超高速磨削中的砂轮自动平衡技术
超高速磨削及其砂轮技术发展
超高速磨削及其砂轮技术发展1李长河1，蔡光起21 青岛理工大学机械工程学院，山东青岛（266033）2东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳（110004）E-mail：sy_lichanghe@摘要：高速超高速磨削加工是先进制造方法的重要组成部分，集粗精加工与一身，达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率，而且能实现对难磨材料的高性能加工。
本文主要论述了高速超高速磨削工艺技术的特点；分析了超高速砂轮用电镀或涂层超硬磨料（CBN、金刚石）的特点以及修整方法，介绍了在高速及超高磨床上得到广泛应用的德国Hofmann公司生产的砂轮液体式自动平衡装置。
关键词：超高速磨削，砂轮，关键技术1. 超高速磨削的特点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[1]。
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。
2024年手砂轮作业安全技术(三篇)
2024年手砂轮作业安全技术1目的手砂轮作业时，由于砂轮转速很高，用手握住，稳定性较差，操作和掌握不当，都可能发生伤害事故。
因此我们制定此标准防止手砂轮作业造成的伤害。
2适用范围在公司内涉及手砂轮作业的员工和外来施工人员。
3定义3.1手砂轮：是指手握的电动或气动砂轮机，砂轮片直接装在主轴上。
本基准以电动砂轮机为主来说明。
4手砂轮的使用标准4.1根据砂轮机主轴转数选择相符合的砂轮片。
4.2使用前，必须认真检查各部螺钉有无松动，砂轮片有无裂纹，金属外壳和电源线有无漏电之处，插头插座有无破损，砂轮的安全护罩是否安全可靠。
安装有漏电保护器的电动砂轮还需定期检查漏电保护器的可靠性。
4.3使用时，首先要进行空转试验，无问题时才可使用砂轮机进行磨削加工。
4.4使用手砂轮时要佩戴防护眼镜、耳塞、口罩及绝缘手套等劳动防护用品。
磨削时精神要集中，两手拿稳砂轮机并缓慢接触工件，接触力要适度，不要用力过大，同时，避免砂轮与工件撞击，以防砂轮爆裂伤人。
要用砂轮的正面磨削，禁止使用砂轮侧面，防止砂轮破碎伤人。
危险部位不要让他人站立。
4.5发现电源线缠卷打结时，应切断电源后再耐心解开，不得手提电线或砂轮机强行拉动。
4.6打磨工作时，砂轮离开打磨工件后，一定要关掉开关。
砂轮未停止转动前不得用手触摸其转动部分或用手强制停转。
转动的砂轮不准随意放置，必须待砂轮停稳后，方可放在指定的地方。
暂时不用时，必须切断电源。
4.7发现手砂轮有不正常的声响时，应立即断电停工检查，如属电气问题，应请电工检修。
严禁私自带电修理或作调整。
4.8砂轮机要存放在干燥处，严禁放在水和潮湿处。
4.9每使用期达三个月，应送交电工检查绝缘、线路、开关情况。
未经电气人员检查、登记的，不得使用。
4.10手砂轮的作业，应遵循《手持电动工具的安全基准》的要求。
5记录无6参考2024年手砂轮作业安全技术（二）摘要：随着科技的不断发展和进步，手砂轮作业也不断发展和改进。
然而，由于手砂轮作业涉及到高速旋转的切削工具，操作人员面临着一系列的安全风险。
砂轮特性及磨削原理
砂轮一砂轮的特性参数及其选择砂轮是由磨料和结合剂经压坯、焙烧而制成的多孔体。
砂轮是由磨料、结合剂和气孔所组成。
它的特性是由磨料、粒度、结合剂、硬度和组织五个参数所决定。
1. 磨料常用磨料可分为刚玉系、碳化物系和超硬磨料系三类。
2. 粒度粒度是指磨料颗粒大小.磨料颗粒大小通常分为磨粒和微粉两大类。
3. 结合剂把磨粒粘结在一起组成磨具的材料称为结合剂,它的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性和耐热性。
4. 硬度砂轮硬度是指在磨削力作用下,磨粒从砂轮表面脱落的难易程度。
砂轮硬，表示磨粒较难脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。
砂轮的硬度主要由结合剂的粘结强度决定，与磨粒本身的硬度无关。
5. 组织砂轮的组织是表示磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系。
根据磨粒在砂轮总体积中占有的百分数，将砂轮组织分为紧密、中等和疏松三大类。
砂轮特性,代号和适用范围二.砂轮外形及尺寸砂轮的形状根据被磨削表面的几何形状和尺寸选择，砂轮的外形及尺寸选择由磨床的规格决定。
