提高磨粒加工效率與精度一直是制造業(yè)追求的永恒主題。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和高性學(xué)技產(chǎn)品對機械零件的加工精度、表面粗糙度、表面完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性要求越來越高，超高速磨床磨削加工方法的出現(xiàn)，將磨粒加工這一古老的加工工藝技術(shù)迅速推新高度，并成為*加工制造工藝與裝備的重要組成部分。
高速磨削加工未來的研究內(nèi)容呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉融合的趨勢，表現(xiàn)在：
1)與材料科學(xué)、摩擦學(xué)、微納技術(shù)等交叉，研究高速切削摩擦學(xué)、高速磨具技術(shù)。
2)與計算機技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能等交叉，研究高速切削加工過程建模、仿真與高速切削數(shù)據(jù)庫。
3)與信息技術(shù)、微納技術(shù)、控制理論、測試技術(shù)等交叉，研究高速磨削過程的監(jiān)控技術(shù)。
高速、高效率、自動化/數(shù)控化/智能化、超精密等既是當(dāng)前*磨粒加工工藝技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，也是*加工制造工藝與裝備的重要學(xué)科前沿。
高速磨削加工未來的發(fā)展趨勢和技術(shù)目標(biāo)主要表現(xiàn)為：砂輪線速度達到150~300m/s,加工普通鋼達到80~200m/s，加工難加工材料達到120~300m/s，金屬比磨除率大大提高，可達2000mm3/(mm/s)，進給量增大0.5-10mm，可實現(xiàn)以磨代車、以磨代銑。
高速磨削加工的理念從20世紀(jì)初提出以來，經(jīng)歷近70年的理論與實驗研究。20世紀(jì)年代以后，高速磨削加工理論基礎(chǔ)研究取得了新的進展，主要包括高速磨削加工時鋸齒狀磨屑的形成機理，機床結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及磨削顫振的避免，磨削加工表面的溫度以及高速磨削時磨屑、事削力和工件磨削熱量的分配等。高速新型電主軸、高速磨削用的金剛石和立方氮化砂輪的出現(xiàn)與使用，標(biāo)志著高速／高效磨削加工技術(shù)已從理論研究開始進入工業(yè)應(yīng)用階段。近20年來，隨著材料、信息、微電子、計算機等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高速磨削加工技術(shù)在德、美、日等工業(yè)發(fā)達國家迅速發(fā)展。
1、歐洲
歐洲高速/超高速磨削技術(shù)的發(fā)展起步比較早，在20世紀(jì)460年代末期就開始進行高速/超高速磨削的基礎(chǔ)研究。實驗室磨削速度已達210～230m/s。70年代末期，高速磨削采用CBN砂輪，德國Bremen大學(xué)的P．G．Wemer教授撰文預(yù)言了高效深磨存在的合理性，由此開創(chuàng)了高效深磨的概念。1983年德國Bremen大學(xué)出資由德國guehring automation公司制造了當(dāng)時一臺高效深磨的磨床，功率為60kW，轉(zhuǎn)速為10000r/min，砂輪直徑為400mm，磨削速度達到了209m/s。90年代初，已經(jīng)在實驗室實現(xiàn)了速度350m/s的磨削實驗。警入2l世紀(jì)后，在Aachen工業(yè)大學(xué)實驗室，磨削速度已達到500m/s，這一速度已突破了當(dāng)前機床與砂輪的工作極限。
20世紀(jì)70年代，意大利的法米爾（famir）公司在西德漢諾威國際機床展覽會上，展出了砂輪圓周速度為120m/s軸承內(nèi)套圈外溝的高速磨床。德國KAPP公司制造的高效深磨超高速磨床，利用300m/s的代替輪磨削速度在60s內(nèi)對有10個溝槽的成組轉(zhuǎn)子毛坯完成一次磨削成形，砂輪壽命內(nèi)可完成轉(zhuǎn)子加工1300個。Schaudt公司以生產(chǎn)凸輪磨床，外圓磨床為主，曾在改裝的成形磨床上進行了超高速磨削試驗。Naxos union公司為其高速磨床研制出變厚度CBN砂輪。Song machinery公司也相繼開發(fā)并推出了各類高速磨床。瑞士studer公司開發(fā)的CBN砂輪線速度在60m/s以上，并向120~130m/s方向發(fā)展，其S40高速CBN砂輪磨床，在125m/s時高速磨削性能發(fā)揮得充分，在500m/s也能照常工作。
