1 引言
　　
　　隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和高性能科技產(chǎn)品對(duì)機(jī)械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性的要求越來越高。在世界范圍內(nèi) 更加強(qiáng)了磨削理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，新的磨粒加工方法和先進(jìn)磨粒加工技術(shù)、工具與裝備不斷涌現(xiàn)，將磨粒加工這一古老的加工工藝技術(shù)迅速推向新高度，并成為先 進(jìn)加工制造工藝與裝備的重要組成部分。高速/超高速、高效率、自動(dòng)化/數(shù)控化/智能化、超精密等既是當(dāng)前先進(jìn)磨粒加工工藝技術(shù)的主要內(nèi)容，也是先進(jìn)加工制 造工藝與裝備的重要學(xué)科前沿。普通磨削的單位材料去除率不足10 mm3/mm·s，與普通車削、銑削相去甚遠(yuǎn)。所以，提高磨粒加工效率一直是人們不懈追求的目標(biāo)。根據(jù)磨屑去除機(jī)理，材料磨除率可以表示成磨屑平均斷面 積、磨屑平均長(zhǎng)度和單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒數(shù)三者的乘積。因此，如果要提高磨削效率：
　　
　　1）可以采用高速和超高速及寬砂輪磨削來增加單位時(shí)間作用的磨粒數(shù);
　　2）采用深切磨削以增大磨屑長(zhǎng)度;
　　3）采用重負(fù)荷等強(qiáng)力磨削方式以增大磨屑平均斷面積。
　　
　　單獨(dú)或綜合采用這些方法從而使單位材料去除率較普通磨削有較大提高的工藝技術(shù)均為高效率磨粒加工技術(shù)。它主要包括:高速、超高速磨削、緩進(jìn)給 深磨、高效深切磨削、強(qiáng)力磨削和強(qiáng)力晰磨、高速重負(fù)荷荒磨、砂帶磨削、硬脆/難加工材料高效率磨削、高效率研磨和拋光等。其中高速與超高速磨削、緩進(jìn)給深 切磨削、高效深切磨削、砂帶磨削和重負(fù)荷荒磨技術(shù)的發(fā)展最為引人注目。
　　
　　2 高效率磨粒加工技術(shù)發(fā)展
　　
　　1) 高速超高速磨削
　　
　　超高速磨削技術(shù)是現(xiàn)代新材料技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的高度集成，是優(yōu)質(zhì)與高效的完美結(jié)合，是磨削加工工藝的革命性變 革。通常將砂輪線速度大于45m/s的磨削稱為高速磨削，而將砂輪線速度大于150m/s的磨削稱為超高速磨削。超高速磨削在歐洲、日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 發(fā)展較快。歐洲高速超高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步比較早，最初在20世紀(jì)60年代末期就開始進(jìn)行高速超高速磨削的基礎(chǔ)研究，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的磨削速度就已經(jīng)達(dá)到 210～230m/s。1979年德國(guó)Bremen大學(xué)的P. G. Werner教授撰文預(yù)言了高效深磨區(qū)存在的合理性，由此開創(chuàng)了高效深磨的概念。1983年德國(guó)Bremen大學(xué)出資由德國(guó)Guhring Automation公司制造了當(dāng)時(shí)世界上第一臺(tái)高效深磨的磨床，功率為60kW，轉(zhuǎn)速為10000r/min，砂輪直徑為400mm，砂輪圓周速度達(dá)到 了209m/s。Aachen工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá)到500m/s，這一速度已突破了當(dāng)前機(jī)床與砂輪的工作極限。瑞士Studer公司開發(fā)的CBN 砂輪磨削線速度在60m/s以上，并向120～130m/s方向發(fā)展。
　　
