超高速磨床的发展与展望

超高速磨床的发展与展望

摘要：随着超高速磨削研究的不断的深入与工业实用化，超高速磨床已经成为各国先进制造技术发展的重点。本文综述了国内外超高速磨床的发展现状，简述了超高速磨床目前的发展趋势。

关键词：磨削磨床超高速

中图分类号：tg582 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）08（c）-0033-01

1 超高速磨削

超高速磨削通常是指速度为普通磨削速度5倍以上（即vs≥150m/s）的高速磨削，是由德国萨洛蒙carl salomon于l931年提出的，其英文名称为super-high speed grinding或ultra-high speed grinding。超高速磨削主要有以下特点：（1）磨削效率高，磨削速度的提高使得进给速度也相应的提高，从而使磨削效率显著提高。（2）加工质量高，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，它能延长砂轮使用寿命、减少冷却液消耗。（4）扩展磨削工艺的应用范围，对硬脆材料、高塑性和难磨材料获得良好的磨削效果。这些特点使得超高速磨削成为了磨削加工中发展的重中之重。[1]

2 国内超高速磨床的发展

我国的超高速磨削研究起步较晚，1995年，汉江机床厂使用陶瓷cbn砂轮，进行了200m/s的超高速磨削试验。2003年，东北大学首先研制成功了我国第一台圆周速度200m/s、额定功率55kw、

最高砂轮线速度达250m/s的超高速试验磨床。从2002年开始，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，在2009年开发出适用于航天航空、国防军工等行业中的特定材料零件的加工的mkg1320超高速数控外圆磨床，该设备采用直径为500mm砂轮，线速度达到150m/s，通过集成超高速磨削关键技术和创新开发超高速砂轮恒压预紧补偿技术、高阻尼无腔铸石床身设计、高刚性圆柱内节流液体静压直线导轨技术等多项先进技术，可以解决工程陶瓷、微晶玻璃、硬质合金、人造宝石晶体等超硬材料、钛合金、不锈钢、镍基铁氧体材料等耐热合金材料以及复合涂层材料等难加工材料轴类零件

的精密加工问题。2010年中国国际工业博览会上，上海机床厂展出了mgks1332/h数控高精度超高速外圆磨床，该磨床最高线速度达到150m/s，最大磨削直径为ф320mm，最大磨削长度为1000mm，机床主要应用于难以用传统的机械加工方法进行加工的超硬材料、耐热合金和复合材料等新型材料进行精密加工。2011年，在第十二届中国国际机床展览会，杰克机床推出了jkm8320超高速cbn随动数控磨床，该床砂轮线速度达160m/s，磨除率>120/mm/s.mm，工件轮廓精度为0.02-0.03mm，经一次装夹完成外圆、非圆轮廓面、凸凹面、多边型、曲拐与偏心圆等型面的加工[3]，[4]，[5]。

3 超高速磨床的发展趋势

3.1 超高速磨削的砂轮

超高速磨削砂轮的耐磨性、导热性、阻尼特性要非常好，动平

衡精度、抗裂性和刚度要高，其机械强度要能承受超高速磨削时的切削力等等。目前超高速磨削砂轮主要采用的是金刚石和cbn砂轮，所用的结合剂一般为陶瓷、树脂和金属。随着研究的深入，也出现的新型的磨粒和结合剂，砂轮将向多样化发展。

3.2 砂轮的修整技术

砂轮修整可以保证砂轮在使用中保持锋利，提高磨削效率和磨削质量。砂轮的修整技术一直向着通用、高效、智能化方向发展，现在常用的修整法主要有金刚滚轮修整法、在线电解修整法、双电极在线修整法、弹性修整法、超超声波修整法和激光修整法等。

3.3 主轴系统

超高速主轴系统的优劣将直接影响超高速磨床的最高磨削速度。大功率超高速电主轴因其惯性转矩小，振动噪声小，高速性能好等特点被广泛的应用超高速磨床，也越来越各国研究人员的重视。在第19届jimtof展览会上，展出的超高速主轴基本上在10000-—25000r/min之间；日本已经研制出在250000r/min转速下能稳定工作的超调整磨头[6]。

高速精密轴承是超高速主轴系统的核心部件，现用的主以下四类：陶瓷滚动轴承、液体静压轴承、空气静压轴承和磁浮轴承。用陶瓷滚动轴承组装出的主轴系统有速度高、刚度和功率大、寿命长等优点，但其制程成本高，对拉伸应力和缺口应力较敏感。磁浮轴承传动功耗小，对密封器件的要求较低，维护成本低，但成本高，控制系统复杂。液体动静压轴承具有径向和轴向跳动误差小，阻尼

特性好、功率大、动态特性好、在全转速范围内具有承载能力强和刚度大等优点。但在超高速、高负荷条件下工作时需使用低粘度流体和高供液压力，因此结构设计较复杂，而且空载功率损耗大。空气轴承旋转精度高，使用寿命长，振动小，维护成本低。但是其对工作环境要求高。

3.4 进给驱动系统

超高速机床进给系统一直在向响应速度快、定位精度高方向发展。现主要采用直线伺服电机直接驱动，与传统的滚珠丝杠传动相比，它具有进给速度快、无间隙、惯性小、刚度大、速度范围宽、重复精度高和无磨损等显著特点。目前，用直线伺服电机驱动进给速度可达600m/min，其加速度可达300m/s2，定位精度高达0.5～0.05μm[6]。

除了以上关键技术外，砂轮动平衡技术、磨削过程的检测控制技术、冷却润滑技术、新型磨床床身等也是超高速磨床研发的重点，它们的提高对超高速磨床的发展起到了巨大的推动作用[6]。

4 结语

超高速磨削的效率高、加工精度高、加工的范围广，是先进制造技术中的前沿技术。超高速磨床是超高速磨削实用化的提现和最终目的。大力加强各种新型超高速磨床的研究、推广和应用，对提高我国机械制造业的加工水平具有十分重要的意义。

参考文献

[1] 陆名彰，熊万里，黄红武，等.超调整磨削技术的发展及

其主要相关技术[j].湖南大学学报（自然科学版），2002，5：44-48，54.

[2] 宋涛，赵恒华.磨削加工技术的现状[j].制造技术与机床.2011，11：60-63.

[3] 刘兴国.国内外超高速磨削的现状[j].机械工人，2004，9：16-17.

[4] 李长河，蔡光起，丁玉成，等.超高速磨削相关技术与工业应用[j].中国科技论文在线，2008，8（3）：618-624.

[5] 赵恒华，冯宝富，高贯斌，等.超调整磨削技术在机械制造领域中的应用[j].东北大学学报（自然科学版），2003，6：

564-568.

[6] 荣烈润.面向21世纪的超高速磨削技术[j].金属加

工.2010，13：1-4.