3 超高速磨削、超精密磨削、超声波磨削

GMN公司主轴单元，100000rpm;

液体动静压混合轴承
进给系统
要求有很高的进给速度和运动加速度，有些机床
进给速度可达60-200m/min，加速度可达10-
100m/s2，定位精度达0.5-0.05 μm。
磨削液的选择与使用

磨削液：油基磨削液润滑作用好，可防止CBN磨 耗，抑制CBN水解，提高砂轮耐用度，降低磨削 功率，提高表面完整性；必须有油气分离装置； 发展趋势是添加极压添加剂的水基磨削液：替代

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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
磨削液
砂轮修整
ELID砂轮修整技术
电火花砂轮修整技术


杯形砂轮修整技术
电解-机械复合整形技术
3.2.4 高速磨削的应用


高效深磨
美国：Edgetek Machine公司： 全美首家生产高效深磨机床，单层CBN 砂轮，加工淬硬锯齿，Vs=203m/s；磨削Iconel718（镍基合金）， Vs=160m/s,金属去除率达75mm3 /(mm.s) ，砂轮不需修整，使用寿命 长，Ra1-2μm，尺寸公差13μm。
超高速主轴和轴承

陶瓷轴承：日本东北大学研制CNC超高速平
面磨床使用陶瓷轴承，转速达30000rpm;

气浮轴承：日本东芝：ASV40加工中心，
30000rpm;

磁力轴承：功耗小，维护成本低，不需复杂密封，
但成本太高，控制复杂，日本Koyoseikok公司、
德国Kapp公司；

磁悬浮轴承：德国Kapp公司砂轮主轴,60000rpm，


高速高精密磨削
三菱重工：CA32-U50A CNC超高速磨床， Vs=200m/s；结合高柔性 CNC系统和高精度微进给机构对阶梯轴、曲轴、凸轮轴等外回转面进行 磨削；


难加工材料高速磨削
陶瓷光学玻璃等硬脆材料的高速高效磨削；
3.2.5 高速磨削发展前景


发展高功率高速主轴
研制新型砂轮，提高磨削速度

美国:金属单层砂轮(MSL):CBN+铜焊+金属基体，磨粒突出比
大，容屑空间大，结合剂抗拉强度高，磨削力低，提高了磨 削效率极限，制造成本极高；

砂轮结构优化：根据机床性能、使用要求、加 工对象进行设计优化

我国：至今没有专用砂轮，研究处于起步阶段；
超高速磨削的砂轮
砂轮修整： 一般不需修整，特殊：粗磨粒、低浓度电镀杯形修整
微粉磨料进行砂轮磨削、砂带磨削，以及研磨、
珩磨和抛光等进行超精密加工的总称，是加工精
度达到或高于0.1µm、表面粗糙度值在Ra0.0020.02µm的一种亚微米级加工方法，并正向纳米
级发展，是当前超精密加工的重要研究之一。
3.4.2 超精密磨削机理

磨粒是具有弹性支撑的大负前角切削刃的弹性体

磨粒切削刃的切入深度由零逐渐增加，达到最大值
砂轮结构：内冷却砂轮 喷嘴：锯齿形楔形结构清洗效果好，冷却不理想； 直角喷嘴设计简单，效果好，应用广泛；

供液方法：高压形成油雾，切削磨削工作区分离 封闭，并采用离心和静电方法进行油气分离；

低温磨削：N2，CO2
3.2.3 高速磨削加工工艺

磨削用量选择
3.2.3 高速磨削加工工艺

3.5.4 研磨加工特点 3.5.5 研磨工艺及应用 3.5.6 研磨方法应用实例
3.6 抛光加工拉术
3.6.1 抛光加工的定义
3.6.2 抛光加工的机理 3.6.3 抛光加工的方法——机械抛光、化学抛光、 化学机械抛光、液体抛光、电解抛光和磁流变抛光
3.6.4 抛光加工的特点 3.6.5 抛光加工工艺及应用
3.3 缓进给磨削