快速點磨削是由德國junker公司的erwin junker于1994年開發(fā)并取得的一種*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*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、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。該技術(shù)主要用于軸、盤類零件加工。德國目前在這項新技術(shù)的研究開發(fā)上必于地位。目前已在國外汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得勁應(yīng)用，尤其是在汽車零件加工鈣域。即齒輪軸或凸輪軸等。這些零件大都包括切入、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過程，殖用此項技術(shù)可以通過一次性裝夾而實現(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、機床制造、紡織與印刷機械制造、一陶瓷加工、電子工業(yè)中也有廣闊的應(yīng)用前景。我部分汽車制造企業(yè)目前也引進了幾十臺這一工藝設(shè)備，并取得了明顯效益，但應(yīng)用領(lǐng)域小，于汽車發(fā)動機軸類零件。
德國Guehring Autpmation公司RB625超高速外圓磨床，使用CBN砂輪，也可將毛坯一次磨成主軸，每分鐘可磨除2kg金屬。
2、美國
美國20世紀(jì)60年代中期開始通過提高陶瓷砂輪的線速度來提高磨削效率。1967年頓公司在市場出售線速度為61m/s的砂輪和磨床。70年代初，60m/s的磨床已有相當(dāng)數(shù)量，70m/s、80m/s乃至90m/s的磨床也相繼出現(xiàn)。1993年，美國的Edgetek Machine公司推出的超高速磨床，采用單層CBN砂輪，線速度達到了203m/s，用以加工淬硬的鋸齒，可以達到很高的金屬磨除率。
美國的Kocach．J．A、Malkin．S等人對*陶瓷的高速低損傷磨削方法進行研究，摒棄傳統(tǒng)的多級磨削工序，以單個高速磨削工序代替，與傳統(tǒng)多級磨削方法相比，這種高效磨削工藝的金屬磨除率高、成本低，適于加工高質(zhì)量氮化硅陶瓷零件，在可行性試驗研究中，采用相對粗的鋼基金剛石砂輪(120p,m/磨粒)來進行表面磨削試驗，穢。為178m/s，金屬比磨除率z，達11mm3/(mm.s)，可發(fā)現(xiàn)隨磨削速度增大或金屬比磨除率的減小，磨削力大幅減小，表面質(zhì)量有改善趨勢；而且，即使在普通砂輪線速度磨削加工和在高金屬比磨除率下，表面質(zhì)量也有改善。研究中發(fā)現(xiàn)：在相對低的金屬磨除率下，提高口。能大大降低表面破裂，通過增大u或瓦可使磨削方式從″脆性破碎″向″延性″磨削方式過渡。有關(guān)學(xué)者對各種磨削速度(250m/s。135m/s,20m/s)的理論分析研究表明，柔性粘結(jié)劑CBN砂輪相對于剛性粘結(jié)劑砂輪具有更大的金屬比磨除率，特別是在較小磨削深度和高的工件旋轉(zhuǎn)速度情況下。
美國Connecticut大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心的無心外圓磨床，磨削速度為250m/s這臺機床采用開環(huán)結(jié)構(gòu)控制、高壓高流量冷卻液供液系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速達到10000r/min，修整砂輪轉(zhuǎn)速達12000r/min，磨削主軸功率為30kW，砂輪自動平衡，零件自動裝卸，為降低機床熱變形在幾個方面采取了特別措施，以獲得較好的零件尺寸一致性。通過采用雙支承程砂輪裝夾及大的液體靜承系統(tǒng)，使機床剛性增大。經(jīng)有限元技術(shù)設(shè)計的雙曲線形直徑為400mm的砂輪，采用電鍍和可修整的CBN粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)，可允許支承主軸轉(zhuǎn)速達到15000r/min。