　　美國(guó)60年代中期開始提高陶瓷砂輪的線速度，1967年諾頓公司在市場(chǎng)上出售線速度為61m/s的砂輪和磨床。到70年代初，60m/s的磨 床已有相當(dāng)數(shù)量，70m/s,80 m/s乃至90m/s的磨床也相繼出現(xiàn)。1993年，美國(guó)的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床，采用單層CBN砂輪，圓周速度達(dá)到了203m/s,用以加工淬硬的鋸齒等可以達(dá)到很高的金屬切除率。美國(guó) Connecticut大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床，最高磨削速度250m/s。2000年美國(guó)馬薩諸塞州立大學(xué)的S.Malkin等人，以 149m/s的砂輪速度，使用電鍍金剛石砂輪通過磨削氮化硅，研究砂輪的地貌和磨削機(jī)理。目前美國(guó)的高效磨削磨床很普遍，主要是應(yīng)用CBN砂輪。可實(shí)現(xiàn)以 160m/s的速度，75mm3/mm·s的磨除率，對(duì)高溫合金Incone1718進(jìn)行高效磨削，加工后Ra1～2μm，尺寸公差±13μm 。另外采用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪，以150～200m/s的速度磨削，可達(dá)到RaO.81μm，尺寸公差±2.5～5μm。美國(guó)高速磨削的一個(gè) 重要研究方向是低損傷磨削高級(jí)陶瓷。
　　
　　日本的超高速磨削主要不是以獲得高生產(chǎn)率為目的，而對(duì)磨削過程的綜合性能更感興趣。日本70年代中期，就能生產(chǎn)45m/s和60m/s的高速 磨床。1985年前后，在凸輪和曲軸磨床上，磨削速度達(dá)到了80m/s，90年代日本推出了120m/s和250m/s的高速磨床。日本廣泛地用CBN砂 輪取代一般砂輪，其目的是達(dá)到加工的高效率化、省力和無人化。至2000年，日本已進(jìn)行500m/s的超高速磨削試驗(yàn)。Shinizu等人，為了獲得超高 磨削速度，利用改制的磨床，將兩根主軸并列在一起;一根作為砂輪軸，另一根作為工件主軸，并使其在磨削點(diǎn)切向速度相反，取得了相對(duì)磨削速度為Vs+Vw的 結(jié)果，砂輪和工件間的磨削線速度實(shí)際接近l000m/s。這是迄今為止，公開報(bào)道的最高磨削速度。
　　
　　我國(guó)高速磨削起步較晚，1958年開始推廣高速磨削技術(shù)。1964年鄭州磨料磨具磨削研究所和洛陽拖拉機(jī)廠合作進(jìn)行了50m/s高速磨削試 驗(yàn)。1974年鄭州磨料磨具磨削研究所進(jìn)行了50～60m/s的磨削試驗(yàn)，1982年10月，湖南大學(xué)進(jìn)行了60m/s高速強(qiáng)力凸輪磨削工藝試驗(yàn)研究，為 發(fā)展高速強(qiáng)力磨削凸輪軸磨床和高速強(qiáng)力磨削砂輪提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。八十年代初，東北大學(xué)進(jìn)行了大量的高速磨削試驗(yàn)研究。以東北大學(xué)為主開發(fā)的YLM—1型雙 面立式半自動(dòng)修磨生產(chǎn)線，磨削速度達(dá)到80m/s，磨削壓力在2500～5000N以上。1995年，漢江機(jī)床廠使用陶瓷CBN砂輪，進(jìn)行了200m/s 的超高速磨削試驗(yàn)。廣西大學(xué)于1997年前后開展了80m/s的高速低表面粗糙度的磨削試驗(yàn)研究工作。至2000年湖南大學(xué)一直在開展高速磨削研究工作。 在2000年中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，湖南大學(xué)推出了最高線速度達(dá)120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。從2002年開始，湖南大學(xué)開始針對(duì)一臺(tái)250m/s超高 速磨床主軸系統(tǒng)進(jìn)行高速超高速研究，并在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了磁浮軸承設(shè)計(jì)。