1 磨削技術(shù)發(fā)展概述

　　一般來講艰膀，按砂輪線速度Vs的高低將磨削分為普通磨削(Vs<45m/s)玉罐、高速磨削(45≤Vs<150m/s)姐直、超高速磨削(Vs≥150m/s)蒿褂。按磨削精度將磨削分為普通磨削圆米、精密磨削(加工精度1μm～0.1μm、表面粗糙度Ra0.2μm～0.1μm)啄栓、超精密磨削(加工精度<0.1μm娄帖，表面粗糙度Ra≤0.025μm)。按磨削效率將磨削分為普通磨削卜判、高效磨削仔省。高效磨削包括高速磨削、超高速磨削众攻、緩進給磨削红集、高效深切磨削(HEDG)、砂帶磨削条稍、快速短行程磨削判懒、高速重負荷磨削。

　　高速高效磨削悟惰、超高速磨削在歐洲刀雳、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快，如德國的Aachen大學(xué)估曾、Bremm大學(xué)粪世、美國的Connecticut大學(xué)等，有的在實驗室完成了Vs為250m/s黔章、350m/s胁塞、400m/s的實驗。據(jù)報道堂湖，德國Aachen大學(xué)正在進行目標(biāo)為500m/s的磨削實驗研究闲先。在實用磨削方面，日本已有Vs=200m/s的磨床在工業(yè)中應(yīng)用无蜂。

　　我國對高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，如湖南大學(xué)在70年代末期便進行了80m/s蒙谓、120m/s的磨削工藝實驗斥季；前幾年，某大學(xué)也計劃開展250m/s的磨削研究(但至今尚未見到這方面的報道)累驮，所以說有些高速磨削技術(shù)還只是實驗而已酣倾，尚未走出實驗室，技術(shù)還遠沒有成熟谤专，特別是超高速磨削的研究還開展得很少躁锡。在實際應(yīng)用中午绳，砂輪線速度Vs一般還是45～60m/s。

　　國內(nèi)外都采用超精密磨削映之、精密修整拦焚、微細磨料磨具進行亞微米級以下切深磨削的研究，以獲得亞微米級的尺寸精度颜要。微細磨料磨削荣吻，用于超精密鏡面磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均直徑可小至4μm。日本用激光在研磨過的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致的微小切刃量奸，對硬脆材料進行精密磨削加工押辽，效果很好。超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要用于磨削難加工材料澄璃，精度可達0.025μm饵忙。日本開發(fā)了電解在線修整(ELID)超精密鏡面磨削技術(shù)，使得用超細微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能圣翅，可實現(xiàn)硬脆材料的高精度岖疲、高效率的超精密磨削。作平面研磨運動的雙端面精密磨削技術(shù)壶碴，其加工精度情召、切除率都比研磨高得多，且可獲得很高的平面度撼予。電泳磨削技術(shù)也是一種新的超精密及納米磨削技術(shù)钥屈。

　　隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機床中也占有相當(dāng)大的比例坝辫。據(jù)1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明篷就，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占23%近忙，鉆削占22%竭业，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%及舍，車床占23%未辆，銑床占22%，鉆床占14%锯玛。我國從1949～1998年咐柜，開發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有1800多種，專用磨床有幾百種攘残，磨床的擁有量占金屬切削機床總擁有量的13%左右拙友。可見，磨削技術(shù)及磨床在機械制造業(yè)中占有極其重要的位置遗契。

　　為什么磨削技術(shù)會不斷地發(fā)展臭膊？主要原因如下：

　　加工精度高 由于磨削具有其它加工方法無法比擬的特點，如砂輪上參與切削的磨粒多膊编，切削刃多且?guī)缀涡螤畈煌父常粌H在較小的局部產(chǎn)生加工應(yīng)力；磨具對斷續(xù)切削侣娄、工件硬度的變化不很敏感山乐；砂輪可實現(xiàn)在線修銳等，因而可使加工件獲得很高的加工精度苇硫。

