3. 1 高速、超高速磨削机理研究 主要研究工作是利用虚拟现实技术, 开发高速、 超高速磨削的计算机动画、视觉及预测仿真软件, 以 揭示高速磨削的内在规律, 以工业实用化为目标, 将 试验研究与计算机仿真方法相结合, 建立完善的基 础理论体系和加工工艺参数数据库, 用于指导工业 生产实践, 最终实现磨削加工工艺参数优化, 提高磨 削加工性能。 3. 2 大功率高速运动单元设备制造技术 它包括高速主轴单元制造技术和高速进给单元 制造技术, 高速单元形成独立的单元而成为功能部 件以方便地配置到多种加工工艺、加工中心及磨床 上。从目前发展现状来看, 高速大功率主轴单元的 基本方案是采用集成内装式电主轴, 它所涉及的关 键技术有: 主轴材料、结构, 轴承的研究与开发, 主轴 系统动态特性及热态特性研究, 主轴系统的润滑与 冷却技术研究。进给单元要能达到很高的速度, 而 且由于要求在瞬时达到高速、瞬时准停等, 所以要具 有大的加减速度以及极高的定位精度, 它所涉及的 关键技术有: 伺服驱动技术, 滚动元件技术, 监测单 元技术以及安全技术等。 3. 3 高柔性高自动化系统及磨削加工中心的
2005 年第 1 期 (总第 161期 )
3 CBN 砂轮的高速、超高速磨削技术关键 技术
高速、超高速磨削技术的发展前沿是采用超硬 材料 CBN 作工具, 运用现代超高速切削技术以及现 代高柔性高自动化设备, 开展高速、超高速磨削技术 的研究, 加速实用化进程, 对于我国的制造业赶超世 界先进水平具有重要意义。实现高速、超高速磨削 使其逐渐完善并趋于实用的核心关键技术主要有: 高速、超高速磨削机理研究、大功率高速运动单元设 备制造技术、高柔性高自动化系统及磨削加工中心 的研究与开发、超硬磨料微粉高速砂轮制备技术、超 硬磨料砂轮修整技术。
1 CBN 砂轮的高速、超高速磨削技术的现状 在高速、超高速精密磨削加工技术领域, 以德国 及欧洲领先日本在这方面后来居上, 美国则在奋起 直追, 德国和欧 洲的 Guehring Au tom ation、K app、Sehaudt、Studer、Song M achinery、B lohm 等公司, 日本的 三菱重工、丰国工机、冈本工作机械工作所、东京技 阪, 美国的 Edgetek M ach ine Corp公司均已推出了自 己的超高速磨床, 有的还形成了系列产品。日本在 超高速外圆磨削领域处于领先地位, 已在它的汽车 工业等部门应用, 使用 V s= 200m / s以上 CBN 砂轮 配以高柔性 CNC 控制系统和高精度微进给机构对 阶梯轴、曲轴、凸轮轴等零件外回转面进行磨削。丰 田工机在其开发的 G250型 CNC 超高速外圆磨床上
2 CBN 砂轮的高速、超高速磨削技术发展 趋势
近年来对于以高速、超高速磨削技术的发展, 可 以认为, 采用磨削加工自动化、各类高速高效磨削技 术的开发应用、超硬磨料磨具的推广应用是提高磨 削加工效率的三个主要途径, 因此, 高速、超高速磨 削技术的发展总趋势是高柔性高自动化系统 + 超硬 磨料磨具 ( CBN 磨具 ) + 各种 高速高 效磨削 技术。 高速高效磨削的高柔性高自动化方面出现的有效措 施有: 自动 进给、自 动磨削循环、自动测量、自动修 整、砂轮自动平衡、自动分度和自动上下料等, 随着 CNC 磨床的发展, 磨削加工中心也发展很快, 它具备 联机测量、自动交换砂轮、自动交换工件、自动修整 砂轮、实、机器人、运送工件小车以及冷却液喷射装置或 能自动调节位置的冷却液喷嘴等配置附件。这方面 较为典型的例子是日立精机 公司开发的 VKC45型 陶瓷磨削中心, 它具有能装 20个超硬砂轮的圆形砂 轮库, 设有砂轮自动修整功能, 自适应控制磨削随着 CNC 系统检测技术及磨削专家系统的发展而逐渐完 善并趋于实用。 CBN 超硬磨料的使用大大推进了高 速和超高速磨削技术的发展。