2000年美國馬薩諸塞州州立大學(xué)的S Malkin等人，以149m/s的砂輪線速度，使用電鍍金剛石砂輪，通過磨削氮化硅，研究砂輪的形貌和磨削機理。1970年美國的本迪克斯公司曾生產(chǎn)了91m/s切入式高速磨床。
目前美國的超高速磨床很普遍，主要是應(yīng)用CBN砂輪，實現(xiàn)以160m/s的速度、75mm3/(mm．s)的比磨除率對高溫合金Inconel718進行高效磨削，加工后達R=1~21um，尺寸公差為±13斗m。另外采用直徑400mm的陶瓷CBN砂輪，以150～200m/s的速度磨削，可達到R。=O．81xm，尺寸公差為±2．5—51LLm，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削，而高速磨削試圖采用粗精加工一次磨削，以高的金屬比磨除率和低成本加工高質(zhì)量的氮化硅陶瓷零件。
3、日本
日本高速磨削/超高速磨削技術(shù)在近20年來發(fā)展迅速。1976年，日本在凸輪磨床上開始應(yīng)用CBN砂輪進行45m/s的高速磨削，1985年前后，在凸輪和曲軸磨床上，實現(xiàn)了磨削速度達到80m/s的磨削。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。20世紀(jì)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，其目的是達到加工的高效率化、省力和無人化。近年來，日本已研制出400m/s的超高速平面磨床，該磨床主軸轉(zhuǎn)速為30000r/min，功率為22kW，采用直徑為250mm的砂輪，．線速度達395m/s，并在30～300m/s的速度范圍內(nèi)研究了線速度對鑄鐵可加工性的影響。2000年，日本已進行了500m/s的超高速磨削試驗。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，并使其在磨削點切向速度相反，砂輪和工件間的相對磨削線速度實際接近1000m/s。這是迄今為止公開報道的磨削速度。
日本的Noritake公司開發(fā)的crRe增強碳纖維復(fù)合材料做基體的直徑為380mm的CBN砂輪，口=200m/s，工件與砂輪的速度比為1/100，進行了兩組試驗，在保持20mm3/(mm。s)的金屬比磨I象率情況下，兩個比磨削力(只)都隨t增大而降低，磨削比隨虬增大而增大。這可認為相當(dāng)于磨屑厚度降低抑制砂輪損耗，由此表明可通過提高％使尺。降低，使砂輪壽命延長；在保持恒定磨屑幾何尺寸隋況下，砂輪線速度提高對磨削力等指標(biāo)沒有什么影響。
日本的超高速磨削主要不是以獲得高生產(chǎn)率為目的，而對磨削過程的綜合性能更感興趣。13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cA32一U50A型CNC超高速磨床，采用陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，線速度達到了200m/s。日本豐田工機近幾年還推出了超高速數(shù)控外圓磨床GZ50P，其砂輪線速度可達200m/s。使用陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，以160m/s的砂輪線速度磨削減速器零件(材料為HRC58的淬硬鋼)時，工件轉(zhuǎn)數(shù)為1000r/min，加工余量：0.125mm。所得到的加工結(jié)果是：加工時間72s，工件圓度1．2¨m，表面粗糙度R1.9m。與使用普通砂輪的切入磨削相比，加工時間和工件圓度誤差都減少了一半。
日本豐田工機推出了實用化的砂輪線速度達200m/s的凸輪磨床。由于單位時間的磨除量(即磨除率)決定著作用于砂輪的載荷，因此在凸輪磨削中，對于磨除量較大的角度部位，要放慢工件的回轉(zhuǎn)速度，以控制單位時間的磨除量逐漸變化。現(xiàn)在，日本豐田工機正在積極進行CNC位置指令的高速化、高分辨率化、提高伺服響應(yīng)等技術(shù)開發(fā)，而且在工件回轉(zhuǎn)速度的控制方面確立并采用了主軸無級變速控制。另外，砂輪進給系統(tǒng)采用了直線電動機、靜壓導(dǎo)軌，實現(xiàn)了無摩擦、無間隙，提高了砂輪磨削深度控制的響應(yīng)性能，利用工件的回轉(zhuǎn)速度控制圭訪和砂輪進給技術(shù)，控制了由工件角度引起的磨除量的變化，能始終保證非常高的磨削效率，即使進行凸輪輪廓磨削加工，也能充分發(fā)揮縮短磨削時間的優(yōu)點。