在生产中通常将砂轮的形状尺寸和特性标注在砂轮端面上，其顺序依次为：形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。
其中尺寸一般是指外径*厚度*内径。
三人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮砂轮的修整一.砂轮磨损与失去磨削性能的形式1，磨粒的磨耗磨损在磨削过程中，在高温高压的作用下，磨粒发生塑性流动和化学反应。
然后，在强烈的机械摩擦作用下，被磨平变钝。
2，磨粒的破碎磨损磨粒在磨削过程中，瞬间升至高温，又在切削液的作用下骤冷。
这样经受多次反复速热骤冷，使磨粒表面形成很大热应力，从而使磨粒因热疲劳沿某个面破碎。
3，磨粒的脱粒磨损在磨削过程中，随着磨削温度的升高，结合剂强度相应下降。
当磨削力超过结合剂强度时，沿结合剂某断面破碎，使整个磨粒从砂轮上脱落不均匀，使砂轮轮廓失真。
4，砂轮表面的堵塞在磨削过程中，在高温高压的作用下使被磨削的材料粘附在磨粒上。
磨下的磨屑也会嵌入砂轮空隙中，砂轮表面的空隙被堵塞后，砂轮钝化而失去磨削能力。
超高速磨削技术在机械制造中的应用分析
定 的差 异 。深 磨技 术在 使 用 过 程 中 ，需 要 保 证 磨 削速 度 控 制 在６ ０ －２ ５ ０ ｍ ／ ｓ ， 如果砂轮的材料是陶瓷， 要保证砂轮的速度为 １ ２ ０ ｍ／ ｓ ， 比普 通磨 削技术 的磨除率高 了 １ ｏ ０ —１ ｏ Ｏ ０倍 。 ２ ． ２ 超 高速磨削的精 密磨 削技术 参考文献
主要的作用和功能就是控制磨削零件的质量 。 精密磨削技术， 可 以实现零件的精 细磨削 ， 精确零件 的精准尺度。例如， 在机 械 制造 的零 件 加工 和 生 产 过程 中 ， 加 工较 细 磨 料 的时 候 ， 可 以 根据磨削砂轮的特 点进行磨粒。 一般情况下， 超高速精密技术 的磨 削砂 轮 的 材料 是 金刚 石 ， 通 过 同一 个装 置完 成金 刚 石和 零 件表面光滑度 的磨削 ， 需要对硅片的平面度进行控制， 保证硅 片平面度在 Ｏ ． ２ 一Ｏ ＿ ３ 纳米之间， 零件 的表面粗糙度要控制在 １ 纳米之 内， 这种方法可 以有效地保证机械制造中的零件质量。 ２ 产材料具有 非常大的硬度 ， 在加工过程 中会产生较高的温度。所 以， 在应 用 超 高速 磨 削技 术 对 零 件 的 厚 度进 行 磨 削 的 时候 ，对 零件 的 导热十分重要 。降低零件在磨削过程 中的热度，会增强磨屑 的粘度和韧性 ， 导致加 工困难 。如果磨削工作的难度增加， 可 能会在机械制造的加工过程 中， 造成零件变形 的情况 ， 损害砂 轮， 影响了机械制造的生产质量 。 例如， 在零件的磨削过程中， 砂轮 出现裂痕 ， 或者烧伤 的现象 ， 会影 响零件的质量， 降低磨 削的工作效率。因此 ， 在对零件进行加工的时候 ， 要根据零件 的材料 ， 有选择性地进行加工和磨削 ２ ． ４超 高速磨 削的特点 随着科学技术的不断进步和发展， 超高速磨削技术的水平 也不断的上升。在机械制造中应用磨削技术， 可以有效地降低 生产成本， 提高生产质量， 促进 了机械制造的发展。 在超高速磨 削技 术 的应 用过 程 中 可 以发现 ， 超 高速 磨 削 技术具 有 明显 的节 能环 保特 点 ， 符 合 目前 我 国 的可 持续 发展 战 略方针 。在 机械 制 造 中应 用超 高速 磨 削技 术 可 以缩 短零 件加 工 的时 间， 降低 电力 等能源消耗。在零件 的加工生产过程中， 提高 了零件表面的光 滑度， 延长了砂轮的使用时间， 降低 了材料和人力等方面的能源 消耗， 提高了机械制造 的工作效率， 促进了机械制造的发展。 ３总结 机械制造在我 国的工业生产和发展过程中，发挥了重要 的作用，实现 了零件 的加工和使用。超高速磨削技术在机械 制造中的应用， 可 以有效地提高零件 的加工和生产效率 ， 缩短 了零件 生产加工 的时间， 节约 了能源 ， 降低 了生产成本 ， 提高 了机械制造 的经济效益，促进 了机械制造的发展。不同的超 高速 磨 削 技 术 ，在机 械制 造 中发 挥 了不 同的作 用 。 根据 机 械 制造 零 件 生 产加 工 的需 要 ， 结 合 超 高 速 磨 削技 术 的特 点 ， 选 择 合 适 的技 术 ， 实 现对 零件 的磨 削 ， 才 能有 效 地控 制 机 械制 造 的 质量 ， 保 证 零 件 的有 效 使 用 。
高速加工与超高速加工
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
高速磨削方法简介.
