高速高效磨削設(shè)備的加工工藝及應(yīng)用研究方向

在機(jī)械加工領(lǐng)域，切削、磨削加工是應(yīng)用最廣泛的加工方法。其發(fā)展總趨勢(shì)是高效、高精度、高柔性和強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)。提高磨削加工效率一直是磨削領(lǐng)域所關(guān)注的重要目標(biāo)。目前，磨削加工的應(yīng)用研究方向是提高表面質(zhì)量和高速、高效。1.高速高效磨削加工工藝
　　高效磨削包括超高速磨削、高效深磨、緩進(jìn)給磨削和砂帶磨削。高效磨削技術(shù)的推廣應(yīng)用將大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，并降低成本。(1)超高速磨削
　　超高速磨削時(shí)，砂輪線速度大于150m/s。在超高速磨削加工過(guò)程中，保持其它參數(shù)不變，隨著砂輪速度的大幅提高，單位時(shí)間內(nèi)磨削區(qū)域通過(guò)的磨粒數(shù)增加，每顆磨粒切下的磨屑厚度變小，則超高速磨削時(shí)每顆磨粒切削厚度變薄。實(shí)驗(yàn)表明其截面積僅為普通磨削條件下的幾十分之一，這導(dǎo)致每顆磨粒承受的磨削力大大變小，總磨削力也大大下降。超高速磨削時(shí)磨粒在磨削區(qū)上的移動(dòng)速度和工件的進(jìn)給速度均大大加快，加上應(yīng)變率響應(yīng)的溫度滯后的影響，會(huì)使工件表面磨削溫度有所降低，因而能越過(guò)容易發(fā)生磨削燒傷的區(qū)域，而極大擴(kuò)展了磨削工藝參數(shù)的應(yīng)用范圍。超高速磨削可以大幅度提高磨削效率，延長(zhǎng)砂輪壽命和改善加工表面粗糙度。超高速磨削可以對(duì)硬脆性材料實(shí)現(xiàn)磨削，對(duì)高塑性等難磨材料也有良好的磨削表現(xiàn)。同時(shí)由于超高速磨削縮短了加工時(shí)間，因而減少了能量的消耗，降低了噪聲的污染。(2)高效深磨
　　在高效深磨技術(shù)中，砂輪的速度為100～250m/s，進(jìn)給速度為0.5～10m/min，切深為0.1～30mm。高效深磨是緩進(jìn)給磨削和超高速磨削的結(jié)合。高效深磨可以通過(guò)一個(gè)磨削行程，同時(shí)完成車(chē)、銑、磨等多道工序組成的粗精加工過(guò)程，獲得遠(yuǎn)高于普通磨削加工的金屬去除率，表面質(zhì)量也可達(dá)到普通磨削水平。(3)緩進(jìn)給磨削
　　緩進(jìn)給磨削是采用增大磨削深度、降低進(jìn)給速度、形成砂輪與工件有較大的接觸面積和高的速度比，達(dá)到高的金屬磨除率目的。緩進(jìn)給磨削是一種能夠快速磨去大量材料并加工出精密零件的加工方法。緩進(jìn)給磨削與銑削過(guò)程相似，切削深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通平面磨削。緩進(jìn)給磨削深度一般在2.5～6.35mm之間甚至更大。這樣的磨削深度和砂輪與工件之間大的接觸面積抑制了加工振動(dòng)的產(chǎn)生，使所磨削的零件表面質(zhì)量大大優(yōu)于其他磨削工藝方法。(4)砂帶磨削
　　砂帶磨削工藝是將環(huán)形砂帶套在接觸輪和張緊輪的外圓上。在張緊狀態(tài)下，使高速旋轉(zhuǎn)的砂帶表面與工件的加工表面相接觸，并在一定的壓力作用下，產(chǎn)生的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的一種工藝方法。砂帶磨削效率是銑削的10倍，普通砂輪磨削的5至20倍。2.高速高效磨削設(shè)備(1)高速高效磨削用砂輪
