作為教育科學技術研究課題，東北大學從2004 年開始對快速點磨削關鍵技術及磨削機理開展了基礎性的理論與實驗研究，并研制開發(fā)了實驗機床和點磨削超薄cbn 砂輪。近年出現了一些先進的磨削加工技術，其中以高砂輪線速度和超硬磨料砂輪為主要技術特征的高速外圓磨削、效率深切磨削、快速點磨削技術的發(fā)展為引人注目。為適應現代工業(yè)技術和高性能科技產品對機械零件加工精度、表面粗糙度與完整性、加工效率和批量化質量穩(wěn)定性的要求，高速磨削（Vs≥150m/s ）是近年迅猛發(fā)展的一項先進制造技術，被譽為“現代磨削技術的高峰”。日本先端技術研究學會把高速加工列為五大現代制造技術之一。

    國際生產工程學會（CIRP ）將高速磨削技術確定為面向21 世紀的研究方向之一。東北大學自上世紀80 年代 開始一直高速／高速磨削技術發(fā)展，并對高速磨削機理、機床設備及其關鍵技術等開展了連續(xù)性的研究，建造了我國一臺額定功率55kw 、高砂輪線速度達250m/s 的高速試驗磨床，進行了高速大功率磨床動靜壓主軸系統(tǒng)研究、電鍍CBN 高速砂輪設計與制造、高速磨削成屑機理及分子動力學仿真研究、高速磨削熱傳遞機制和溫度場研究、高速鋼等材料的效率深磨研究、高速單顆磨粒CBN 磨削試驗研究、高速磨削砂輪表面氣流場和磨削摩擦系數的研究等，部分研究成果達到國際先進水平。

   因為加載速度提高使得塑性應變點后移，增加了材料在彈性小變形階段被去除的機率。因此塑性材料靜態(tài)應力波速是實現“脆性”加工的臨界點。高速磨削技術特點：（l）大幅度提高磨削效率，設備使用臺數少；（2）磨削力小、磨削溫度低、加工表面完整性好；（3）砂輪使用壽命長，有助于實現磨削加工的自動化；（4 ）實現對難加工材料的磨削加工。高速磨削不僅可對硬脆材料實行延性域磨削，而且對欽合金、鎳基耐熱合金、高溫合金、鋁及鋁合金等高塑性的材料也可獲得良好的磨削效果[1、2]。高速磨削純鋁的實驗表明，當磨削速度超過200m /s （純鋁靜態(tài)應力波速度）時，工件表面硬化程度和表面粗糙度值開始減小，表面完整性獲得改guan。

高速磨削關鍵技術：

1、高速磨削砂輪

　　高速磨削砂輪應具有良好的耐磨性、高動平衡精度和機械強度、高剛度和良好的導熱性等。目前，工業(yè)生產中廣泛采用陶瓷結合劑、金屬結合劑CBN 砂輪和單層電鍍CBN 砂輪，使用速度可達200/s 以上，基體材料常用合金鋼或鋁合金。單層電鍍超硬磨料砂輪和（高溫）釬焊超硬磨料砂輪無需修整，且使用壽命長。美國Norton 公司借助化學粘接力把持磨粒的方法，其結合劑抗拉強度超過1553N/m 時，并獲得更大的磨粒突出高度和更理想的砂輪形貌。高溫釬焊單層超硬磨料砂輪的磨料與基體的結合強度更高，磨粒luo露高度達到60－70 , 有更鋒利的形貌。據報道，國外釬焊砂輪的線速度可達500m/s 。東北大學研制的高速磨削單層電鍍CBN 砂輪已成功應用于高速磨削實驗。日本和歐洲開發(fā)了彈性模量／密度比高、熱膨脹系數低的CFRP 復合材料CBN 砂輪。日本在400m /s 的高速磨床上，采用CFRP 為基體、直徑25Omm 的陶瓷結合劑CBN 砂輪，已實現300m / s 的磨削試驗。

