高速磨削教程

高速磨削5/21/20231高速磨削所属范畴：

先进制造技术——先进加工技术——去除加工——力学加工

定义：通常所说的“磨削”主要是指用砂轮或砂带进行去处材料加工的工艺方法，它是应用广泛的高效精密的终加工工艺方法。按砂轮的线速度将磨削分为：

普通磨削V＜45m/s高速磨削45m/s＜V＜150m/s超高速磨削V＞150m/s

Ⅰ简介5/21/20232高速磨削一、磨削机理①、在高速超高速磨削加工过程中，在保持其它参数不变的条件下，随着砂轮速度的大幅度提高，单位时间内磨削区的磨粒数增加，每个磨粒切下的磨屑厚度变小，导致每个磨粒承受的磨削力大大变小，总磨削力也大大降低。②、超高速磨削时，由于磨削速度很高，单个磨屑的形成时间极短。在极短的时间内完成的磨屑的高应变率(可近似认为等于磨削速度)形成过程与普通磨削有很大的差别，表现为工件表面的弹性变形层变浅，磨削沟痕两侧因塑性流动而形成的隆起高度变小，磨屑形成过程中的耕犁和滑擦距离变小，工件表面层硬化及残余应力倾向减小。③、此外，超高速磨削时磨粒在磨削区上的移动速度和工件的进给速度均大大加快，加上应变率响应的温度滞后的影响，会使工件表面磨削温度有所降低，因而能越过容易发生磨削烧伤的区域，而极大扩展了磨削工艺参数的应用范围。Ⅱ工艺特点5/21/20233高速磨削二、高速磨削的加工特点(1)生产效率高。由于单位时间内作用的磨粒数增加，使材料磨除率成倍增加，比普通磨削可提高30%-100%

；(2)砂轮使用寿命长。由于每颗磨粒的负荷减小，磨粒磨削时间相应延长，提高了砂轮使用寿命。磨削力一定时，200m/s磨削砂轮的寿命是80m/s磨削的两倍；磨削效率一定时，200m/s磨削砂轮的寿命则是80m/s磨削的7.8倍。这非常有利于实现磨削自动化；(3)磨削表面粗糙度值低。超高速磨削单个磨粒的切削厚度变小，磨削划痕浅，表面塑性隆起高度减小，表面粗糙度数值降低；同时由于超高速磨削材料的极高应变率，磨屑在绝热剪切状态下形成，材料去除机制发生转变，因此可实现对脆性和难加工材料的高性能加工；(4)磨削力和工件受力变形小，工件加工精度高。由于切削厚度小，法向磨削力Fn相应减小，从而有利于刚度较差工件加工精度的提高。在切深相同时，磨削速度250m/s磨削时的磨削力比磨削速度180m/s时磨削力降低近一倍；(5)磨削温度低。超高速磨削中磨削热传入工件的比率减小，使工件表面磨削温度降低，能越过容易发生热损伤的区域，受力受热变质层减薄，具有更好的表面完整性。使用CBN砂轮200m/s超高速磨削钢件的表面残余应力层深度不足10微米。从而极大地扩展了磨削工艺参数地应用范围.(6)充分利用和发挥了超硬磨料的高硬度和高耐磨性的优异性能。电镀和钎焊单层超硬磨料砂轮是超高速磨削首选的磨具，特别是高温钎焊金属结合剂砂轮，磨削力及温度更低，是目前超高速磨削新型砂轮.(7)具有巨大的经济效益和社会效益，并具有广阔的绿色特性。高速超高速磨削加工能有效地缩短加工时间，提高劳动生产率，减少能源的消耗和噪声的污染。因超高速磨削热的70%被磨屑所带走，所以加工表面的温度相对低，所需磨削液的流量和压力可相对减少，使冷却液的需求量减少，能量需求减少，污染减少。5/21/20234高速磨削三、技术支持

