超高速磨床的發(fā)展與展望

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)成為各國先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。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(guān)鍵詞：磨削 磨床 超高速

中圖分類號：TG582文獻(xiàn)標(biāo)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(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(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第一臺圓周速度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年開始，湖南大學(xué)開始針對一臺250m/s超高速磨床主軸系統(tǒng)進(jìn)行高速超高速研究，并在國內(nèi)首次進(jìn)行了磁浮軸承設(shè)計(jì)，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(shè)備采用直徑為500mm砂輪，線速度達(dá)到150m/s，通過集成超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新開發(fā)超高速砂輪恒壓預(yù)緊補(bǔ)償技術(shù)、高阻尼無腔鑄石床身設(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題。2010年中國國際工業(yè)博覽會上，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，在第十二屆中國國際機(jī)床展覽會，杰克機(jī)床推出了JKM8320超高速CBN隨動數(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

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(diǎn)，但其制程成本高，對拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)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(hù)成本低，但成本高，控制系統(tǒng)復(fù)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(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，振動小，維護(hù)成本低。但是其對工作環(huán)境要求高。

3.4 進(jìn)給驅(qū)動系統(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?，F(xiàn)主要采用直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動，與傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動相比，它具有進(jìn)給速度快、無間隙、慣性小、剛度大、速度范圍寬、重復(fù)精度高和無磨損等顯著特點(diǎn)。目前，用直線伺服電機(jī)驅(qū)動進(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，砂輪動平衡技術(shù)、磨削過程的檢測控制技術(shù)、冷卻潤滑技術(shù)、新型磨床床身等也是超高速磨床研發(fā)的重點(diǎn)，它們的提高對超高速磨床的發(fā)展起到了巨大的推動作用[6]。

4 結(jié)語

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，對提高我國機(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.國內(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.面向21世紀(jì)的超高速磨削技術(shù)[J].金屬加工.2010，13：1-4.