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(duì)機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)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(dá)到150~300m/s,加工普通鋼達(dá)到80~200m/s，加工難加工材料達(dá)到120~300m/s，金屬比磨除率大大提高，可達(dá)2000mm3/(mm/s)，進(jìn)給量增大0.5-10mm，可實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jìn)展，主要包括高速磨削加工時(shí)鋸齒狀磨屑的形成機(jī)理，機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)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(shí)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(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。近20年來，隨著材料、信息、微電子、計(jì)算機(jī)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(dá)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(jìn)行高速/超高速磨削的基礎(chǔ)研究。實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá)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(shí)一臺(tái)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(dá)到了209m/s。90年代初，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了速度350m/s的磨削實(shí)驗(yàn)。警入2l世紀(jì)后，在aachen工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，磨削速度已達(dá)到500m/s，這一速度已突破了當(dāng)前機(jī)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(jī)床展覽會(huì)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(duì)有10個(gè)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(gè)。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(jìn)行了超高速磨削試驗(yàn)。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(shí)高速磨削性能發(fā)揮得充分，在500m/s也能照常工作。
快速點(diǎn)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(xiàng)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(xiàng)技術(shù)可以通過一次性裝夾而實(shí)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(jī)床制造、紡織與印刷機(jī)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(jìn)了幾十臺(tái)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(dòng)機(jī)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(dá)到了203m/s，用以加工淬硬的鋸齒，可以達(dá)到很高的金屬磨除率。
美國的kocach．j．a(chǎn)、malkin．s等人對(duì)*陶瓷的高速低損傷磨削方法進(jìn)行研究，摒棄傳統(tǒng)的多級(jí)磨削工序，以單個(gè)高速磨削工序代替，與傳統(tǒng)多級(jí)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(yàn)研究中，采用相對(duì)粗的鋼基金剛石砂輪(120p,m/磨粒)來進(jìn)行表面磨削試驗(yàn)，穢。為178m/s，金屬比磨除率z，達(dá)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)機(jī)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(dá)到10000r/min，修整砂輪轉(zhuǎn)速達(dá)12000r/min，磨削主軸功率為30kw，砂輪自動(dòng)平衡，零件自動(dòng)裝卸，為降低機(jī)床熱變形在幾個(gè)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(jī)床剛性增大。經(jīng)有限元技術(shù)設(shè)計(jì)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(dá)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(jī)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(shí)現(xiàn)以160m/s的速度、75mm3/(mm．s)的比磨除率對(duì)高溫合金inconel718進(jìn)行高效磨削，加工后達(dá)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(dá)到r。=o．81xm，尺寸公差為±2．5—51llm，美國高速磨削的一個(gè)重要研究方向是低損傷磨削高級(jí)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(jìn)行45m/s的高速磨削，1985年前后，在凸輪和曲軸磨床上，實(shí)現(xiàn)了磨削速度達(dá)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(shí)用的磨削速度已達(dá)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(dá)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(dá)395m/s，并在30～300m/s的速度范圍內(nèi)研究了線速度對(duì)鑄鐵可加工性的影響。2000年，日本已進(jìn)行了500m/s的超高速磨削試驗(yàn)。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(diǎn)切向速度相反，砂輪和工件間的相對(duì)磨削線速度實(shí)際接近1000m/s。這是迄今為止公開報(bào)道的磨削速度。
日本的noritake公司開發(fā)的crre增強(qiáng)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(jìn)行了兩組試驗(yàn)，在保持20mm3/(mm。s)的金屬比磨i象率情況下，兩個(gè)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(rèn)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(duì)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(duì)磨削過程的綜合性能更感興趣。13本的豐田工機(jī)、三菱重工、岡本機(jī)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(dá)到了200m/s。日本豐田工機(jī)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(dá)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(shí)，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(shí)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(shí)間和工件圓度誤差都減少了一半。
日本豐田工機(jī)推出了實(shí)用化的砂輪線速度達(dá)200m/s的凸輪磨床。由于單位時(shí)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(duì)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(shí)間的磨除量逐漸變化?，F(xiàn)在，日本豐田工機(jī)正在積極進(jìn)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(jí)變速控制。另外，砂輪進(jìn)給系統(tǒng)采用了直線電動(dòng)機(jī)、靜壓導(dǎo)軌，實(shí)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(jìn)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(jìn)行凸輪輪廓磨削加工，也能充分發(fā)揮縮短磨削時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
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(jī)廠合作進(jìn)行了50m/s高速磨削試驗(yàn)。1974年鄭州磨料磨具磨削研究所進(jìn)行了50．60m/s的磨削試驗(yàn)，1982年10月，湖南大學(xué)進(jìn)行了60m/s高速強(qiáng)力凸輪磨削工藝試驗(yàn)研究，為發(fā)展高速強(qiáng)力磨削凸輪軸磨床和高速強(qiáng)力磨削砂輪提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。20世紀(jì)80年代初，東北大學(xué)進(jìn)行了大量的高速磨削試驗(yàn)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(dòng)修磨生產(chǎn)線，磨削速度達(dá)到80m/s，磨削壓力在2500～5000n以上。1995年，漢江機(jī)床廠使用陶瓷cbn砂輪，進(jìn)行了200m/s的超高速磨削試驗(yàn)。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(yàn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(tuán)公司、南京汽車集團(tuán)有限公司等國內(nèi)數(shù)百家汽車發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)得到大批量推廣應(yīng)用。1985在國內(nèi)提出了高速強(qiáng)力磨削工藝，實(shí)現(xiàn)了高速重載下的大余量進(jìn)給磨削。通過對(duì)湖南動(dòng)力集團(tuán)有限責(zé)任公司三缸柴油機(jī)高速強(qiáng)力凸輪軸的大量磨削試驗(yàn)及磨削機(jī)理的探討，實(shí)現(xiàn)了對(duì)凸輪軸的高效強(qiáng)力磨削。在2000年中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，湖南大學(xué)推出了線速度達(dá)120m/s的數(shù)控凸輪軸磨床。2002年開發(fā)了切點(diǎn)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(duì)45鋼、40cr等金屬材料進(jìn)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(shí)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(shí)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(dá)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(dá)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(tái)磨削速度為314m/s的數(shù)控超高速平面磨床，并先后進(jìn)行了超高速大功率磨床動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)研究、200m/s電鍍cbn超高速砂輪設(shè)計(jì)與制造、超高速磨削成屑機(jī)理研究、超高速磨削熱傳遞機(jī)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(yàn)研究、高速單顆粒磨削機(jī)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(jī)理分子動(dòng)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(dá)到水平，部分研究成果與國際水平持平。
快速點(diǎn)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(xiàng)工藝可以通過一次裝夾而實(shí)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(jì)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(jìn)口。而國外由于技術(shù)壟斷，對(duì)快速點(diǎn)磨削的機(jī)理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點(diǎn)磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)技術(shù)信息也．未見更多報(bào)道。超高速磨床磨削對(duì)裝備的基本要求