强力磨削的特点
（1）它可以代替一部分车削、铣削和刨削等; （2）强力磨削应用适当时，可以直接从毛坯磨成 成品，粗精加工一次完成; （3）加工效率成倍提高;
（4）可以减少加工设备，节省由于不同加工工序 所需要的装卸调整等辅助时间;
（5）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; （6）加工精度和表面粗糙度小。
三、砂带磨削
1.砂带磨削原理： 砂带磨削是以砂带 作为磨具并辅之以 接触轮(或压磨板)、 张紧轮、驱动轮等 磨头主体以及张紧 快换机构、调偏机 构、防(吸)尘装置 等功能部件共同完 成对工件的加工过 程。具体讲就是将 砂带套在驱动轮、 张紧轮的外表面上, 并使砂带张紧和高 速运行,根据工件形 状和加工要求以相 应接触和适当磨削 参数对工件进行磨 削或抛光,如下图所 示。（1为接触轮， 2为张紧轮，3为砂 带，4为工件)
国内磨削技术的发展情况
超高速磨削技术在国外发展十分迅速，在国内 也引起了高度重视。我国高速磨削起步较晚，自 1958 年，我国开始推广高速磨削技术。1977 年， 湖南大学在实验室成功地进行了100m/ s 和 120m/ s 高速磨削试验。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[14]。
20 世纪90年代至现在，东北大学一直在开展超高 速磨削技术的研究，并首先研制成功了我国第一 台圆周速度200m/s、额定功率55kW 的超高速试 验磨床，最高速度达250m/s[1]。
一、高速磨削
磨削原理
关于高速磨削机理的研究，研究者一般是用最 大切屑（磨屑）厚度dmax来解释高速磨削中诸多磨 削现象：在保持其他参数不变，仅增大磨削速度vs 情况下，单位时间内磨削区的磨粒数增加，每个磨 粒的切下的磨屑厚度变小，导致每颗磨粒承受的磨 削力大大变小，dmax减小，每个磨削刃上的作用切 削力减小，dmax减小也能改善表面粗糙度Ra和减 缓切削力对砂轮磨损的影响，另外，总磨削力随sv 增大而减小；在保持dmax不变，即增大vs同时成比 例地提高工件进给速度vw，或者加大磨削深度，每 个磨削刃上的作用切削力及磨削力并没有改变，但 随vw提高而成比例地提高材料磨除率
高速超高速磨削用CFRP砂轮基体优化设计
碳纤维增强复合材料 ＣＦＲＰ 是一种以树脂作为基体材 料ꎬ碳纤维作为增强材料的复材ꎬ可通过调节材料中碳纤维 的体积分数、纤维排布、使用高性能树脂材料等手段满足不 同结构对材料性能的要求[７] ꎮ ＣＦＲＰ 与金属材料材料属性 见表 １ꎮ 相较于钢等金属材料ꎬＣＦＲＰ 的密度较小ꎬ仅为钢 的 １ / ５ꎬ比强度和比模量较高ꎬ热膨胀系数较小ꎮ
表 １ 常用砂轮基体材料的材料属性[８]
材料
密度 ρ / 泊松比 弹性模量 热导率 λ / 热膨胀系数 α /
( ｋｇ / ｍ３ ) υ
Ｅ / ＧＰａ ( Ｗ / ( ｍ∙Ｋ) ) (１０－６ / Ｋ)
钢 ７ ８５０ ０.２７ ２００
４５
１２
铝合金 ２ ７５２ ０.３３
７０
２０４
２０
ＣＦＲＰ １ ５００ ０.３
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ＣＦＲＰ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｗｈｅｅｌ Ｂｏｄｙ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｕｌｔｒａ－Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ
ＺＨＵ Ｘｉｎｌｅꎬ ＦＵ Ｙｕｃａｎꎬ ＹＡＮＧ Ｌｕꎬ ＺＨＡＮＧ Ｌｉａｎｇ ( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ
超硬磨料砂轮自动化复合修整机床CAM_系统开发
超硬磨料砂轮自动化复合修整机床CAM 系统开发*陈根余1,2， 蓝圣增1,2， 王彦懿1,2， 欧阳征定3， 周 伟1,2， 李明全1,2， 李 杰1（1. 湖南大学激光研究所, 长沙 410082）（2. 湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心, 长沙 410082）（3. 大族激光智能装备集团有限公司, 广东 深圳 518103）摘要 为了使复合修整方法中的多种工艺更系统地整合，提高成形砂轮的修整效率，结合自主研制的激光–机械复合修整装备，开发一套CAM 系统，可根据不同砂轮截面形状，自动规划多工艺、多修整策略下的修整轨迹，计算平面三轴联动修整刀路，自动生成加工代码，同时设计可视化界面仿真加工过程。
对青铜结合剂金刚石砂轮进行修整试验，结果表明：该系统可在保证机床不发生碰撞和过切的情况下，生成激光粗修、半精修及机械精修的加工程序，大幅提高复合修整方法的编程效率，修整后的砂轮轮廓误差在9.1 μm 以内，圆跳动误差为6.1 μm 。
关键词 成形砂轮；激光–机械自动化复合修整；计算机辅助制造；轨迹规划中图分类号 TP23；TG74 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)01-0066-09DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0061收稿日期 2022-04-29 修回日期 2022-05-20超硬磨料（金刚石和立方氮化硼）制成的成形砂轮具有极高的硬度和耐磨性，在磨削工件时可以一次成形并减少加工工序，提高效率，在高速磨削、强力磨削和精密超精密磨削领域具有广泛应用[1]。
但磨料自身的高硬度导致砂轮的修整极其困难。
目前的修整方法中，机械法修整为主流[2]，其次为电火花修整[3]，两者都有较成熟的设备和系统。
