美國高速磨削的一個重要研究方向是低損傷磨削高級陶瓷。傳統(tǒng)的方法是采用多工序磨俐,而高速磨削試圖采用粗精加工一次磨削,以高的材料去除率和低成本加工高質(zhì)量的氮化硅陶瓷零件。 日本 ,日本高速磨削技術(shù)在近20年來發(fā)展迅速,1976年,在凸輪磨床上開始應(yīng)用CBN砂輪進行40m/s的高速磨削,1985年前后,在凸輪和曲軸磨床上,磨削速度達到了80m/s。1990年后,開始開發(fā)160m/s以上的超高速磨床。目前,實用的磨削速度已達到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已經(jīng)研制出,該磨床主軸最大轉(zhuǎn)速3000r/min,最大功率22kW,采用直徑250mm的砂輪,最高周速達395m/s。并在30- 300m/s速度范圍內(nèi)研究了速度對鑄鐵可加工性的影響。 日本的豐田工機、三菱重工、岡本機床制作所等公司均能生產(chǎn)應(yīng)用CBN砂輪的超高速磨床,日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床,采用陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪,圓周速度達到了200m/s。 中國 我國高速磨削起步較晚,1974年,第一汽車廠、第一砂輪廠、瓦房店軸承廠、華中工學(xué)院、鄭州三磨所等先后進行50-60m/s的磨削試驗;湖南大學(xué)進行了60-80m/s高速磨削試驗。1975年10月,南陽機床廠試制成功了MS132型80m/s高速外圓磨床。1976年,上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學(xué)院、上海交通大學(xué)、廣州機床研究所、武漢材料保護研究所等組成高速磨削試驗小組,對80m/s,100m/S高速磨削工藝進行了試驗研究。與此同時,上海機床廠設(shè)計制造了MBSA1332型80m/s半自動高速外圓磨床,磨削效率達到了車削和銑削的生產(chǎn)率。1977年,湖南大學(xué)在實驗室成功地進行了100m/s, 120m/s高速磨削試驗、在2000年中國數(shù)控機床展覽會(CCMT''''2000)上,湖南大學(xué)推出了最高線速度達120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。 1976年,東北大學(xué)與阜新第一機床廠合作,研制成功F1101型60m/s高速半自動活塞專用外圓磨床。到80年代初,東北大學(xué)進行了大量的高速磨削試驗研究。以東北大學(xué)為主開發(fā)的YLM-1型雙面立式半自動修磨生產(chǎn)線,磨削速度達到80m/s,磨削壓力在2500-5000N以上。90年代,東北大學(xué)開始了超高速磨削技術(shù)的研究,并首先研制成功了我國第一臺圓周速度200m/s,額定功率55kW的超高速試驗?zāi)ゴ?,最高速度達250m/s。
超高速磨削的關(guān)健技術(shù) 超高速主軸 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速,因而,為實現(xiàn)高速切削,砂輪驅(qū)動和軸承轉(zhuǎn)速往往要求很高。主軸的高速化要求足夠的剛度,回轉(zhuǎn)精度高,熱穩(wěn)定性好,可靠,功耗低,壽命長等。為減少由于切削速度的提高而增加的動態(tài)力,要求砂輪主軸及主軸電機系統(tǒng)運行極其精確,且振動極小。
目前,國外生產(chǎn)的高速超高速機床,大量地采用電主軸。 國外的高速電主軸發(fā)展很快,如在日本,1998年10月19屆JIMTOF展覽會上,展出的超高速主軸基本上在10000-25000r/min 之間。目前國際上最高水平的電主軸是瑞士Fisher公司的產(chǎn)品(nmax=40000r/min,N=40kW)。轉(zhuǎn)速高達200000r/min、 250000r/min的實用高速電主軸也正在研究開發(fā)中。沈陽工業(yè)學(xué)院研制的超高速車銑床,采用的電主軸調(diào)速范圍0-18000r/min,最大輸出功率7.5kW。廣西工業(yè)大學(xué)研制的額定轉(zhuǎn)速1500r/min的GD-2型高速電主軸采用Si3N4陶瓷球軸承,最高轉(zhuǎn)速可達18000r/min,主電機額定功率13.5kW。 主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動靜壓軸承等。陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點。其缺點是制造難度大,成本高,對拉伸應(yīng)力和缺口應(yīng)力較敏感磁浮軸承的最高表面速度可達200m/s,可能成為未來超高速主軸軸承的一種選擇。目前磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負荷容量低,所用磁鐵與回轉(zhuǎn)體的尺寸相比過大,價格昂貴??諝忪o壓軸承具有回轉(zhuǎn)梢度高,沒有振動,摩擦阻力小,經(jīng)久耐用,可以高速回轉(zhuǎn)等特點。用于高速、輕載和超精密的場合。液體動靜壓軸承,無負載時動力損失太大,主要用于低速重載主軸。 超高速磨削砂輪 高速磨削砂輪應(yīng)具有好的耐磨性,高的動平衡精度,抗裂性,良好的阻尼特性,高的剛度和良好的導(dǎo)熱性等通常由高機械性能的基體和薄層的磨粒組成。砂輪基體應(yīng)避免殘余應(yīng)力,在運行過程中的伸長應(yīng)最小。通過計算砂輪切向和法向應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力發(fā)生在砂輪基體內(nèi)徑的切線方向,這個應(yīng)力不應(yīng)超出砂輪基體材料的強度極限。大部分實用超硬磨料砂輪基體為鋁或鋼。日本和歐洲也開發(fā)了其它材料如CFRP復(fù)合材料的CBN砂輪。