应用： 加工效率和铣、拉、车等相同，可取代之； 用来加工陶瓷、复合材料、晶须加强材料、高温合金等； 可加工淬硬材料，粗精加工一次成型； 加工纤维增强材料，避免造成纤维撕裂、表面质量降低等缺点; 加工钛、镁等活性材料； 加工硬脆材料； 加工铸铁、淬硬钢、铁基、镍基、钴基合金； 精细部件加工； 高精度空间曲面、深窄槽加工；
3.4.4 超精密磨削砂轮及其修整
对于铜、铝及其合金等软金属，利用金刚石刀 具进行超精密车削是十分有效；而对于黑色金属、 硬脆材料等，用精密和超精密磨削加工在当前是
最主要的精密加工手段。
精密磨削，超精密磨削的关键在于砂轮的选择、
砂轮的修整、磨削用量和高精度的磨削机床。
超精密磨削磨料磨具

超精密磨削用的磨料磨具
3.4.1 定义 3.4.2 超精密磨削机理
3.4.3 超精密磨削工艺 3.4.4 超精密磨削砂轮及其修整 3.4.5 超精密磨削对机床和环境的要求 3.4.6 影响超精密磨削的主要因素 3.4.7 在线电解修整磨削
3.5 研磨加工技术
3.5.1 定义 3.5.2 研磨加工机理
3.5.3 研磨加工分类
3 超高速磨削、超精密磨削、研磨 、抛光、珩磨、超声波磨削技术
3.2.1 超高速磨削的发展 3.2.2 超高速磨削的相关技术
3.2.3 高速磨削加工工艺
3.2.4 高速磨削的应用 3.2.5 高速磨削发展前景
3.3 缓进给磨削
1、定义： 2、缓进给磨削工艺 3、特点： 4、应用：
3.4 超精密磨削
立方氮化硼磨料，适用于超精密磨削，其特点有：

①磨料本身磨损少，可较长时间地保持锋利，磨具修
整次数少，耐用度和寿命长；

②磨具在尺寸和形状上保持性好，磨削精度高；

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；
油基；

磨削液供液压力：
气流：圆周环流，浸透流，内部流，径向流； 砂轮转速越高，空气层越厚，使磨削液难以进入磨削区； 普通供液方法与干磨无异； 提高压力到几至几十兆帕，使磨削液冲破强力气流进入磨 削区，过高压力会使磨削液发热并易使空气渗入，飞溅雾 化加剧；
磨削液的选择与使用



磨床结构改进
优化冷却润滑系统 磨削速度向超音速迈进
3.3 缓进给磨削
1、定义： 2、缓进给磨削工艺 3、特点： 4、应用：
3.3 缓进给磨削
缓进给磨削

定义：强力磨削、重负荷磨削、蠕动磨削、铣磨等；
显著特点是进给速度低：是普通磨削的10-3-10-2倍，但
是切深能达到20-30mm，是普通磨削的100-1000倍。
又逐渐减小到零

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


用固结磨料的磨具进行超精密磨削可以加工出表面粗糙度为 Ra0.1µm的镜面，通常也称为镜面磨削。其使用的固结磨料 磨具常见的有两种，即细粒度的砂轮、油石和细粒度的砂带。
超硬磨料砂轮
1-磨料层；2-过渡层；3-机体
超硬磨料砂带
1-磨粒；2.3-结合剂；4-粘接膜；5-基底
超精密磨削磨料磨具

在超精密磨削中所使用的砂轮，其材料多为金刚石、
§3.2.2 超高速磨削的相关技术

单层超硬磨料砂轮： 单层高温钎焊超硬磨料砂轮：化学冶金结 合界面从根本上改变磨粒、结合剂、基体 的结合强度；300-500m/s，锋利，容屑空
间大，不易堵塞，磨削力、磨削温度低；
§3.2.2 超高速磨削的相关技术

欧洲：单层电镀CBN砂轮开槽、成形磨削；日本：金属、陶瓷 薄片砂轮；
3.3 缓进给磨削

特点： 接触弧长是普通磨削的10-20倍，去除率高 ，生产率大； 大切深一次进给，砂轮型面保持性好，适于型面和沟槽加工 切深大，磨粒多，易烧伤，应强冷。 粗精加工一次完成，效率高； 难加工材料的一次成型磨削；