张军峰等[4]针对ZN 蜗杆成形砂轮设计了一套修整器控制系统，可根据蜗杆参数生成砂轮截面形状和对应的双轴机床修整程序；日本AMADA 公司研制的光学曲线磨床[5]可对砂轮进行平面双轴联动修整，是目前生产中常用的精密砂轮修整设备；黄水利等[6]针对电火花工艺的放电特点，设计了电火花成形机床专用数控系统。
CBN砂轮的修整方法及其应用
CBN砂轮的修整方法及其应用作者：冯宝富蔡光起盖全文1 引言CBN砂轮以其优良的磨削性能和磨削表面质量在高速、超高速磨削、难加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工领域获得了广泛应用。
在磨削过程中，由于磨削力和磨削区域高温、粘附等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化；同时，砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去正确的原始几何形状；此外，由于高速磨削的磨屑非常细小，很容易堵塞砂轮工作表面空隙。
为使CBN砂轮始终保持良好的磨削状态，在磨削过程中必须对砂轮进行修整。
CBN砂轮的整形、修锐技术是CBN砂轮应用领域一个相当重要的研究课题。
CBN砂轮的修整可分为整形和修锐两个步骤。
整形是通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃；修锐则是通过去除砂轮磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂表面，形成必要的容屑空间，使砂轮具有最佳磨削能力。
根据具体情况，整形和修锐可统一进行或同时完成，也可分步进行。
2 CBN砂轮的整形方法CBN砂轮的整形方法较多，常用的有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法、电加工整形法等，近年来又出现了激光整形法。
2.1 车削整形法车削法是采用单颗粒金刚石笔、粉末冶金金刚石笔或金刚石修整片等整形工具车削砂轮，以达到整形目的。
1) 单颗粒金刚石笔整形单颗粒金刚石笔具有极高硬度和良好的耐磨性，因此常用于陶瓷结合剂或树脂结合剂CBN砂轮的修整。
金刚石笔的尖端由于受到热和力的集中连续作用，磨损剧烈，因此修整时应通过合理供给冷却液进行充分冷却。
采用单颗粒金刚石笔修整陶瓷结合剂CBN砂轮后，砂轮表面状态不易达到磨削加工要求，容屑空间较小，切削刃较宽，磨削刃不锋利，若直接用于磨削，初期磨削力和磨削温度均较大，容易出现磨削烧伤和振纹，因此必须用油石对修整后的砂轮表面进行合理修锐。
2) 金刚石片状修整器整形采用粉末冶金方法将小粒度金刚石颗粒固结在硬质合金基体上，制成片状修整器。
CBN砂轮
CBN砂轮（立方氮化硼砂轮）CBNgrindingwheel最理想的高速、高效和高精度的磨削工具一、立方氮化硼（CBN）砂轮的特点：CBN作研磨材料使用时，我们主要研究CBN 的硬度、热稳定性、化学惰性、耐磨性和导热性等。
CBN的硬度远高于其它普通磨料。
高硬度意味着切削能力更强、更锋利；CBN有高的耐磨性，意味着它比普通磨料更难磨损；保持磨粒形状的能力是CBN作为高性能磨料的主要特性之一；CBN的抗压强度很高，这意味着在恶劣的条件下使用时它能保持颗粒完整而不易破碎;CBN有很好的导热性，在磨削时可实现冷切削。
1、高硬度、高韧性立方氮化硼（CBN）是人类合成的硬度仅次于金刚石的超硬材料远远高于普通刚玉与碳化硅磨料，因而具有更佳的切削能力、更锋利2、耐高温、热稳定性好。
立方氮化硼可以承受1250-1350摄氏度的高温，比金刚石的耐热性800摄氏度还要高；在研磨和切削铁质材料时，不会出现粘屑现象，在磨削淬火钢、高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料是最理想的砂轮。
3、化学惰性强。
立方氮化硼不易和铁族元素产生化学反应，所以对于各种高速钢、工具钢、模具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等温度高、硬度高、热传导率低的材料的磨削非常适宜。
4、导热性好。
CBN热导率可达刚玉砂轮的几十倍到百倍，因而能将磨削热迅速导出，减少工件热变形。
对热传导率低的材料磨削非常适宜。
各种喷涂（焊）材料：镍基、铁基等；耐磨铸铁类材料：钒—钛铸铁、高磷铸铁、冷硬铸铁等；钛合金类：如TC45、磨削性能好、加工表面质量好。
由于立方氮化硼磨具能够长期保持磨粒微刃的锋利性，会使被加工工件加工精度和表面粗糙度值都达到较为理想的效果，因此可使工件的耐用度提高10%-30%。
所以即使批量加工的工件，也会始终获得较高的形状、精度及一致性。
CBN砂轮磨削能获得高的尺寸精度和低的表面粗糙度，加工表面不易产生裂纹和烧伤，残余应力小。
金刚石砂轮的静平衡与动平衡
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提问。同时新加坡的《Ｓ啪ｅ ｕｌｌｌ【Ｔ０ｄａｙ》做了３次整版
广告。《ｓ０｜ｌｍｅ∞ｔ＾ｊ％Ｂｌｌｉｌｄｉ嘴》做２次整版广告，并在 上述媒体做相关展会新闻报道，届时香港和台湾也将 组团前来大陆参观访问。 以上是本次石材展会的进展情况，如须了解其他
中国石材工业发展研讨会“截至现在已有１００多个企
业报名参展，共预订室内展位１６８个，室外展示面积
图２
所谓金刚石砂轮的平衡，正如舯所定义，是检测
以及在必要时校正砂轮质量分布的程序，以保证在工 作转速下运转时，产生的振动和轴承力在规定的范围 内。此定义明确指出．对金刚石砂轮平衡时，并不要求 为 式中
ｒ≤洲（ｇ‘ｒｍ）
（２）
ｅ一许用偏心距（一）（见图２）
Ｍ一转子（砂轮）重量（ｇ） 当砂轮半径为Ｒ时，外圆上许用剩余不平衡量值
旋转件，其不平衡量值直接影响着金刚石砂轮工作时 的振动大小以及机床的工作寿命和被加工对象的磨削
精度。随着被加工零件表面质量的要求日益提高，金
刚石砂轮工作转速也进一步提高，对其平衡精度的要
求也愈来愈高，选择合理的平衡方式尤其重要。 ２金胃石的静平衡与动平衡的基本概念 ２．１金刚石砂轮不平衡离心力 由于材料组织分布不均匀，机械加工误差以及装