　　高速高效磨削砂輪的特點(diǎn)是耐磨性好、動(dòng)平衡度和抗破裂性高、阻尼特性和導(dǎo)熱性良好。其機(jī)械強(qiáng)度能承受高速、超高速磨削時(shí)所產(chǎn)生的切削力。高速高效磨削砂輪可以用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料等制成。結(jié)合劑可以使用陶瓷、樹(shù)脂或金屬結(jié)合劑等。砂輪的結(jié)構(gòu)必須有利于磨粒分裂，以保證砂輪在整個(gè)使用過(guò)程中保持鋒利要達(dá)到砂輪自銳的目的，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。在進(jìn)行某些高速磨削過(guò)程中，要求保持高的磨削效率和良好的磨削質(zhì)量。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)，應(yīng)用中需考慮綜合加工條件、工件材料、砂輪材料等因素，以選擇最佳修整方案。(2)高速主軸
　　高速高效磨削用主軸單元的性能，在很大程度上決定了高速磨床所能達(dá)到的最高磨削速度極限。因此，為實(shí)現(xiàn)高速高效磨削，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、使用壽命長(zhǎng)等。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡、主軸的支撐、主軸系統(tǒng)的潤(rùn)滑和冷卻以及系統(tǒng)的剛性等是非常重要的。為減小由于磨削速度的提高而增加的動(dòng)態(tài)力，要求砂輪主軸及主軸電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行極其精確，且振動(dòng)極小。(3)高速高效磨床
　　高速高效磨削用的磨床具有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率、高度自動(dòng)化和可靠的磨削過(guò)程，還具有高精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)。高速高效磨床應(yīng)盡可能組合多種磨削功能，以實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)磨床上能完成所有的磨削工序。其工作臺(tái)要求有很高的進(jìn)給速度和運(yùn)動(dòng)加速度。磨床支撐構(gòu)件是砂輪架、頭架、尾架、工作臺(tái)等部件的支撐基礎(chǔ)件，應(yīng)具有良好的靜剛度、動(dòng)剛度和熱剛度。(4)高速高效用磨削液
　　在高速條件下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削區(qū)的冷卻，沖走切屑，噴注的磨削液必須有足夠的動(dòng)能，以沖破砂輪周?chē)�的高速氣流，使磨削液抵達(dá)磨削區(qū)，因此，磨削液的流量、壓力應(yīng)比普通磨床成倍增加。選擇正確的磨削液注入方法可以增加磨削液進(jìn)入磨削區(qū)的有效部分，提高冷卻和潤(rùn)滑效果，改善工件質(zhì)量和減少砂輪磨損。磨削液的過(guò)濾系統(tǒng)應(yīng)具有高過(guò)濾精度，以保證磨削工件的表面質(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)的不利影響。3.實(shí)現(xiàn)高速高效磨削的主要途徑
　　要想實(shí)現(xiàn)高速高效磨削，主要有以下幾種方法：一是提高砂輪速度。砂輪速度的提高，減小了磨削力，降低比磨削能，改善了切屑的形成。當(dāng)砂輪速度達(dá)到超高速后，工件表面的溫度隨著砂輪速度的提高而降低。二是提高工件速度。提高工件速度可以避開(kāi)臨界溫度，進(jìn)入高速高效磨削區(qū)，工件表面的溫度急劇下降，不會(huì)出現(xiàn)熱破壞溫度，砂輪能很快離開(kāi)已磨削過(guò)的磨削表面，大部分的熱量進(jìn)入切屑和冷卻液中。三是合理選擇砂輪。CBN磨料具有硬度高、抗磨損能力大、高化學(xué)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，是高速高效磨削的理想磨料。濃度大的砂輪有較多的動(dòng)態(tài)切削刃和較薄的切屑，使材料切除率大時(shí)磨削力減小。電鍍立方氮化硼砂輪具有大的濃度，有最大的容屑空間，是最佳選擇。