美国高速磨削的一个重要研究方向是低损伤磨削高级陶瓷。传统的方法是采用多工序磨俐,而高速磨削试图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质量的氮化硅陶瓷零件。 日本 ,日本高速磨削技术在近20年来发展迅速,1976年,在凸轮磨床上开始应用CBN砂轮进行40m/s的高速磨削,1985年前后,在凸轮和曲轴磨床上,磨削速度达到了80m/s。1990年后,开始开发160m/s以上的超高速磨床。目前,实用的磨削速度已达到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已经研制出,该磨床主轴最大转速3000r/min,最大功率22kW,采用直径250mm的砂轮,最高周速达395m/s。并在30- 300m/s速度范围内研究了速度对铸铁可加工性的影响。 日本的丰田工机、三菱重工、冈本机床制作所等公司均能生产应用CBN砂轮的超高速磨床,日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床,采用陶瓷结合剂CBN砂轮,圆周速度达到了200m/s。 中国 我国高速磨削起步较晚,1974年,第一汽车厂、第一砂轮厂、瓦房店轴承厂、华中工学院、郑州三磨所等先后进行50-60m/s的磨削试验;湖南大学进行了60-80m/s高速磨削试验。1975年10月,南阳机床厂试制成功了MS132型80m/s高速外圆磨床。1976年,上海机床厂、上海砂轮厂、郑州三磨所、华中工学院、上海交通大学、广州机床研究所、武汉材料保护研究所等组成高速磨削试验小组,对80m/s,100m/S高速磨削工艺进行了试验研究。与此同时,上海机床厂设计制造了MBSA1332型80m/s半自动高速外圆磨床,磨削效率达到了车削和铣削的生产率。1977年,湖南大学在实验室成功地进行了100m/s, 120m/s高速磨削试验、在2000年中国数控机床展览会(CCMT''''2000)上,湖南大学推出了最高线速度达120m/s的数控凸轮轴磨床。 1976年,东北大学与阜新第一机床厂合作,研制成功F1101型60m/s高速半自动活塞专用外圆磨床。到80年代初,东北大学进行了大量的高速磨削试验研究。以东北大学为主开发的YLM-1型双面立式半自动修磨生产线,磨削速度达到80m/s,磨削压力在2500-5000N以上。90年代,东北大学开始了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。
超高速磨削的关健技术 超高速主轴 提高砂轮线速度主要是提高砂轮主轴的转速,因而,为实现高速切削,砂轮驱动和轴承转速往往要求很高。主轴的高速化要求足够的刚度,回转精度高,热稳定性好,可靠,功耗低,寿命长等。为减少由于切削速度的提高而增加的动态力,要求砂轮主轴及主轴电机系统运行极其精确,且振动极小。
目前,国外生产的高速超高速机床,大量地采用电主轴。 国外的高速电主轴发展很快,如在日本,1998年10月19届JIMTOF展览会上,展出的超高速主轴基本上在10000-25000r/min 之间。目前国际上最高水平的电主轴是瑞士Fisher公司的产品(nmax=40000r/min,N=40kW)。转速高达200000r/min、 250000r/min的实用高速电主轴也正在研究开发中。沈阳工业学院研制的超高速车铣床,采用的电主轴调速范围0-18000r/min,最大输出功率7.5kW。广西工业大学研制的额定转速1500r/min的GD-2型高速电主轴采用Si3N4陶瓷球轴承,最高转速可达18000r/min,主电机额定功率13.5kW。 主轴轴承可采用陶瓷滚动轴承、磁浮轴承、空气静压轴承或液体动静压轴承等。陶瓷球轴承具有重量轻、热膨胀系数小、硬度高、耐高温、高温时尺寸稳定、耐腐蚀、寿命高、弹性模量高等优点。其缺点是制造难度大,成本高,对拉伸应力和缺口应力较敏感磁浮轴承的最高表面速度可达200m/s,可能成为未来超高速主轴轴承的一种选择。目前磁浮轴承存在的主要问题是刚度与负荷容量低,所用磁铁与回转体的尺寸相比过大,价格昂贵。空气静压轴承具有回转梢度高,没有振动,摩擦阻力小,经久耐用,可以高速回转等特点。用于高速、轻载和超精密的场合。液体动静压轴承,无负载时动力损失太大,主要用于低速重载主轴。 超高速磨削砂轮 高速磨削砂轮应具有好的耐磨性,高的动平衡精度,抗裂性,良好的阻尼特性,高的刚度和良好的导热性等通常由高机械性能的基体和薄层的磨粒组成。砂轮基体应避免残余应力,在运行过程中的伸长应最小。通过计算砂轮切向和法向应力,发现最大应力发生在砂轮基体内径的切线方向,这个应力不应超出砂轮基体材料的强度极限。大部分实用超硬磨料砂轮基体为铝或钢。日本和欧洲也开发了其它材料如CFRP复合材料的CBN砂轮。