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3 高速磨削的发展
（3）高性能磨床的开发
b 磨床支撑构件，床身和立柱 砂轮架、头架、尾架、工作台等，有更加良好的静刚度、动刚度和
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1 高速磨削的概念
（2）高速磨削的机理特点
hcu
k
1 C
w s
ap daq
提高磨削速度
单颗磨粒切厚变薄 磨粒切入工件干涉切入角小 参与切削磨粒增多 单颗磨粒磨削力变小
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切屑形成时间短，工件表 面塑性变形层变浅
应变率响应温度滞后，致 使工件磨削温度降低
34
4 高速磨削的应用技术
13
2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
左图显示了磨屑的形态，可以看出一面 比较光滑；一面褶皱明显。高速磨削条 件 下 ， 这 主 要 是 由 于 工 件 GH4169 高 应 变 率和低热导率引起的近似绝缘剪切，进 而导致形成碎片切屑。
依据切削原理，得出速度对单颗磨粒切 削GH4169剪切频率的影响规律。速度与 剪切频率近似成线性增加，因而成屑过 程中 绝缘切削变得容易，切屑碎片面积 变小。
切削区域
耕犁区域 划擦区域
砂轮转速为100m/s时的工件表面形态
砂轮转速为165m/s时的工件表面形态
上 式 中 O’B 为 x ， 那 么 成 屑临界切厚可以由上得出。
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
从图可以看出，砂轮转速100m/s是个拐点，表明材料去除机理在此时发生了转 变。当速度低于100m/s时，随速度增加，材料应变率比温度增加的快，所以致 使塑性降低，材料成屑较容易，而当速度高与100m/s时，材料热软化效应在成 屑中起到了主导作用。
P dv f / vs
其中Vf为工件进给速度，Vs为砂 轮旋转速度。显而易见，磨粒在 向X轴行进过程中，切屑厚度逐 渐增大。
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
砂轮转速为20m/s时的工件表面形态
2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
切屑 切削区域 耕犁和切削交界 划擦区域
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3 高速磨削的发展
（3）高性能磨床的开发
e 砂轮、工件安装定位及安全防护技术 砂轮架，自动上下料系统 防弹玻璃门、连锁装置、泄压装置等
f 磨削状态监测及数控技术 砂轮和修整轮的对刀精度，在线测量等 声发射技术，幅值、频谱等变化
g 砂轮在线修整技术 激光修整、电解修整等
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3 高速磨削的发展
3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
基体材料热应力对比（Φ240 mm × 15 mm × Φ40 mm）：
CFRP由于较低的热传导率，热由边缘传到中心需要较长时间。也因此其热应力和径向 变形较低。
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3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
左图为示意图，定义隆起区域面积与沟槽总面积之比为隆起比。 当速度低于60m/s时，隆起比迅速下降，该阶段主要受材料加工 硬化影响。随后，隆起比随速度增加是由单颗磨粒磨削温度上升 较快而导致的材料热软化效应引起。
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2 高速磨削的发展
（1）高速磨削的机理探索案例
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3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
CFRP磨粒节块：
(b) 节块厚度 应力和形变随节块厚度增大均出现明显增加。而单个节块厚度的增大会导致CBN磨粒节 块重量增加，进而致使砂轮总形变出现增大现象。考虑到砂轮总形变对高速磨削现场安 全和工件质量影响重大，因此一般其越小越好。故选择节块厚度为5mm。
（2）超高速外圆磨削
提高砂轮速度有助于减少磨削表面粗糙度，可实现高效率超 高速精密磨削。
超高速外圆磨削是使用150-200m/s及以上的砂轮周速和CBN 砂轮，配以高性能CNC系统和高精度微进给机构，对主轴、曲轴 等零件外圆回转表面进行超高速精密磨削加工的方法。
它既能够保证高的加工精度，又可获得高的加工效率。
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
高速磨削下的传统钢基体缺陷： 质量重、安装不方便、影响主轴寿命、高速下易变形、振动等 用CFRP制作砂轮基体优点： 密度低、强度高、易设计、易成形。
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3 高速磨削的发展
（4）CFRP碳纤维增强复合材料高速砂轮结构设计案例
基体截面设计模型：简单环形、锥形和曲线形
2 高速磨削的优势
(a) 增加磨削速度，单颗磨粒切厚减少。砂轮磨损降低，粗糙 度和磨削力也就小了。（High Quality Grinding） (b) 通过优化用量参数，使磨削厚度保持不变，那么增加磨削 速度，磨削效率将会大幅提高。（High Performance Grinding）