　　加工效率高 如緩進給深磨插凳，一次磨削深度可達到0～25mm，如將砂輪修整成所需形狀境薪，一次便可磨出所需的工件形狀姥胳。而當(dāng)Vs進一步提高后，其加工效率則更高好啸。

　　工程材料不斷發(fā)展 許多材料(如陶瓷材料贵健、玻璃材料等)在工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴大，有些材料只能采用磨削加工渊季，需要有新的磨削技術(shù)及磨削工藝與之相適應(yīng)朋蔫。

　　新的磨料磨具 如人造金剛石砂輪、CBN砂輪的出現(xiàn)却汉，擴大了磨削加工的應(yīng)用范圍驯妄。

　　相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 如砂輪制造技術(shù)、控制技術(shù)合砂、運動部件的驅(qū)動技術(shù)青扔、支撐技術(shù)等，促進了磨削技術(shù)及磨削裝備的發(fā)展翩伪。

　　總之微猖，磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用缘屹。目前凛剥，磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢是，發(fā)展超硬磨料磨具轻姿，研究精密及超精密磨削当悔、高速高效磨削機理并開發(fā)其新的磨削工藝技術(shù)，研制高精度刺勇、高剛性的自動化磨床。

　　2 磨削的關(guān)鍵技術(shù)研究

　　就磨削而言，特別就高速高效磨削觅氢、精密及超精密磨削而言宝辛，其涉及的內(nèi)容廣泛，不僅包括磨削本身的技術(shù)虐恋，也集中了其它相關(guān)的技術(shù)枕泽。關(guān)鍵技術(shù)介紹如下：

　　2.1 磨削機理及磨削工藝的研究

　　通過對磨削機理和磨削工藝的研究，揭示各種磨削過程馒符、磨削現(xiàn)象的本質(zhì)掰站，找出其變化規(guī)律，例如淘砌，磨削力涧谓、磨削功率、磨削熱及磨削溫度的分布厦浦、切屑的形成過程瑟捺、磨削燒傷、磨削表面完整性等的影響因素和條件棺榔；不同工件材料(特別是難加工材料和特殊功能材料)和磨削條件的最佳磨削參數(shù)瓶堕；磨具的磨損，新型磨具材料的磨削性能等症歇，只有通過磨削機理和磨削工藝的研究郎笆，才能確定最佳的磨削范圍，獲取最佳的磨削參數(shù)忘晤。

　　對普通磨削而言宛蚓，在磨削機理和磨削工藝方面已開展了廣泛而深入的研究。在精密及超精密磨削德频、高速高效磨削的磨削機理和磨削工藝方面苍息，針對不同的工程材料(如陶瓷和玻璃)國內(nèi)外開展了一些研究，但還很不全面壹置，尚未形成完整的理論體系竞思，還需進行廣泛的研究，找出其內(nèi)在的規(guī)律钞护「桥纾可見，需要進一步研究的重點有揩臊，①磨削過程嚎脖、磨削現(xiàn)象(如磨削力、磨削溫度落余、磨削燒傷及裂紋等)的研究勤鼓；②磨削工藝參數(shù)優(yōu)化的研究榕吨；③不同材料(常用材料)的磨削機理的研究；④磨削過程的計算機模擬與仿真的研究涎舔。

　　2.2 高速甲盘、高精度主軸單元制造技術(shù)

　　主軸單元包括主軸動力源、主軸哮互、軸承和機架幾個部分臣镜，它影響著加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍题晌，其動力學(xué)性能及穩(wěn)定性對高速高效磨削洁馒、精密超精密磨削起著關(guān)鍵的作用。

　　提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速儡皮，特別是在砂輪直徑受到限制的場合(如內(nèi)圓磨削)柱锹。因而，適應(yīng)于高精度丛晦、高速及超高速磨床的主軸單元是磨床的關(guān)鍵部件奕纫。而對于高速高精度主軸單元系統(tǒng)，應(yīng)該是剛性好烫沙，回轉(zhuǎn)精度高匹层，運轉(zhuǎn)時溫升小、穩(wěn)定性好锌蓄、可靠升筏，功耗低，壽命長瘸爽，同時您访，成本也應(yīng)適中。要滿足這些要求剪决，主軸的制造及動平衡灵汪，主軸的支撐(軸承)，主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻柑潦，系統(tǒng)的剛性等是很重要的污桦。