其达到完全平衡，而是允许有一定剩余量。目前一般
高速磨削在线动平衡系统硬件设计
高速磨削在线动平衡系统硬件设计尹明泉;景敏卿;刘恒;樊红卫【摘要】For unbalance of grinding wheel-motor spindle in high -speed grinding, bardwares of online dynamic balancing system are designed. Monitoring and control unit is proposed, and preprocessing and filter circuit of vibration signals is designed. A auto balancer with electmmagnetic drive and electromagnetic lock is designed, and its thee-dimensional model is btilt in Pro/E. These researches lay an important foundation for online dynamic balancing system.%针对高速磨削加工过程中砂轮一电主轴系统的不平衡现象,设计了在线动平衡系统的主要硬件.研究了在线动平衡测控系统的设计原理和组成,对振动信号的调理和滤波电路进行了设计.研究了电磁力驱动与锁紧的平衡头结构,在Pro/E中建立了该平衡头的三维模型.研究工作为动平衡系统开发奠定了基础.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P156-159)【关键词】高速磨削;在线动平衡;砂轮一电主轴;测控系统;自动平衡头【作者】尹明泉;景敏卿;刘恒;樊红卫【作者单位】西安交通大学机械工程学院机械电子及信息系统研究所,陕西西安,710049;西安交通大学机械工程学院机械电子及信息系统研究所,陕西西安,710049;西安交通大学机械工程学院机械电子及信息系统研究所,陕西西安,710049;西安交通大学机械工程学院机械电子及信息系统研究所,陕西西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TG580.236现代高速数控机床普遍采用电主轴取代传统机械主轴，因此主轴转速可达上万转，甚至数十万转。
解析超高速磨削砂轮技术发展
２ ． ３ 修 整 砂 轮
修 整砂轮 的 目的在 于确保 砂轮 磨粒和 几何 形状 高度 的合理 。立 方氮 化硼 砂轮 ，很难取 出砂 轮周 围表面 的立 方氮化 硼磨粒 ，因此 需
（ ３ ）提 高了工件 表面 的光滑度 。磨 削速度 的提高对 于提高 工件 要使 用 的修正 工具可 能会 发生较 大的磨 损 ，修 整费 用较 高。单层 氮 表面光滑度和质量有着重要作用 ， 同时也应当降低每颗磨粒切削厚度 。 化 硼砂轮 在维修 上并 不需要 像 陶瓷或树 脂结 合剂一 样修 整。但 在精 提高磨粒 在磨削 区域 内的移动 ，并 且加快了工件进给速 度 ，从而使磨 密 超高速 磨削 加工 中 ，因为磨粒在 长期 的使 用过程 中会 发生钝 化 ， 削 区得 以快速与工件表面发生脱 离 ，降低相应温度 ，减小 工件表面上 磨粒 突 出高度 将会产 生变化 ，各 个磨粒 高度将 会有 差差别 ，因此 会 的余 力。同时砂轮线速度的不 断提 高 ，可以有效的 降低单 颗磨粒去除 增大 磨 削力 ，从 而使 工件 的完整性 和质 量有所 下 降。此 时则需 要休 工件 材料 时犁两侧隆起 的面积 比沟槽横截的面积 的值 ，使 磨削表面变 整立 方氮化硼砂轮 。
２ ． １ 自 动平 衡
自动平 衡在超高速磨 削的砂轮系统中有着重要 作用 ，超高速磨 削
３ 结 束 语
砂轮在 工作中即使存在很小 的不平衡也会产生很 大的离心力 ，导致机 超高 速磨 削加工 在现代 工业 中得 到 了广 发应 用 ，对 其进行 应 用 床发 生强烈的振动 ，损坏设 备。一般来说 ，砂轮 自动平衡系统主要 由 可 以大幅度 的提高加工 的质 量 ， 并且可 以提 高生产效率 ， 降低生成本 ， 振 动控制器、传感器 、平衡 头等部件组成 。传感器 的主要作用是对砂 提高 企业 的经济 效益 。现 阶段 ，高速 磨削技 术受 到 了工业发 达 国家 轮在旋 转过程中产生 的信号进 行处理 ，从而确定不平衡 量的相位和大 的高度 重视 ，但 我 国在超 高速磨 削技术 上 的研究 同工业 发达 国家相 小 ，然后 利用振动控制器和平 衡头对产生 的不平衡 进行校正 ，确保超 比存在 一定 差距 ，因此在 日后 的发展 中 ，我 国应 当加强 在高 速磨 削 高速磨 削砂轮能够正常运行 。气体式、液体式 、机 械式是超高速磨床 技 术 上的研究 ，并对 其应 用进行 推广 ，提高 我 国在 机械 制造 产业 上 中经常使用 的三种在线 动平衡 系统。在线动平衡系统对确保产 品质量 、 的水平 。 提高机床 寿命、提高磨床生产 力都有着重要作 用 ，德国、 日本德 国发
CBN砂轮
CBN砂轮（立方氮化硼砂轮）CBN grinding wheel最理想的高速、高效和高精度的磨削工具一、立方氮化硼（CBN）砂轮的特点：CBN作研磨材料使用时，我们主要研究CBN 的硬度、热稳定性、化学惰性、耐磨性和导热性等。
CBN的硬度远高于其它普通磨料。
高硬度意味着切削能力更强、更锋利；CBN有高的耐磨性，意味着它比普通磨料更难磨损；保持磨粒形状的能力是CBN作为高性能磨料的主要特性之一；CBN的抗压强度很高，这意味着在恶劣的条件下使用时它能保持颗粒完整而不易破碎;CBN有很好的导热性，在磨削时可实现冷切削。
1、高硬度、高韧性立方氮化硼（CBN）是人类合成的硬度仅次于金刚石的超硬材料远远高于普通刚玉与碳化硅磨料，因而具有更佳的切削能力、更锋利2、耐高温、热稳定性好。