20世紀(jì)90年代至現(xiàn)在，東北大學(xué)一直在開展超高速磨削技術(shù)的研究，并首先研制成功 了我國(guó)第一臺(tái)圓周速度200m/s、額定功率55kW，最高砂輪線速度達(dá)250m/s的超高速試驗(yàn)?zāi)ゴ玻⑾群筮M(jìn)行了超高速大功率磨床動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)研 究、200m/s電鍍CBN超高速砂輪設(shè)計(jì)與制造、超高速磨削成屑機(jī)理研究、超高速磨削熱傳遞機(jī)制研究、高速鋼的高速深磨研究、超高速單顆粒CBN磨削試 驗(yàn)研究、高速單顆粒磨削機(jī)理研究、超高速磨削溫度場(chǎng)研究、磨削摩擦系數(shù)的研究、超高速磨削砂輪表面氣流場(chǎng)的研究、超高速磨削機(jī)理分子動(dòng)力學(xué)的仿真以及磨削 智能化等方面的研究，部分研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平、部分研究成果與國(guó)際水平持平。
　　
　　2）快速點(diǎn)磨削
　　
　　快速點(diǎn)磨削(Quick - point Grinding)是由德國(guó)Junker公司Erwin Junker先生于1994年開發(fā)并取得專利的一種先進(jìn)的超高速磨削技術(shù)。它集成了超高速磨削,CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先進(jìn)技術(shù)，具有優(yōu)良的 加工性能，是超高速磨削技術(shù)在高效率、高柔性和大批量生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定性方面的又一新發(fā)展。該工藝主要用于軸、盤類零件加工。其CBN或人造金剛石超硬磨料 砂輪軸線在水平和垂直方向與工件軸線形成一定傾角，使用薄砂輪與工件形成小面積點(diǎn)接觸，綜合利用連續(xù)軌跡數(shù)控技術(shù)，以超高速度磨削，可以合并車磨工序。它 既有數(shù)控車削的通用性和高柔性，又有更高的效率和精度，砂輪壽命長(zhǎng)，質(zhì)量非常穩(wěn)定，是新一代數(shù)控車削和超高速磨削的極佳結(jié)合，成為超高速磨削的主要技術(shù)形 式之一。
　　
　　德國(guó)目前在這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地位。目前已在國(guó)外汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用，尤其是在汽車零件加工領(lǐng)域，即齒輪軸或凸輪軸 等。這些零件大都包括切人、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過程，應(yīng)用此項(xiàng)工藝可以通過一次裝夾而實(shí)現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。在齒輪加 工、機(jī)床制造、紡織與印刷機(jī)械制造、陶瓷加工、電子工業(yè)中也有廣闊應(yīng)用前景。我國(guó)部分汽車制造企業(yè)目前也引進(jìn)了幾十臺(tái)這一工藝設(shè)備，并取得了明顯效益。但 應(yīng)用領(lǐng)域尚小，僅限于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸類零件的加工。由于國(guó)內(nèi)目前沒有開展系統(tǒng)的工藝?yán)碚摵蛻?yīng)用研究，沒有掌握其核心技術(shù)及理論，不能掌握工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和編程 技術(shù)，不能配套生產(chǎn)砂輪及相關(guān)附件，只能就單一零件由國(guó)外壟斷定制，全部工藝和設(shè)備均依賴于進(jìn)口。而國(guó)外由于技術(shù)壟斷，對(duì)快速點(diǎn)磨削機(jī)理、規(guī)律、磨削質(zhì)量 控制及點(diǎn)磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)技術(shù)信息也未見更多報(bào)道。因此，跟蹤國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，深人開展快速點(diǎn)磨削技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，對(duì)于在我 國(guó)推廣和發(fā)展該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、提高制造工藝技術(shù)和裝備制造水平具有重要意義。國(guó)內(nèi)東北大學(xué)已開始進(jìn)行超高速點(diǎn)磨削機(jī)理研究及機(jī)床開發(fā)。