　　國外主軸單元技術(shù)的發(fā)展很快缤谎，有些公司專門提供各種功能的主軸單元部件鹤梯，這種主軸單元部件可以方便地配置到加工中心赃勺、超高速切削機床上。近年來高速和超高速磨床越來越多地用電主軸作為其主軸單元部件霎挚，如美國福特公司和英格索爾(Ingersoll)公司推出的加工中心缸舱，其主軸單元就是用的電主軸，其功率為65kW骗早，最高轉(zhuǎn)速達15,000r/min把意，電機的響應(yīng)時間很短府塘；在EMO'97上，電主軸是機床制造技術(shù)中最熱門的功能部件盲外，參展商達36家继躁；美國Landis公司的超高速曲軸、凸輪軸磨床的砂輪主軸棺蛾，也都用電主軸。

　　目前盒苛，國內(nèi)主軸單元的速度大約在10,000r/min以下怜俐，且其精度、剛性及穩(wěn)定性有待于考驗和提高邓尤。同時拍鲤，缺乏高速、高精度汞扎、大功率的主軸單元(電主軸)季稳。需要進一步研究的重點如下：①大功率、高轉(zhuǎn)速和高精度的驅(qū)動系統(tǒng)的研究與開發(fā)澈魄；②高剛性景鼠、高精度、高轉(zhuǎn)速重負荷的軸承或支承件的研究與開發(fā)痹扇；③高速铛漓、高剛性、高精度的砂輪主軸和工件頭架主軸的制造技術(shù)鲫构。

　　2.3 精密浓恶、高速進給單元制造技術(shù)

　　進給單元包括伺服驅(qū)動部件、滾動單元结笨、位置監(jiān)測單元等沙涎。進給單元是使砂輪保持正常工作的必要條件，也是評價高速蹦虏、高效及超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一疼磺，因此，要求進給單元運轉(zhuǎn)靈活招惜，分辨率高峰适，定位精度高，沒有爬行棚泛，有較大的移動范圍(既要適合空行程時的快進給靶姻，又要適應(yīng)加工時的小進給或者微進給)，既要有較大的加速度牢米，又要有足夠大的推力怀拨，剛性高逃窜，動態(tài)響應(yīng)快，定位精度好妒槐。

　　數(shù)控機床普遍采用旋轉(zhuǎn)電機(交直流伺服電機)與滾動絲杠組合的軸向進給方案止骨。但隨著高速高精度加工的發(fā)展，國內(nèi)外都普遍采用了直線伺服電機直接驅(qū)動技術(shù)吮铭，高動態(tài)性能的直線電機結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)时迫，可達到較高的調(diào)整質(zhì)量，也可滿足上述要求谓晌，如德國西門子公司就在CIMT'97作了直線電機120m/min高速進給的表演掠拳，而該公司的直線電機最大進給速度可達200m/min，其最大推力可達6600N纸肉，最大位移距離為504mm溺欧。又如日本三井精機公司生產(chǎn)的高速工具磨床，主軸上下移動(行程25mm)采用直線電機后柏肪，可達400次/min姐刁，是原來的2倍，加工效率提高3～4倍烦味。我國國產(chǎn)數(shù)控進給系統(tǒng)(特別是高速聂使、高精度進給系統(tǒng))與國外相比還有很大的差距，其快速進給的速度一般為24m/min拐叉⊙乙牛可見，為了適應(yīng)精密厨棒、高速及超高速磨床的發(fā)展棠吨，在以下幾個方面應(yīng)重點研究：①高速精密交流伺服系統(tǒng)及電機的研究；②直線伺服電機的設(shè)計與應(yīng)用的研究盟拨；③高速精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程滾珠絲杠副的研究逻盅；④高精度導(dǎo)軌、新型導(dǎo)軌摩擦副的研究琢账；⑤能適應(yīng)超精密磨削的高靈敏度阻羞、超微進給機構(gòu)和超低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌副的研究。