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装备了其最新研制的 T oyoda Sta t Bearing 轴承, 使用 V s= 200m / s的陶瓷结合剂 CBN 砂轮, 对回转类零 件进行高效高精度柔性加工。国内目前工业应用的 砂轮圆周速度 V s一般 还是 45 - 60m / s, 未 能超过 80m / s, 实验室超高速磨削曾达到 250m / s, 但离产业 化还有一段较远距离, 显然在高速特别是在超高速 磨削方面, 国内与国外差距巨大, 需奋起直追。
研究与开发 主要内容包括自动进给, 自动磨削循环、自动测
量、自动上下料、快速工件装夹、自动交换砂轮等技 术。
3. 4 超硬磨料微粉高速砂轮制备技术 普通砂轮在高速回转时承受巨大离心力的作用 会立即破碎, 所以需要特殊的高速、超高速砂轮, 同 时高速、超高速砂轮还应具有磨粒耐磨性能好、动平 衡精度高, 以及在高速、超高速磨削时不发生振动和 砂轮变形小的特点。高速、超高速磨削用砂轮的磨 料主要是立方氮化硼 ( CBN ) , 结合剂主要有陶瓷结 合剂、树脂结合剂和金属结合剂。 CBN 陶瓷结合剂 或树脂结合剂砂轮的线速度可达 150m / s, 而单层电 镀 CBN 砂轮的线速度可达 250m / s。 3. 5 超硬磨料砂轮修整技术 超硬磨料砂轮具有优良的磨削性能, 抗磨损能 力强、勿需经常修整, 但在初始安装使用或用钝后修 整时却比较困难。对于成形磨削砂轮, 要达到所需 的修整精度就更加困难。目前超硬磨料砂轮的修整 方法主要有: 车削法、滚压法、磨削法、GC 杯法、EL ID 法、电火花法、激光法等。相关学者在这方面进行了 大量探索和研究, 但由于 CBN 是迄今为止, 硬度仅 次于金刚石的物质, 所以至今尚未完全解决超硬磨 料砂轮修整问题。超硬磨料砂轮修整一直是制约超 硬磨料砂轮在实际生产中推广应用的关键技术, 成 为磨削技术的学科前沿。
热烈庆祝精密制造与自动化 (原名 5磨床与磨削 6) 杂志创刊四十周年同喜共贺
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5精密制造与自动化 6
CBN 砂轮的高速、超高速磨削技术
河南工业大学 ( 450007)毛淑芳 金海威科技实业有限公司 龚智伟
摘 要 论述了 CBN 砂轮的高速、超高速磨削的现状、发展趋势, 提出了实现 CBN 砂轮高速、超高速 磨削使其逐 渐完善并 趋于 实用的关键技术。
关键词 CBN 高速磨削 技术
CBN 即立方氮化硼, 显微硬度为 800- 900M pa, 略低于金刚 石。但它的 耐热性 ( 1400e ) 比 金刚石 ( 800e ) 高出几乎一倍, 而且对铁族元素的化学惰性 高。由于金刚石磨具的热稳定性较差, 所以要限速 使用, 而 CBN 磨粒的热稳定性较好, 所以 CBN 砂轮 可用于高速、超高速磨削。用 CBN 砂轮磨削, 金属 切除率是金刚石砂轮磨削的 10倍。 CBN 砂轮一次 修整的寿命极长, 在磨削作业自动化中, 可减少砂轮 更换次数。
参考文献 [ 1 ] 王德泉, 砂轮特性与磨削加工. [M ]中国标准出版社, 2001 [ 2 ] 彭庚新, 高速超高磨削与超硬磨料砂轮及其修整的 研究, 湖 南工程学院学报, 2003( 1) [ 3 ] 郑筱昌, 磨削 ) ) ) 机械制 造中最重 要的技术 之一, [ J] 上海 机床, 2001 ( 1) [ 4 ] 张庆 云, 高 效 磨削 的 原理 与 发展. [ J] 机 械设 计 与制 造, 1998 ( 3) [ 5 ] 于思远, 国内外先进陶瓷材料加工技术的进展. [ J] 金刚石 与磨料磨具工程, 2001( 4)
提高加工质量和磨削加工效率一直是磨削领域 十分关注并为之不懈奋斗的重要目标, 高速、超高速 精密磨削加工就是近年发展起来的一种集高效、优 质和低耗于一身的先进制造工艺技术。
高速、超高速磨削加工技术是指采用超硬磨料 砂轮和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、 高柔性的制造设备, 以极大地提高磨削速度来达到 提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造 加工技术。