　　
　　3）緩進(jìn)給磨削
　　
　　緩進(jìn)給磨削也稱作深切緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削，其特點(diǎn)是采用大的切削深度(1～30mm，比普通磨削大1～1000倍)和很小的工件進(jìn)給速度 (3～300 mm/min，是普通磨削的1/100～1/1000)。緩進(jìn)給磨削通過增大砂輪切深來增加磨屑長(zhǎng)度，以獲得高磨除率(高出普通磨削5倍以上)。該方法在 平面磨削中占有主導(dǎo)地位，主要用在磨削溝槽和成型表面。近年德、英、美、日和瑞士等國(guó)發(fā)展了一系列專用緩進(jìn)給成形磨床，特別是滾珠絲杠和直線電機(jī)技術(shù)的應(yīng) 用更加促進(jìn)了緩進(jìn)給磨削技術(shù)的實(shí)用化。緩進(jìn)給磨削的特點(diǎn)如下：
　　
　　·加工效率高。由于磨削深度大增，接觸弧長(zhǎng)增加，同時(shí)參加切削的磨粒數(shù)增多，因此可以直接磨削出要求的工件形狀，使粗、精加工合并，大大提高了加工效率;
　　
　　·擴(kuò)大了磨削工藝范圍。由于可對(duì)毛坯一次加工成形，故可有效解決一些難加工材料加工問題，例如燃?xì)廨啓C(jī)葉片成形表面加工，高溫合金、不銹鋼、 高速鋼型面或溝槽的磨削等，其效率比銑削高二十多倍。用CBN砂輪緩進(jìn)給磨削真空泵轉(zhuǎn)子槽，不僅比銑削效率高，，而且加工質(zhì)量好，成本節(jié)約40%左右;
　　
　　·砂輪沖擊損傷小，工件形狀精度穩(wěn)定。由于緩進(jìn)給和行程次數(shù)減少，減輕了砂輪與工件邊緣的沖撞次數(shù)和沖撞程度，延長(zhǎng)了砂輪的使用壽命，也減小加工表面波紋度的產(chǎn)生;
　　
　　·磨削力大、磨削溫度高，切屑長(zhǎng)并在磨削區(qū)嚴(yán)重變形，易堵塞砂輪。因此緩進(jìn)給磨削加工時(shí)必須充分供給大量切削液，以降低磨削溫度，保證磨削表面質(zhì)量;
　　
　　·加工精度達(dá)2～5μm，表面粗糙度Ra0.1～0.4μm。
　　
　　4）高效深切磨削(HEDG)
　　
　　高效深磨(High Eficiency Deep Grinding，HEDG)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種集砂輪高速度(100～250m/s)、高進(jìn)給速度(0.5～10m/min)和大切深 (0.1～30mm)為一體的高效率磨削技術(shù)。高效深磨概念是由德國(guó)Bremen大學(xué)Werner教授于1980年創(chuàng)立。目前歐洲企業(yè)在高效深磨技術(shù)應(yīng)用 方面居領(lǐng)先地位，高效深磨可直觀地看成是緩進(jìn)給磨削和超高速磨削的結(jié)合。與普通磨削不同的是高效深磨可以通過一個(gè)磨削行程，完成過去由車、銑、磨等多個(gè)工 序組成的粗精加工過程，獲得遠(yuǎn)高于普通磨削加工的金屬去除率(磨除率比普通磨削高100～1000倍)，表面質(zhì)量也可達(dá)到普通磨削水平。由于它使用比緩進(jìn) 給磨削快得多的進(jìn)給速度，生產(chǎn)效率大幅度提高。后來又進(jìn)一步在CBN砂輪基礎(chǔ)上開發(fā)出200～300m/。的超高速深磨磨床。采用陶瓷結(jié)合劑砂輪以 120m/s的速度磨削，比磨削率可達(dá)500～1000mm3/mm·s，比車削和銑削高5倍以上。英國(guó)用盤形CBN砂輪對(duì)低合金鋼51CrV4進(jìn)行了 146m/s的高效深磨試驗(yàn)研究，材料去除率超過400mm3/mm·s 。德國(guó)Guhring Automation公司FD613超高速平面磨床，150m/s及CBN磨削寬1～10mm、深30mm的轉(zhuǎn)子槽時(shí)工作臺(tái)進(jìn)給速度達(dá)3000mm /min，在125m/s溝槽磨床上，磨削深20mm的鉆頭溝槽可一次完成，金屬磨出率達(dá)500400mm3/mm·s。高效成形磨削作為高效深磨的一種 也得到廣泛應(yīng)用，并可借助CNC系統(tǒng)和CBN成型砂輪完成更復(fù)雜型面的加工，表面質(zhì)量可與普通磨削媲美。此項(xiàng)技術(shù)已成功地用于絲杠、螺桿、齒輪、轉(zhuǎn)子槽、 工具溝槽等以磨代銑加工。
