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。傳統的方法是采用多工序磨俐,而高速磨削試圖采用粗精加工一次磨削,以高的材料去除率和低成本加工高質量的氮化硅陶瓷零件。 日本 ,日本高速磨削技術在近20年來發展迅速,1976年,在凸輪磨床上開始應用CBN砂輪進行40m/s的高速磨削,1985年前后,在凸輪和曲軸磨床上,磨削速度達到了80m/s。1990年后,開始開發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。400m/s的超高速平面磨床也已經研制出,該磨床主軸最大轉速3000r/min,最大功率22kW,采用直徑250mm的砂輪,最高周速達395m/s。并在30- 300m/s速度范圍內研究了速度對鑄鐵可加工性的影響。 日本的豐田工機、三菱重工、岡本機床制作所等公司均能生產應用CBN砂輪的超高速磨床,日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床,采用陶瓷結合劑CBN砂輪,圓周速度達到了200m/s。 中國 我國高速磨削起步較晚,1974年,第一汽車廠、第一砂輪廠、瓦房店軸承廠、華中工學院、鄭州三磨所等先后進行50-60m/s的磨削試驗;湖南大學進行了60-80m/s高速磨削試驗。1975年10月,南陽機床廠試制成功了MS132型80m/s高速外圓磨床。1976年,上海機床廠、上海砂輪廠、鄭州三磨所、華中工學院、上海交通大學、廣州機床研究所、武漢材料保護研究所等組成高速磨削試驗小組,對80m/s,100m/S高速磨削工藝進行了試驗研究。與此同時,上海機床廠設計制造了MBSA1332型80m/s半自動高速外圓磨床,磨削效率達到了車削和銑削的生產率。1977年,湖南大學在實驗室成功地進行了100m/s, 120m/s高速磨削試驗、在2000年中國數控機床展覽會(CCMT''''2000)上,湖南大學推出了最高線速度達120m/s的數控凸輪軸磨床。 1976年,東北大學與阜新第一機床廠合作,研制成功F1101型60m/s高速半自動活塞專用外圓磨床。到80年代初,東北大學進行了大量的高速磨削試驗研究。以東北大學為主開發的YLM-1型雙面立式半自動修磨生產線,磨削速度達到80m/s,磨削壓力在2500-5000N以上。90年代,東北大學開始了超高速磨削技術的研究,并首先研制成功了我國第一臺圓周速度200m/s,額定功率55kW的超高速試驗磨床,最高速度達250m/s。
超高速磨削的關健技術 超高速主軸 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉速,因而,為實現高速切削,砂輪驅動和軸承轉速往往要求很高。主軸的高速化要求足夠的剛度,回轉精度高,熱穩定性好,可靠,功耗低,壽命長等。為減少由于切削速度的提高而增加的動態力,要求砂輪主軸及主軸電機系統運行極其精確,且振動極小。
目前,國外生產的高速超高速機床,大量地采用電主軸。 國外的高速電主軸發展很快,如在日本,1998年10月19屆JIMTOF展覽會上,展出的超高速主軸基本上在10000-25000r/min 之間。目前國際上最高水平的電主軸是瑞士Fisher公司的產品(nmax=40000r/min,N=40kW)。轉速高達200000r/min、 250000r/min的實用高速電主軸也正在研究開發中。沈陽工業學院研制的超高速車銑床,采用的電主軸調速范圍0-18000r/min,最大輸出功率7.5kW。廣西工業大學研制的額定轉速1500r/min的GD-2型高速電主軸采用Si3N4陶瓷球軸承,最高轉速可達18000r/min,主電機額定功率13.5kW。 主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動靜壓軸承等。陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優點。其缺點是制造難度大,成本高,對拉伸應力和缺口應力較敏感磁浮軸承的最高表面速度可達200m/s,可能成為未來超高速主軸軸承的一種選擇。目前磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負荷容量低,所用磁鐵與回轉體的尺寸相比過大,價格昂貴。空氣靜壓軸承具有回轉梢度高,沒有振動,摩擦阻力小,經久耐用,可以高速回轉等特點。用于高速、輕載和超精密的場合。液體動靜壓軸承,無負載時動力損失太大,主要用于低速重載主軸。 超高速磨削砂輪 高速磨削砂輪應具有好的耐磨性,高的動平衡精度,抗裂性,良好的阻尼特性,高的剛度和良好的導熱性等通常由高機械性能的基體和薄層的磨粒組成。砂輪基體應避免殘余應力,在運行過程中的伸長應最小。通過計算砂輪切向和法向應力,發現最大應力發生在砂輪基體內徑的切線方向,這個應力不應超出砂輪基體材料的強度極限。大部分實用超硬磨料砂輪基體為鋁或鋼。日本和歐洲也開發了其它材料如CFRP復合材料的CBN砂輪。