4、中國
我國高速磨削起步較晚，1958年開始推廣高速磨削技術(shù)。1964年鄭州磨料磨具削研究所和洛陽拖拉機廠合作進行了50m/s高速磨削試驗。1974年鄭州磨料磨具磨削研究所進行了50．60m/s的磨削試驗，1982年10月，湖南大學(xué)進行了60m/s高速強力凸輪磨削工藝試驗研究，為發(fā)展高速強力磨削凸輪軸磨床和高速強力磨削砂輪提供了試驗數(shù)據(jù)。20世紀(jì)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一1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。1995年，漢江機床廠使用陶瓷CBN砂輪，進行了200m/s的超高速磨削試驗。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研究工作。自1980年開始，湖南大學(xué)一直在開展高速磨削研究工作。1980年在國內(nèi)提出了冷激鑄鐵的以磨代車高效磨削工藝，實現(xiàn)了對冷激鑄鐵軸的以磨代車的一次性磨削加工，加工效率比傳統(tǒng)磨削提高3～8倍，在東風(fēng)汽車公司、一汽車集團公司、南京汽車集團有限公司等國內(nèi)數(shù)百家汽車發(fā)動機企業(yè)得到大批量推廣應(yīng)用。1985在國內(nèi)提出了高速強力磨削工藝，實現(xiàn)了高速重載下的大余量進給磨削。通過對湖南動力集團有限責(zé)任公司三缸柴油機高速強力凸輪軸的大量磨削試驗及磨削機理的探討，實現(xiàn)了對凸輪軸的高效強力磨削。在2000年中國數(shù)控機床展覽會上，湖南大學(xué)推出了線速度達120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。2002年開發(fā)了切點跟蹤高速磨削曲軸新工藝與軟件，從根本上解決了曲拐、偏心圓等類零件工序分散加工造成的加工效率低和重復(fù)定位誤差大的難題。2004年對45鋼、40Cr等金屬材料進行了CBN砂輪從90～250m。不同磨削參數(shù)的超高速磨削工藝研究，獲得了不同材料的磨削參數(shù)。2005年，提出了優(yōu)化選擇各種磨削參數(shù)以限度地實現(xiàn)材料的延性域加工，減少磨削表面/亞表面裂紋和損傷的方法，實現(xiàn)了硬脆陶瓷材料平面、薄壁深溝槽的高質(zhì)量低成本加工。使工程陶瓷一次性磨削深度達6mm，金屬比磨除率大于120mm3/(mm/s)，磨削比大于1670，被磨削工件微裂紋深度小于10斗m和無微裂紋。2009年研發(fā)出線速度達200m/s的數(shù)控非圓輪廓磨床。
2002年湖南大學(xué)在*先研制了我國臺磨削速度為314m/s的數(shù)控超高速平面磨床，并先后進行了超高速大功率磨床動靜壓主軸系統(tǒng)研究、200m/s電鍍CBN超高速砂輪設(shè)計與制造、超高速磨削成屑機理研究、超高速磨削熱傳遞機制研棗、硬脆材料的超高速深磨研究、鈦合金超高速單顆粒CBN磨削試驗研究、高速單顆粒磨削機理研究、超高速磨削溫度場研究、磨削摩擦因數(shù)的研究、超高速磨削砂輪表面氣流場的研究、超高速磨削機理分子動力學(xué)的仿真以及磨削智能化等方面的研究，部分研究成果達到水平，部分研究成果與國際水平持平。
快速點磨削工藝已在我國汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用，尤其是在汽芋零件加工領(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)用此項工藝可以通過一次裝夾而實現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。由于國內(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1零件由國外壟斷定制，全部工藝和設(shè)備均依賴于進口。而國外由于技術(shù)壟斷，對快速點磨削的機理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實驗研究及相關(guān)技術(shù)信息也．未見更多報道。超高速磨床磨削對裝備的基本要求