立方氮化硼可以承受1250-1350摄氏度的高温，比金刚石的耐热性800摄氏度还要高；在研磨和切削铁质材料时，不会出现粘屑现象，在磨削淬火钢、高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料是最理想的砂轮。
3、化学惰性强。
立方氮化硼不易和铁族元素产生化学反应，所以对于各种高速钢、工具钢、模具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等温度高、硬度高、热传导率低的材料的磨削非常适宜。
4、导热性好。
CBN热导率可达刚玉砂轮的几十倍到百倍，因而能将磨削热迅速导出，减少工件热变形。
对热传导率低的材料磨削非常适宜。
各种喷涂（焊）材料：镍基、铁基等；耐磨铸铁类材料：钒—钛铸铁、高磷铸铁、冷硬铸铁等；钛合金类：如TC45、磨削性能好、加工表面质量好。
由于立方氮化硼磨具能够长期保持磨粒微刃的锋利性，会使被加工工件加工精度和表面粗糙度值都达到较为理想的效果，因此可使工件的耐用度提高10%-30%。
所以即使批量加工的工件，也会始终获得较高的形状、精度及一致性。
CBN砂轮磨削能获得高的尺寸精度和低的表面粗糙度，加工表面不易产生裂纹和烧伤，残余应力小。
精密磨削和超精密磨削
五、超硬磨料砂轮的平衡
静平衡 力矩平衡，用于窄砂轮的平衡，是在一个平面上的平衡。 （1）机外静平衡架上平衡 （2）机上动态平衡 （3）机外动态平衡
动平衡
力偶平衡，用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡，是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。
2016/6/6
超精密磨削
一、超精密磨削和镜面磨削
开式砂带磨削
闭式砂带削
砂带磨削分类： 按砂带与工件接触形式 分为接触轮式、支承板 （轮）式、自由浮动接 触式和自由接触式。 按加工表面类型分为外 圆、内圆、平面、成形 表面等磨削方式。
开式砂带磨削
一、砂带磨削方式、特点和应用
砂带磨削特点
1）砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，砂带磨削 工件表面质量高，表 面粗糙度可达Ra 0.05～0.01μm，砂带磨削又称“弹性”磨削。 2）砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，力、热作用小，有较好的 切削性，有效地减小了工件变形和表面烧伤。工件的尺寸精度可达5～0.5μm， 平面度可达1μm。砂带磨削又有“冷态” 磨削之称。 3）砂带磨削效率高，无需修整，有“高效”磨削之称。 4）砂带制作简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也便 宜，砂带磨削设备结 构简单，有“廉价”磨削之称。 5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围、很强的适应性，有“万能”磨削之称。
磨削效率高。
综合成本低。
二、超硬磨料砂轮修整（修整过程）
整形
对砂轮进行微量切削，使砂轮达到所要求 的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎， 形成锋利的磨削刃。
修锐
去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容 屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外（一般 是磨粒尺寸的1/3左右），形成切削刃。
二、超硬磨料砂轮修整（修整方法） 车削法 磨削法
砂轮自动平衡系统在轧辊磨床上的应用
２５ ２ ０热轧 板厂
摘 要
戴华发
阐述 了 轧 辊 磨 床 在 磨 削 过 程 中 砂 轮 不 平 衡 的 主要 原 因 ， 绍 了 涟 钢 ２ ５ 介 ２ ０常 规 热 轧 Ｐｍｉ ｏ ｎ ｉ
磨床采用的动平衡的原理和特点对 提高轧辊 磨削 质量的作用 ， 用 自动平衡 系统 提高轧 辊磨 采 削精度 、 辊形 、 同轴 度误 差等。
磨 削是 精 密 和超 精 密 加 工 的重要 手 段 ，
在磨削过程中 ， 若砂轮不平衡 ， 不仅引起磨床 的震 动和 噪音 ， 会 影 响轧 辊 的磨 削 质 量 和 还
精 度 ， 重 时还 会加速 砂 轮主轴 的磨 损 ， 磨 严 使
总之 ， 想要让 砂轮磨 削 出准确 的尺寸 和光 洁 的表面 ， 防止磨 削过 程 中的振 动。但 引 必须
衡次数 的增 加 而下 降 ， 液体 校 正质 量 控 制 对 难度增 加 ， 为克服 液体平衡 头的缺 点 ， 浙江 大
学贺世正等研究液体 的补偿 的液体 释放问 题， 提出了一种既能喷进液体又能释放液体
进行 动平衡 的新 颖 方 案 ， 且 就 液体 的释 放 并 中的一 些 问题作 出 了理论 分 析 和讨 论 ， 验 为
直角校正和旋轮线校正 ３ 种。Ｐｍｎ磨床采 ｏｉ ｉ 用的是液体补偿质量 ， 其原理如图 ｌ 。
注式平衡系统具有体积小、 平衡能力大、 制造
容易点 优点 。
喷注式平 衡头 只能在停 机后才 能释放 液 体， 受储液 室 的容 积限制 ， 无法应用 在较长 时
间连续 运行 的机器 上 ， 并且 平 衡 能 力随 着 平
平 衡精度高 、 操作 简单等特点 。 自动平衡 系统
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和灵活化在砂轮进水榷平衡头电磁阀喷水嘴生产中得到 广1液贼平衡系统泛应用，但由于用于液体式平衡系统所 使用的液体通常以作过适当过滤后的冷却液，即侦作过 过波，仍然含有磨料
的微粒，经过长时间的运转，可能会影响液压系统的性 能，因此，液体式平衡系统需要较好的保养，平衡头的 储液腔也需定期地清洗。液体式平衡系统般平衡精投以 振动位移计为0.0.
