解析超高速磨削砂輪技術發展

丁海濤

（國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心,北京 100190）

解析超高速磨削砂輪技術發展

丁海濤

（國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心,北京 100190）

超高速磨削砂輪加工是集精加工和粗加工于一身，可以與刨削、車等相媲美的金屬磨除率，同時也是現代先進制造法不可或缺的一部分，對現代生產技術的發展有著重要作用。基于此，本文對超高速磨削砂輪技術發展進行了重點介紹，希望對其發展能夠有所幫助。

超高速磨削；砂輪；磨削技術

超高速磨削作為一種新興技術，其涉及到許多相關的技術。例如：計算機、納米加工、光學、液壓等。超高速磨削最先出現在德國，隨后在日本和歐美等國家發展起來，同時隨著技術的成熟，其也逐漸向高效、高精度、綠色生產方向發展。

1 超高速磨削的優點

超高速磨削不僅可以對超硬材料進行加工，而且也可以對高塑性材料進行加加工，同普通磨削進行比較，其具有以下優點。

（1）在磨削過程中可以大幅度的提高加工效率，并且可以減少磨床的數量，磨削速度與磨削技術發展關系密切，同時磨削效率也一直都是磨削技術發展的重點內容，通過五十多年的發展，磨削去除率已經提高了近百倍。

（2）降低磨削力，提高精準度。磨削過程需要磨削力對其進行反映，超高磨削可以大幅度減少磨削力，實際應用表明，當進給量固定時，磨屑變薄，加工精度將會提高。砂輪的線速度速度變大，因此在單位時間內粒數也將會變得更多，單顆磨粒承擔的磨削力將會下降，而提高磨削速度，工件面與砂輪之間的摩擦區將會有最初的固態逐漸轉變為液態，有效的降低磨削力。

（3）提高了工件表面的光滑度。磨削速度的提高對于提高工件表面光滑度和質量有著重要作用，同時也應當降低每顆磨粒切削厚度。提高磨粒在磨削區域內的移動，并且加快了工件進給速度，從而使磨削區得以快速與工件表面發生脫離，降低相應溫度，減小工件表面上的余力。同時砂輪線速度的不斷提高，可以有效的降低單顆磨粒去除工件材料時犁兩側隆起的面積比溝槽橫截的面積的值，使磨削表面變得更加光滑，提高工件質量。

（4）減低成本，提高社會效益。超高磨削能夠降低成本，提高社會效益主要因為其主要以下優點：高生產率、加工工序簡單、加工時間合理、人員和設備投入低、產生的污染小。

2 超高速磨削砂輪

2.1 自動平衡

自動平衡在超高速磨削的砂輪系統中有著重要作用，超高速磨削砂輪在工作中即使存在很小的不平衡也會產生很大的離心力，導致機床發生強烈的振動，損壞設備。一般來說，砂輪自動平衡系統主要由振動控制器、傳感器、平衡頭等部件組成。傳感器的主要作用是對砂輪在旋轉過程中產生的信號進行處理，從而確定不平衡量的相位和大小，然后利用振動控制器和平衡頭對產生的不平衡進行校正，確保超高速磨削砂輪能夠正常運行。氣體式、液體式、機械式是超高速磨床中經常使用的三種在線動平衡系統。在線動平衡系統對確保產品質量、提高機床壽命、提高磨床生產力都有著重要作用，德國、日本德國發達國家在磨床上都應用了在線動平衡系統。

2.2 磨料

立方氮化硼和金剛石砂輪和稱為超硬磨砂料，其是高效和高速磨削的保障。立方氮化硼和金剛石兩者的性能上互補。立方氮化硼砂輪可以磨削高韌性、高強度、耐熱、淬硬度高的金屬材料，金剛石砂輪則更加善于磨削陶瓷、光學玻璃、寶石等脆性高、硬度高的非金屬材料，兩者之間的相互配合為磨削產業帶來了福音。目前超硬磨料砂輪已經得到了廣泛的應用，尤其是在較高溫度下仍然較穩定并且硬度高的立方氮化硼砂輪，將其應用在加工產業中提高了經濟效益，同時實現了高效，節能的目的，是目前工具的主要發展方向。

超高速磨削中使用的立方氮化硼具有以下特點：

（1）在高溫下具有較高的穩定性，在標準氣壓下1300℃環境下立方氮化硼不會發生化學反應，而金剛石在標準氣壓下其化學性質的穩定性智能維持在800℃，由此可見立方氮化硼同金剛石相比耐燃性更強。

（2）導熱系數高，在磨削過程中如果產生同樣的熱量立方氮化硼出入工件中的熱量要明顯低于金剛石，因此在施工中可以有效的控制空間溫度，同樣的冷卻條件下，使用立方氮化硼可以減低工件因為溫度過高而受到傷害，從而提高了工件表面的完整性和精準性。

（3）比磨削能低，利用立方氮化硼砂輪在大金屬切除中能夠實現對工件的保護，避免工件發生燒傷，實際加工中可以在確保磨削質量的基礎上加大進給速度，提高生產效率。

2.3 修整砂輪

修整砂輪的目的在于確保砂輪磨粒和幾何形狀高度的合理。立方氮化硼砂輪，很難取出砂輪周圍表面的立方氮化硼磨粒，因此需要使用的修正工具可能會發生較大的磨損，修整費用較高。單層氮化硼砂輪在維修上并不需要像陶瓷或樹脂結合劑一樣修整。但在精密超高速磨削加工中，因為磨粒在長期的使用過程中會發生鈍化，磨粒突出高度將會產生變化，各個磨粒高度將會有差差別，因此會增大磨削力，從而使工件的完整性和質量有所下降。此時則需要休整立方氮化硼砂輪。

目前，休整立方氮化硼的主要方法是接觸休整法，利用傳感器系統對休整工具和砂輪的接觸進行控制，在利用修整工具微量進給系統進行微米級進給,從而使砂輪的形貌達到期望的效果，確保了加工的精密度。目前，休整超硬磨料砂輪主要可以分為兩類：

（1）休整工具本身旋轉，例如滾壓修整器、金剛石修整滾輪。

（2）修整工具不不旋轉，例如單排金剛石、金剛石修整筆等。

3 結束語

超高速磨削加工在現代工業中得到了廣發應用，對其進行應用可以大幅度的提高加工的質量，并且可以提高生產效率，降低生成本，提高企業的經濟效益。現階段，高速磨削技術受到了工業發達國家的高度重視，但我國在超高速磨削技術上的研究同工業發達國家相比存在一定差距，因此在日后的發展中，我國應當加強在高速磨削技術上的研究，并對其應用進行推廣，提高我國在機械制造產業上的水平。

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[2]趙恒華，馮寶富，蔡光起.超高速磨削技術在機械制造領域中的應用[J].東北大學學報（自然科學版）,2013,4（06）：564-568.

[3]蔡光起，馮寶富，趙恒華.磨削磨料加工技術的最新進展[J].航空制造技術，2012,4（05）：31-40.