　　2.4 砂輪制造及其新技術(shù)

　　隨著工程材料的發(fā)展及其應(yīng)用蟆蔫，CBN砂輪和人造金剛石砂輪的應(yīng)用越來越廣泛忘拧，而砂輪的許用線速度也要求較高，一般在80m/s以上凿芦。單層電鍍CBN砂輪的線速度可達250m/s溃擒，發(fā)展超高速磨削也需要150m/s以上的砂輪，但國內(nèi)80～120m/s的CBN砂輪仍在研制之中铝框。

　　此外叮洋，砂輪的設(shè)計磁携，其截面形狀的優(yōu)化、粘結(jié)劑的結(jié)合強度及其適用性良风、砂輪基體的材料谊迄、砂輪的制造技術(shù)(特別是對微細磨料磨具的制造技術(shù))等都是非常重要的，仍需對一些關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)：①砂輪基體材料及制造技術(shù)的開發(fā)烟央、設(shè)計及其優(yōu)化统诺；②砂輪新型粘結(jié)劑(特別是適用于制造微細磨料磨具的粘結(jié)劑)的研究；③新型磨料的制備工藝吊档，如可使磨料容易產(chǎn)生新的切削刃篙议；④新型砂輪的制造工藝，既要使砂輪具有足夠的容屑空間怠硼，也要有更好的凸出性；⑤適合于超精密磨削的超微粉砂輪的制備技術(shù)移怯。

　　2.5 機床支承技術(shù)及輔助單元技術(shù)

　　機床支承技術(shù)主要是指機床的支承構(gòu)件的設(shè)計及制造技術(shù)香璃。輔助單元技術(shù)包括快速工件裝夾技術(shù)，高效冷卻潤滑液過濾系統(tǒng)舟误、機床安全裝置葡秒、切屑處理及工件清潔技術(shù)、主軸及砂輪的動平衡技術(shù)等沃羽。

　　磨床支承構(gòu)件是砂輪架捺膳、頭架、尾架鉴膝、工作臺等部件的支撐基礎(chǔ)件诵两。要求它有良好的靜剛度、動剛度及熱剛度李晾。對于一些精密渔茉、超高速磨床，國內(nèi)外都有采用聚合物混凝土(人造花崗巖)來制造床身和立柱的恕且，也有的將立柱和底座采用鑄鐵整體鑄造而成牡违，還有采用鋼板焊接件，并將阻尼材料填充其內(nèi)腔以提高其抗震性吩欣，這些都收到了很好的效果蛛最。

　　應(yīng)在以下幾個方面(特別是下一代磨床的設(shè)計)加強研究：①新型材料及結(jié)構(gòu)的支承構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計及制造技術(shù)的研究；②砂輪動平衡技術(shù)的研究恋瞳；③磨削液過濾系統(tǒng)的研究磨镶；④安全防護裝置的設(shè)計制造技術(shù)的研究；⑤精密自動跟刀架及支承件的研究樱衷。

　　2.6 砂輪在線修整技術(shù)

　　在磨削過程中棋嘲，砂輪由于磨鈍和磨損酒唉，需要進行及時修整，特別是對超細磨料砂輪而言沸移，更需頻繁修整痪伦。普通砂輪修整比較容易；人造金剛石砂輪和CBN砂輪的修整(特別是在線修整)是個難題雹锣。

　　超硬磨料砂輪的修圓及磨料開刃是兩個很重要的問題网沾。目前，國內(nèi)一些學(xué)者正在研究激光修整砂輪和電解修整砂輪蕊爵，以期解決高效實用的修整問題辉哥。重要的關(guān)鍵問題有二：①新的、高效實用的砂輪修整技術(shù)及其裝置攒射；②砂輪在線修整技術(shù)醋旦。