　　
　　5）高速孟負(fù)荷荒磨
　　
　　重負(fù)荷荒磨是以較大的法向修磨壓力快速切除加工余量為目的的磨削方法，適用于鋼坯的修磨，鑄、鍛件的清理以及鋼板的粗磨等，磨除金屬量一般占 鋼坯質(zhì)量的3%～7%。一般不需要修整砂輪，磨削速度通常在50～l00m/s，法向磨削力一般在2.5～15kN，金屬磨除率達(dá)1000kg/h，磨削 功率一般為100～150kW，個(gè)別達(dá)到300kW。該技術(shù)近年發(fā)展較快，砂輪線速度已普遍達(dá)到80m/s，有的高達(dá)120m/s。磨削法向力可達(dá) 10000～12000N，甚至高達(dá)30000N ;材料磨除率可達(dá)500～600kg/h，最高可達(dá)1000kg/h。重負(fù)荷荒磨機(jī)床已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，法向壓力可隨進(jìn)給速度的變化而自動(dòng)調(diào)整并能保持砂 輪轉(zhuǎn)速恒定，大大提高了荒磨生產(chǎn)效率。東北大學(xué)從?0年代開始進(jìn)行高速重負(fù)荷鋼坯荒磨實(shí)驗(yàn)研究，建立了完整的高速重負(fù)荷荒磨理論體系，近年還研制開發(fā)了用 于鋼坯自動(dòng)修磨的并聯(lián)機(jī)器人，最大修磨壓力達(dá)2520N～5000N，最大金屬磨除率達(dá)1780g/min。重負(fù)荷荒磨的技術(shù)特點(diǎn)包括:(1)磨削壓力、 砂輪速度和金屬磨除率高、磨削功率大，要求機(jī)床具有足夠的剛度和強(qiáng)度;(2)使用高強(qiáng)度、高硬度和粗粒度的重負(fù)荷荒磨砂輪。一般均采用樹脂結(jié)合劑和棕剛 玉、微晶剛玉、燒結(jié)剛玉和錯(cuò)剛玉等高韌性磨料，超硬級(jí)硬度，且砂輪不需要修整;(3)采用干式磨削方式。
　　
　　6）砂帶磨削
　　
　　砂帶磨削作為一種在材料表面精密加工中有著，“萬能磨削”和“冷態(tài)磨削”之稱的新型涂附磨削工藝，在現(xiàn)代制造工業(yè)中，其已經(jīng)被當(dāng)作與砂輪磨削 同等重要的不可缺少的加工方法。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，砂帶磨削應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，砂帶磨床抓有量已經(jīng)逐步接近砂輪磨床，其產(chǎn)值比幾乎為1:1。
　　
　　自上世紀(jì)60年代以來，靜電植砂技術(shù)等取得新進(jìn)展，使美、英、日、德等國(guó)砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床都取得長(zhǎng)足進(jìn)步。擁有量已接近砂輪磨床、其產(chǎn) 值比美國(guó)為49:51，德國(guó)45:55 ，日本25:75 ，砂帶磨削量已占磨削總加工量一半以上，涂附磨具加工已成為發(fā)達(dá)國(guó)家獲得高額經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。美國(guó)三家著名砂帶集團(tuán)開發(fā)四萬多種規(guī)格的砂帶，55家公 司生產(chǎn)砂帶磨削機(jī)床。目前，全世界國(guó)家每年生產(chǎn)近40萬臺(tái)砂帶磨床和近9500萬平方米砂帶。砂帶磨削目前正沿著強(qiáng)力、高速、高效和精密方向發(fā)展，如日本 在90年代初利用電泳吸附現(xiàn)象研制成功超微磨粒砂帶，加工如精密陶瓷、石英、硅片等脆性材料的精度可達(dá)十幾個(gè)納米，并能實(shí)現(xiàn)塑性方式磨削。美國(guó)生產(chǎn)的一種 砂帶磨床可以完成5臺(tái)銑床的工作量，以往用硬質(zhì)合金端銑刀加工鑄鐵軸承體，每件加工時(shí)間為4.8min，采用強(qiáng)力砂帶磨床，加工時(shí)間減少到0.8min， 一年可節(jié)約加工費(fèi)4.5萬美元。