由于高速磨削砂轮转速极高，对机床功率及性能、砂轮强度、振动、平衡、气流扰动、安全防护和冷却液注入等工艺措施提出了特殊要求。因此与其相关的关键技术有5/21/20235高速磨削（1）高速主轴①高速主轴须有连续自动动平衡系统属于自动控制技术，利用反馈调节模式，采用测量元件和控制元件进行动平衡②保证主轴在高速状态下有足够的转矩用于切削无功功率与转速和砂轮直径有关，在高速磨削状态下可通过选用直径小的砂轮（2）高速磨削砂轮①砂轮基体（满足通用化，降低连接处应力，满足磨削时的强度和刚度要求）②锋利（也就是说，磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切屑，一般采用电镀结合砂轮）③结合剂必须具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损。（电镀结合砂轮，多孔陶瓷结合剂砂轮）（3）冷却润滑系统冷却润滑系统由冷却润滑液、泵、过滤器等组成，对高精度磨削还需有温度控制系统以确保冷却润滑液的温度恒定。冷却润滑液必须完成润滑、冷却、清洗砂轮和传送切屑四大任务。故它必须满足以下的技术要求：①较高的热容量和导热率，以提高冷却率②能承受较高的压力③良好的过滤性能，防腐蚀性和附着力④较高的稳定性，不起泡，不变色⑤对健康无害，易于清洗⑥有利于环境保护，易于处理。5/21/20236高速磨削（4）磨削状态检测及数控技术高速超高速磨削加工中，由于砂轮线速度极高，砂轮由于超高速引起的破碎现象时常发生，砂轮破碎及磨损状态的监测是关系到磨削工作能否顺利进行和保证加工质量和零件表面完整性的关键；在超高速加工中，砂轮与工件的对刀精度，砂轮与修整轮的对刀精度将直接影响到工件的尺寸精度和砂轮的修整质量。5/21/20237高速磨削

因此，在超高速磨削加工中，在线智能监测系统是保证磨削加工质量和提高加工生产率的重要因素。目前，声发射技术已成功用于超高速磨削的无损检测，利用磨削过程中产生的各种声发射源，如砂轮与工件弹性接触、砂轮粘接剂破裂、砂轮磨粒与工件磨擦、工件表面裂纹和烧伤、砂轮与修整轮的接触等均可发射弹性波。这些因素和工件材料、磨削条件、砂轮表面的状态等因素都有着密切的关系。这些因素的改变必然会引起声发射信号的幅值、频谱等方面发生变化，这就使得我们可以通过检测声发射信号的变化来对磨削状态进行判别。因此利用声发射技术可监测磨削裂纹和磨削烧伤、砂轮破碎砂轮磨损、砂轮与工件接触、砂轮与修整轮接触，并取得了令人满意的效果。此外，工件尺寸精度、形状精度、位置精度和加工表面质量的在线监控技术，高精度、高可靠性、实用性强的测试技术与仪器都是高速超高速磨削所必不可少的关键技术。小结5/21/20238高速磨削一、目前，高速磨削的应用主要有三个方面：高速高效深磨、高速精密磨削和难磨材料的高速磨削。（1）高速高效深磨（起源于德国）

以砂轮高速（＞150m/s）、高进给速度（0.5～10m/min）和大切深（0.1～30mm）为主要特征的高效深磨技术是高速磨削在高效加工方面的最新应用。（2）高速精密磨削

高速精密磨削在日本应用最为广泛。因为日本的高速磨削主要不是以获得高生产率为目的，而是对磨削过程的综合性能（如加工精度和表面质量）更感兴趣，它的磨削效率普遍地维持在60mm3/mm.s以下，这是与欧洲高速磨削高效深磨工艺的显著差别。（3）难磨材料的高速磨削

利用高速磨削实现对硬脆材料（工程陶瓷及光学透镜等）的高性能加工是高速磨削领域的一个重要组成部分。

Ⅲ高速磨削的发展现状5/21/20239高速磨削二、高速磨削继续发展所要做的技术突破欲将磨削速度进一步提高，目前仍受许多因素的限制，要想充分发挥高速磨削的优势，必须从制约切削速度的各个方面进行研究。（1）发展高功率高速主轴关键在于开发大功率高速主轴。（2）研制适应高速磨削的新颖砂轮（3）磨床结构的改进尽可能降低机床在高速时由于砂轮不平衡引起的振动，应配置在线自动动平衡系统，以使机床在不同转速时，始终处于最佳的运行状态。为了提高生产效率和工件的加工精度，则应采用高速、高效和高精度进给驱动系统。比如在平面磨床上采用直线电机替代丝杠螺母传动；在进行偏心磨削时，外圆磨床除了须具备高速滑台系统外，还要配备高速数控系统，以保证工件的精度及较高的生产率。（4）优化冷却润滑系统冷却润滑系统在高速磨削中有着极为重要的作用。除了要注意冷却润滑液本身的化学构成外，其供给系统也十分重要。因此，在研制高速磨床时，必须配置高压的冷却润滑供给系统。（5）磨削速度向超音速迈进高速磨削应用研究的下一个目标将是冲破音速大