为3人类，即人工平衡半自动平衡和自动在线平衡口。人 平衡是将砂轮从磨床上卸下，支承在平衡架上，通过调 整砂轮法兰盘上不甲衡块，使砂轮在平衡架上平衡时间 长5，2，常用作砂
轮的静平衡及精细平衡的预平衡。半自动平衡是利用传 感器在磨床工作转速下，用1套测量装置检测出不平衡量 的大小和相位，然后停机拨动法兰盘上的平衡块来减少 不衡。反复多次操作
3卵平衡时间H23min1.3.2气体式平衡系统气体式平衡系统 平衡头由4个扇形密封腔体组常温常压下介质基本上呈液 态；密度要大些，在满足其他条件下，密度越人越好； 汽化
热要小，气液转化容易；对人环境无危害或危害性尽可 能小。1.3.3机械式1衔系统高速超高速磨床上常用的机械 式平衡系统的平衡头是通过电动机径向移动金属配重滑 块如和，来补
度与高效率的有机结合。因此，超高速磨削技术被称作 磨削技术的革命性跃变。德国著名磨削专家1丁吐沾博士 将其誉为现代磨削技术的最高峰。国际生产工程学会， 将超高速磨削技术确
定为面21社纪的心研究方向之2.众所周知，砂轮高速旋转 所产生的不平衡离心力和速度的平方成正比。而超高速 磨削由于砂轮线速度在18以上，砂轮，1有极小的不平衡 量，也会产
发达国家在超高速磨床上均采用了自动平衡系统1.在我国， 随着对磨削速度和磨削精度要求的不断提高，在高速和 超高速磨床上开发出高精度高效率高可靠性的砂轮在线 动平衡系统，以
实现砂轮在线动平衡系统的国产化系列化标准化，降低 磨削成本，满足超高速磨削工艺的需要，显得尤为重要。 路长厚，艾兴。国内外砂轮平衡技术发展状况。磨床与 磨苏键，高冰，张卫
器和平衡头纟1成，讪过振动传感器检测砂轮旋转时不平 衡量；1起的振动信号并进1数，处理，以确定不平衡量 的大小和相位，然后通过振动控制器控制跟随砂轮高速 旋转平衡头内的校
正质量，实现对不平衡！的衔补偿。衡量，使砂轮获得 平衡。这种平衡装置平衡精度以振动位移1汁为0.2，0.3 即平衡1寸为2，20特点是结构简单，没有开等运动零件， 因此性
要技术指标为采用，微处理系统实现闭环控制；测量的 砂轮最高转速60000，测量的振动位移量0.099.9；平衡时 间，10，30，8，重新平衡约需58；平衡精度以振动位
移量计为0.0510.平衡系统框5.该平衡系统山检测和柠制单 元1电振动传感器和放大器集成环状储液腔喷嘴喷射系统 阀座及冷却液过滤系统等组成。和微机相连的检测和控 制笮元
学，201.10.责任编辑周守清砂轮平衡状况进行实时在线 监测，能够将砂轮的平衡状况始终控制在超高速磨削加 工过程中所要求的精度范围内。因此砂轮自动在线平衡 是高速和超高
速磨削自动化及精密化发展过程中项不可缺少的关键技 术。成，2.其平衡原理是两两相通的腔体中灌有液态气体， 且在每个腔体中装有加热棒，通过振动传感器拾取振动 信号和相位，控
生非常大的不平衡离心力，从而使机床振动，轴承磨损， 被磨削工件产生面波纹和增大面粗糙度值。因此，砂轮 的不平衡量严重影响着超高速磨削的加工精度和机床的 使用寿命，由此可，
超高光谱分析和观化分析等1段信机地综合起来。达到信 息融合也是1前和今耵的发展趋势。1超速磨削砂轮自动 平衡技术i.i砂轮平衡技术的分类砂轮乎衡技术按自动化程 度可将其分
科学研究项目1！4责任编辑周守清
fdweja 磨粉设备源自偿砂轮的平衡，如头内电机启动停止和转动方向的控制 信号传输，常用红外遥抒式7和圯电控制！1.电动机的驱 动动作是通过平衡头内的受光元件接收砂轮罩上的发光 元件所发出的信号
控制，即在完全不接触的状态下，巾静止的。砂轮罩将 171传1回转的侧平衡头，使驱动电动机驱动丝杠螺母移 动，从而实现砂轮不平衡量的补偿。悠个光电控制系统 包括光检测电路和
能可靠，不需维修，使用方便。气体冷却还原为液态， 保留在原来密封的腔体内，即使砂轮停转，仍能保持平 衡状态，由于这类平衡系统是利用密封的气腔来1.3砂轮 在线动平衡的分类
维持土力，因此股比液体式和机械艾衡系统复在高速及 超高速磨床上常用的在线动平衡系统主要有液体式气体 式及机械式3种。杂和昂贵。气体式平衡介质应满足下列 条件161.3.1