　　
　　我國(guó)砂帶磨削研究及涂附磨具制造起步較晚。近年部分高校和科研院校開展了砂帶磨削技術(shù)研究與開發(fā)。“七五”期間由鄭州三磨所、華中理工大學(xué)和 湖南大學(xué)共同完成了“砂帶磨削工藝的試驗(yàn)研究”的攻關(guān)課題。東北大學(xué)試驗(yàn)研究了金屬線材、葉片型面等的砂帶磨削;重慶大學(xué)先后完成“擺線砂帶磨齒工藝”、 “高精度平面砂帶磨削工藝”等項(xiàng)目，近期又對(duì)電解砂帶復(fù)合磨削新工藝進(jìn)行研究，目前開展了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿端面和西氣東輸石油管道焊縫強(qiáng)力砂帶磨削方面的研 究。湖南大學(xué)系統(tǒng)研究了砂帶磨削溫度，1992通過190柴油機(jī)缸蓋平面強(qiáng)力砂帶磨削工藝試驗(yàn)國(guó)家鑒定。華中理工大學(xué)開展了五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨削葉片型 面研究。華東紡織大學(xué)最近研究提出應(yīng)用超微磨粒電泳吸附砂帶實(shí)現(xiàn)脆性材料塑性磨削，以期突破砂帶磨削的精度限制，實(shí)現(xiàn)納米加工。我國(guó)第二砂輪廠和上海砂輪 廠先后從德、意、瑞士等國(guó)引進(jìn)砂帶制造成套技術(shù)和設(shè)備，年產(chǎn)砂帶分別為5×106m2和6×106m2。
　　
　　3 高效率磨粒加工關(guān)鍵技術(shù)
　　
　　1）高效磨削砂輪
　　
　　高效磨削砂輪應(yīng)具有好的耐磨性，高的動(dòng)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，而且其機(jī)械強(qiáng)度必須能承受高效磨削時(shí)的切 削力等。高效磨削砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。結(jié)合劑可以用陶瓷、樹脂或金屬結(jié)合劑等。樹脂結(jié)合劑的剛玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂 輪，使用速度可達(dá)125m/s。單層電鍍CBN砂輪的使用速度可達(dá)250m/s，試驗(yàn)中已達(dá)340m/s。陶瓷結(jié)合劑砂輪磨削速度可達(dá)200m/s。同其 他類型的砂輪相比，陶瓷結(jié)合劑砂輪易于修整。與高密度的樹脂和金屬結(jié)合劑砂輪相比，陶瓷結(jié)合劑砂輪可以通過變化生產(chǎn)工藝獲得大范圍的氣孔率。美國(guó) Norton公司研究出一種借助化學(xué)粘接力把持磨粒的方法，可使磨粒突出50%的高度而不脫落，其結(jié)合劑抗拉強(qiáng)度超過1553N/mm2(電鍍鎳基結(jié)合劑 為345～449N/mm2)。我國(guó)的南京航空航天大學(xué)已成功地研制高溫釬焊單層超硬磨料砂輪以減少磨削熱，增加磨削比，取得了較好的效果。阿亨工業(yè)大學(xué) 在其砂輪的鋁基盤上使用溶射技術(shù)實(shí)現(xiàn)了磨料層與基體的可靠粘接。為了保證砂輪在整個(gè)使用壽命中保持鋒利，砂輪的結(jié)構(gòu)需有利于磨粒分裂。要達(dá)到砂輪自鋒利的 目的，除了應(yīng)盡量降低結(jié)合劑的比例外，還要優(yōu)化磨粒的空間分布。為此對(duì)砂輪應(yīng)有一套完善的修整技術(shù)。砂輪修整是決定磨削質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，不同的修整方 法具有不同的特點(diǎn)，因而應(yīng)用中需綜合考慮加工條件、工件材料、砂輪材料等因素，以選擇最佳修整方案。
　　
　　主軸及其軸承技術(shù)
　　