表面粗糙度、精度表面质量好；
接触面积大，切削磨粒多，需要机床功率大。

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：

20世纪50年代，德国ELB磨床公司首创缓进给磨削方式： 大切深，小进给；Vs<35m/s，高速度易引起磨削温度 上升，磨削烧伤危险增加；
3.3 缓进给磨削

缓进给磨削工艺 连续修整：边磨削边整形和修锐砂轮； 强化换热：冷却液以一定压力注入切削区；冲 洗砂轮表面切屑；

大气孔砂轮：容屑空间大，接触面积小，磨削 热少，冷却效果好，不易烧伤。

器微米级修整；

金属结合剂砂轮一般用电解修锐； 陶瓷结合剂砂轮修整：日本，丰田工机：GZ50超高速 外圆磨床：金刚石滚轮以25000r/min的转速，以 0.1μm的进给精度进行修整；
超高速主轴和轴承

超高速电主轴技术：
超高速磨削主要采用大功率超高速电主轴； 德国：500m/s，25KW，30000-40000r/min； 日本：研制新型超高速磨头，250000r/min； 大功率高速电主轴优点：惯性扭矩小，振动噪声小，高 速性能好，可缩短加减速时间；
耐腐蚀，弹性模量比钢高; 非磁性等; 寿命提高3-6倍，极限转速提高60%，温升降低35%-60%； 缺点：制造难度大，成本高，对拉伸应力和缺口应力敏感；

3）改进轴承结构：


增加球数；
空心球；


拱形球；
德国FAG公司研制了HS70和HS719系列新型高速 主轴轴承，减少了球直径，增加了球数，提高了 轴承结构的刚性；

技术难点：发热散热，价格成本；
超高速主轴和轴承

超高速轴承技术： 主轴系统核心是高速精密轴承，高速磨床多采 用滚动轴承；

滚动轴承提高极限转速的措施： 1）提高精度；

2）合理选择材料 陶瓷轴承：


优点：重量轻，热膨胀系数小;
硬度高;
耐高温，高温尺寸稳定性好;
3.4 超精密磨削
3.4.1 定义 3.4.2 超精密磨削机理
3.4.3 超精密磨削工艺 3.4.4 超精密磨削砂轮及其修整 3.4.5 超精密磨削对机床和环境的要求 3.4.6 影响超精密磨削的主要因素 3.4.7 在线电解修整磨削
3.4 超精密磨削 3.4.1 定义

定义：超精密磨削加工是指利用细粒度的磨粒或
3.7 超声加工技术
3.7.1珩磨加工技术 珩磨加工原理、特点及其要素 3.7.2 珩磨加工技术——方法及应用 超声波振动珩磨 平顶珩磨 液体珩磨 3.7.3超声磨削加工技术 机理 特点 应用
3.2.1 超高速磨削技术现状与发展
高效深磨

定义：磨削深度很大，磨削速度、进给速度不必很小，达到很 高的磨削效率。
干磨提高砂轮寿命40％左右。 磨削液除了具有润滑、冷却、清洗功能之外，还有
渗透性、防锈、提高切削性功能。
3.4.3 超精密磨削工艺——
磨削速度和磨削液

磨削液的使用应视具体情况合理选择。 金刚石砂轮磨削硬质合金时，普遍采用煤油，而不宜 采用乳化液；

树脂结合剂砂轮不宜使用苏打水。 立方氮化硼砂轮磨削时宜采用油性的磨削液，一般不 用水溶性液，因为在高温状态下，立方氮化硼砂轮与 水会起化学反应（水解作用）
磨削参数：表3-3 使用冷却能力强的冷却液 砂轮速度：CBN砂轮：45-60m/s，金刚石砂轮
：18-30m/s

减小磨削深度:<0.001mm
进给量:0.3m/min或更小
及时修整砂轮
3.4.3 超精密磨削工艺——
磨削速度和磨削液

金刚石砂轮磨削速度为12～30m/s。 因为金刚石的热稳定性仅为700~800℃，磨削温度的上 升将使金刚石砂轮磨损加快。