　　2.7 環(huán)境友好的相關(guān)磨削技術(shù)

　　磨削過程中，冷卻液的作用主要是冷卻和潤滑会放、將磨削熱從工件表面帶走俗耗、沖刷掉磨削時留在工件和砂輪表面上的切屑。但是匈惑，鑒于冷卻液對環(huán)境污染的負面影響缝聋，磨削時應(yīng)盡可能少用冷卻液或不用冷卻液，因此庇鸭，應(yīng)開展對下列關(guān)鍵技術(shù)的研究：①對環(huán)境不產(chǎn)生污染的冷卻劑废徙；②新的冷卻方法及冷卻裝置。

　　2.8 磨削過程的檢測控制技術(shù)

　　磨削過程的檢測與控制狂嘉，主要是通過傳感器爵孔、分析及信號處理，對磨削過程進行實時監(jiān)控程蠕，例如對砂輪的磨損及破損情況進行監(jiān)測和控制第讯，對工件的尺寸、形狀與位置精度和加工表面質(zhì)量進行監(jiān)控辣铡。這需要研究新的實用的傳感器褒碌、檢測與監(jiān)控方法。

　　有些學(xué)者提出酣衷，將新型非接觸式傳感器(聲發(fā)射傳感器)安裝在砂輪的基體上交惯，通過信號接收器接收信號并對其進行分析處理，以控制砂輪所受的力穿仪，從而監(jiān)控砂輪的磨損狀況席爽。但尚未見到更詳細的實驗報道。

　　國內(nèi)也開發(fā)了一些非接觸式測量傳感器及磨削過程的在線監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)等只锻，但與國外差距很大玖像。國內(nèi)應(yīng)以實用化為目標(biāo)，進行相關(guān)測試技術(shù)的研究齐饮，研究精度高捐寥、可靠性好、實用性強的測試技術(shù)與設(shè)備祖驱。同時握恳，加強對砂輪磨損及破損、砂輪修整狀態(tài)捺僻，工件的加工精度乡洼、加工表面質(zhì)量等在線監(jiān)控技術(shù)進行研究，開展自適應(yīng)控制及智能控制的研究嚼讹。

　　其關(guān)鍵技術(shù)有①砂輪的磨損及破損的監(jiān)控技術(shù)扛焊；②工件的尺寸精度、形狀精度脊腺、位置精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)岗师；③精度高、可靠性好苔盆、實用性強的測試技術(shù)與儀器。

　　2.9 磨削過程的仿真與虛擬

　　隨著計算機技術(shù)及模擬技術(shù)的發(fā)展欲灾，利用計算機進行磨削基本參數(shù)及磨削工藝的仿真是一個重要的研究課題茵窃。利用計算機仿真，可以模擬磨削過程勉徘，并能分析和預(yù)測不同條件下磨削效果和磨床的性能漏北，但仿真必須建立在有充分實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。目前能使用砂輪地貌模型對砂輪進行仿真羊湃，能對磨屑形成過程舵牛、能量轉(zhuǎn)換、磨削力變化然走、磨削區(qū)溫度援制、磨削精度和磨削表面質(zhì)量進行仿真，還開發(fā)了分析和仿真磨削過程的軟件工具芍瑞。

　　虛擬磨床是虛擬制造技術(shù)中的一個新的研究領(lǐng)域晨仑，可以建立一個逼真的虛擬磨削環(huán)境。

　　總之拆檬，我們的研究一方面要跟蹤國際科學(xué)研究的前沿洪己，更要有創(chuàng)新，要符合自己的國情竟贯，所研究的成果要能夠應(yīng)用于生產(chǎn)答捕，以推動我國機械工業(yè)的進步逝钥。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享拱镐，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責(zé)艘款，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布痢站、編輯整理上傳磷箕，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責(zé)悯女。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻侍肯、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題犀震，請第一時間告知身犯，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益禀坝！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn动娄。