　　高效率磨床主軸單元的性能在很大程度上決定了高效率磨削加工的極限，因而，為實(shí)現(xiàn)高效率磨削加工，對(duì)砂輪驅(qū)動(dòng)和軸承轉(zhuǎn)速往往要求很高。主軸的 高速化要求主軸有足夠的剛度，回轉(zhuǎn)精度高，熱穩(wěn)定性好，可靠，功耗低，壽命長(zhǎng)等。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡，主軸的支撐(軸承)，主軸系統(tǒng)的潤(rùn) 滑和冷卻，系統(tǒng)的剛性等是很重要的。主軸軸承可采用陶瓷滾動(dòng)軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動(dòng)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(shí)尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是制造難度大，成本高，對(duì)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(dá) 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(fù)荷容量低，所用磁鐵與回轉(zhuǎn)體的尺寸相比過大，價(jià)格昂貴。空氣 靜壓軸承具有回轉(zhuǎn)精度高，沒有振動(dòng)，摩擦阻力小，經(jīng)久耐用，可以高速回轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。用于高速、輕載和超精密的場(chǎng)合。液體動(dòng)靜壓軸承，無負(fù)載時(shí)動(dòng)力損失太大， 主要用于低速重載主軸。
　　
　　高效率磨床
　　
　　高速高效加工不但要求機(jī)床有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率，而且同時(shí)要求機(jī)床工作臺(tái)有很高的進(jìn)給速度和運(yùn)動(dòng)加速度。還需盡可能組合多種磨削功能，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)磨床上能完成所有的磨削工序。此外還要求機(jī)床有高動(dòng)態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性，高度自動(dòng)化和可靠的磨削過程。
　　
　　磨床支承構(gòu)件是砂輪架、頭架、尾架、工作臺(tái)等部件的支撐基礎(chǔ)件。要求它有良好的靜剛度、動(dòng)剛度及熱剛度。對(duì)于高速超高速磨床，國(guó)內(nèi)外都有采用 聚合物混凝土(人造花崗巖)來制造床身和立柱的，也有的將立柱和底座采用鑄鐵整體鑄造而成，還有采用鋼板焊接件，并將阻尼材料填充其內(nèi)腔以提高其抗震性， 這些都收到了很好的效果。進(jìn)給系統(tǒng)是評(píng)價(jià)高速超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一，而隨著高速超高速加工的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都普遍采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)， 高動(dòng)態(tài)性能的直線電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)。如德國(guó)西門子公司的直線電機(jī)最大進(jìn)給速度可達(dá)200m/min，其最大推力可達(dá)6600N，最大位移距離為 504mm。
　　
　　磨削液供給技術(shù)
　　