制器发出信号使偏重腔加热棒通电，气体由液态变为气 态，经管道进入相对腔，使气体在相对腔遇冷还原为液 态，补偿不平1.2砂轮在线动平衡原理砂轮在线动平衡原 理是通过质量补偿
来实现体的质量，使其旋转轴与惯性轴重合，从而使砂 轮旋转系统货忭力系的速度主矢和砂轮转动主力矩均为， 达到使砂轮处尹平衡状态4.砂轮自动平衡系统般由振动传 感器，振动控制
能自动测磨床的振动1在运行过程中，不需手动校正和调 整。平衡系统均由微机控制，旦工作失效，诊断系统将 发出停止信号。砂轮4平衡〃是通过冷却液补偿的。6.冷 却液被喷射到环
状储液腔中，平衡量可分解为2，1和〃2，压电振动传感 器被固定在主轴承上以检测不平衡量的大小，而不平衡 量的位置是通过相位发生器检测的，通过检测和控制单 元所检测的不平衡
修，200052527.李方毅。基于油液监测的故障诊断专家系 统的研究硕论文。武汉交通科技大学，2000.3.坚。张纪 饮。；主液分析技术及亿在状态监测的应用。润滑与密
封，20024.8，汛1编著。发动机磨损状态监测。故障诊断 技术。航空工业出版社，1995.旧吴振锋磨粒分折和信息 融合的发动机磨损故诊断技术研究上论文。南以航空肮 天人
使平衡精度+断提半动卞衡的平衡时间长。不适宵在超高 速磨沐使用，1动1线衡则是在砂轮，作转速下动识别4衡 1的大小和相位。片自动完成平衡。下作。传统的1衡方 法相比，肺平
衡效率岛，甲衡精度。操作简便，不依赖下操作者技能 等特点，由于其对交通出版社，1993.吴振锋，左洪福， 孙有朝。航空发动机磨损故障的常用监控手段及其对比。 航空工程及维
3=SimSun关键词超高速磨削孙轮自动平衡振动磨削加工 通常按砂轮线速度分为普通磨削，削多以超高速磨削可 大幅度提磨削效率，延长砂轮使1寿命和减小衣面，糙度 仍，片可对
脆硬材料实现延性域磨削，对高塑性和难磨材料也有良 好的磨削效果随着砂轮线速度的提高，比磨削去除率已 猛增到3003阳8以上，可与车铣刨等切削效率相媲美实现 了磨削加工高精
衡系统所使用的金属配重滑块所占种系统中的液气腔所 占空间相砂平衡传1动力源传动机构，动机控制回装置光 电检测赛砂轮比，要小得多，且无需杂质处理和密封要 求，结构紧凑，保养
方便，但重相。付较人，使介效功率降低。机，尹衔装 置的1衡钻度以振动位，量1为。3 2砂轮自动在线平衡装 置应用实例动平衡装置，己在高速和超高磨床上得到了 广泛应用，其主
液体式平衡系统液体式平衡系统的平衡头般是由4个圆环 形空腔组成，1.其平衡原理是通过空腔内容纳的液体来补 偿砂轮的不平衡，每1个储液腔有1个半径各不相同的进 水槽，而每1
个进水槽与1个由电磁阀控制的喷水嘴相对应，因此通过 不同的喷7尺嘴就可向不同的储液腔注入定量的液体，实 现砂轮的平衡5.液体式平衡系统，山平衡精度高，平衡头 设计的多样化
量通过控制，和；〃的相应补偿量达到平衡，即通过控 制单元控制电磁阀将过过滤的冷却液喷射到对应的环形 腔6不平衡质量与补偿质量矢量内，实现系统的平衡。该 平衡系统既可手动控
制，也可自动控制。3结语砂轮在线动平衡砚置记超高速 磨床上的1要纽成部分，是保证产品加工质量，充分发挥 超高速磨床中产能力及提，机床使用寿1的重要闪泰戈曰 本和德国等工业
控制电路两部分，前者由发射极管，光敏极管及其相关 电路组成；者由信1保持电路。电动机1反转驱动电路等 部分纟成装在砂轮罩克上的4个发光极管分别控制2个电 动机的启动停止和
转动方向。由于光控砂轮平衡装置8是在完全不接触的状 态下控制平衡滑块移动的4，因此，它不同于滑环式平衡 装置，不存在电刷磨损和经常调整电刷与集电环之距离 的缺点3机械式平
军，等。砂轮自动平衡系统的原理及应朱红译。砂轮的 平衡。磨床与磨削，19944.6沈明。气体介氏的砂轮动平 衡袋置的研制。磨床4磨7张以；1坎海；1栾毁荣超粘密 磨削中的
砂轮在线动1衡技术的研究。航空精密制造技术，19985. 屈里强，张锐。砂轮自动动平衡装置。轴承。199810.叫 冯卞富蔡光起+超高速磨，的发棹及关键技术+机械教肓 部