　　高速磨削時(shí)，氣流屏障阻礙了磨削液有效地進(jìn)入磨削區(qū)，還可能存在薄膜沸騰的影響。因此，采用恰當(dāng)?shù)淖⑷朔椒ǎ黾幽ハ饕哼M(jìn)人磨削區(qū)的有效部 分，提高冷卻和潤(rùn)滑效果，對(duì)于改善工件質(zhì)量，減少砂輪磨損，極其重要。常用的磨削液注人方法有:手工供液法和澆注法、高壓噴射法、空氣擋板輔助截?cái)鄽饬? 法、砂輪內(nèi)冷卻法、利用開槽砂輪法等。在超高速條件下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削區(qū)的冷卻，沖走切屑，磨削液的噴注必須有足夠大的動(dòng)量，以沖破砂輪周圍的高速氣流， 使磨削液抵達(dá)磨削區(qū)。為了保證超高速磨削的表面質(zhì)量，提高磨削液的利用率，減少磨削液中殘留雜質(zhì)對(duì)加工質(zhì)量及機(jī)床系統(tǒng)的不良影響，必須采用一套高效高過濾 精度的磨削液過濾系統(tǒng)。從噴嘴噴注在砂輪上的磨削液，會(huì)在強(qiáng)大離心力作用下形成嚴(yán)重的油霧。所以超高速磨床還要把磨削區(qū)封閉起來，并要及時(shí)抽出油霧。然后 利用離心和靜電的方法進(jìn)行油氣分離。
　　
　　砂輪、工件安裝定位及安全防護(hù)技術(shù)
　　
　　高速及超高速磨削砂輪動(dòng)能很大，必須設(shè)置高強(qiáng)度半封閉或封閉的砂輪防護(hù)罩，罩內(nèi)最好敷設(shè)緩沖材料，以吸收或減少砂輪碎塊的二次彈射。
　　
　　磨削狀態(tài)檢測(cè)及數(shù)控技術(shù)
　　
　　高效率磨削加工中，由于砂輪線速度極高，砂輪由于超高速引起的破碎現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，砂輪破碎及磨損狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是關(guān)系到磨削工作能否順利進(jìn)行和保 證加工質(zhì)量和零件表面完整性的關(guān)鍵;在超高速加工中，砂輪與工件的對(duì)刀精度，砂輪與修整輪的對(duì)刀精度將直接影響到工件的尺寸精度和砂輪的修整質(zhì)量，因此， 在超高速磨削加工中，在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證磨削加工質(zhì)量和提高加工生產(chǎn)率的重要因素。目前，聲發(fā)射技術(shù)已成功用于超高速磨削的無損檢測(cè)，利用磨削過程中 產(chǎn)生的各種聲發(fā)射源，如砂輪與工件彈性接觸、砂輪粘接劑破裂、砂輪磨粒與工件磨擦、工件表面裂紋和燒傷、砂輪與修整輪的接觸等均可發(fā)射彈性波。這些因素和 工件材料、磨削條件、砂輪表面的狀態(tài)等因素都有著密切的關(guān)系。這些因素的改變必然會(huì)引起聲發(fā)射信號(hào)的幅值、頻譜等方面發(fā)生變化，這就使得我們可以通過檢測(cè) 聲發(fā)射信號(hào)的變化來對(duì)磨削狀態(tài)進(jìn)行判別。因此利用聲發(fā)射技術(shù)可監(jiān)測(cè)磨削裂紋和磨削燒傷，砂輪破碎砂輪磨損、砂輪與工件接觸、砂輪與修整輪接觸，并取得了令 人滿意的效果。此外，工件尺寸精度、形狀精度、位置精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)，高精度、高可靠性、實(shí)用性強(qiáng)的測(cè)試技術(shù)與儀器都是高效率磨削所必不 可少的關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　4 結(jié)語
　　
　　高效磨削加工技術(shù)是先進(jìn)的制造技術(shù)，徹底解決了傳統(tǒng)磨削加工高精度、低效率的加工局限，在獲得高效率，高精度的同時(shí)，又能對(duì)各種材料和形狀進(jìn) 行高表面完整性加工并降低成本。在我國(guó)現(xiàn)有條件下，大力加強(qiáng)高效磨削加工技術(shù)的研究、推廣和應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的加工水平和加快新產(chǎn)品開發(fā)具有十 分重要的意義。如今超硬材料的應(yīng)用日益廣泛，實(shí)施高速高效磨削是加工超硬材料和難切材料的優(yōu)選加工工藝。由于超硬磨料磨具的應(yīng)用，高速、大功率精密機(jī)床及 數(shù)控技術(shù)發(fā)展、新型磨削液和砂輪修整等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、高速超高速磨削和高效率磨削技術(shù)應(yīng)用、磨削自動(dòng)化和智能化等技術(shù)的發(fā)展，使高效率磨粒加工在機(jī)械制 造領(lǐng)域具有更加重要的地位，具有很好的發(fā)展前景。