　　SG 磨料不僅具有高的硬度，還具有良好的韌性。它的加工能力介于剛玉和CBN 磨粒之間。由于SG 磨粒在磨削加工中微刃能發(fā)生自銳，所以磨削力和磨削區(qū)熱量明顯降低，減少了砂輪磨損，從而提高了材料去除率和砂輪修整間隔時間。SG 磨粒和CBN 磨粒相比不僅成本低，而且對機床沒有特殊的要求，砂輪的修整也和普通砂輪的修整方法相同。在125 m/s磨削回火鋼的試驗中材料去除率已達1000mm?／mm?s[3] 氣為了保證砂輪在高速運轉條件下承受巨大離心力而不破碎，砂輪結構和形狀一般采用有限元方法進行分析和優(yōu)化，尋求佳基體輪廓，以充分降低砂輪基盤min感位置的應力[7]。

2、主軸系統(tǒng)

　　高速磨床的主軸高轉速在10000r / mm 以上，傳遞的磨削功率常為幾十千瓦，故要求其主軸系統(tǒng)剛性好、回轉精度高、溫升小、空轉功耗低。近年來，高速磨床越來越多地使用電主軸。在第 19 屆JIMTOF 展覽會上，展出的高速主軸基本上在10000－25000r / min 之間。目前瑞士的Fisher 公司的電主軸產品，其高轉速為40000r/min ，驅動功率40kw , 轉速高達200000r /min 和2500000r /min 的實用高速電主軸也在研究開發(fā)中。高速主軸單元的核心是高速軸承。目前主要采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓 軸承和液體動靜壓 軸承等。陶瓷滾動軸承采用性能優(yōu)越的熱壓Si3N4 陶瓷球和鋼套圈，潤滑多用油氣潤滑，具有d mn 值高（≥2 . 7×106） ，標準化程度高，便于維護的優(yōu)點。用其組裝的高速主軸能兼有速度高、剛度和功率大、壽命長等優(yōu)點。其缺點是制造難度大、成本高，對拉伸應力和缺口應力較min感。磁浮軸承的高表面速度可達200m / s 。空氣靜壓 軸承具有高速回轉精度高，無振動，磨擦阻力小，經久耐用等特點，主要用于高速輕載和超的主軸系統(tǒng)中。

3、高速磨削砂輪的自動平衡技術但磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負荷容量低，電磁測控系統(tǒng)復雜且價昂貴，且有發(fā)熱、漏磁問題。隨著新型磁性材料的出現及超導技術、傳感技術和控制技術的發(fā)展，磁浮軸承可能成為未來高速主軸軸承的一種選擇。液體動靜軸承具有徑向和軸向跳動誤差小，阻尼特性好、功率大、動態(tài)特性好、在全轉速范圍內具有承載能力強和剛度大等優(yōu)點。但在高速、高負荷條件下工作時需使用低粘度流體和高供液壓力，因此結構設計須考慮其紊流、流體慣性和壓縮性、溫度粘度變化以及空穴等復雜現象，而且空載功率損耗大。東北大學研制的高速磨削實驗機床主軸采用動靜軸承，轉速達15000r / min 。

　　高速回轉的砂輪動不平衡引起的振動會嚴重影響主軸系統(tǒng)的工作性能和磨削質量。除了砂輪和主軸系統(tǒng)預先要進行嚴格的動平衡外，還應當在磨削的過程中實施在線自動平衡。砂輪自動平衡系統(tǒng)一般由電子傳感及控制系統(tǒng)和平衡頭組成。在高速及高速磨床上常用的在線動平衡系統(tǒng)主要有液體式、氣體式及機械式三種。砂輪在線動平衡裝置是高速磨床上的重要組成部分。美國、日本和德國等工業(yè)發(fā)達的國家在高速磨床上均采用了自動平衡系統(tǒng)。

4、砂輪修整技術

　　超硬磨料砂輪的修整特別是在線修整迄今仍是研究的熱點。電解修整（ELlD ）法適合金屬結合劑超硬磨料砂輪的在線修整，激光修整法不僅便于修整樹脂或金屬結合劑超硬磨料砂輪，而且熱影響區(qū)小、砂輪修整損耗小和易于實現自動化，修整效率也高，有很好的發(fā)展前景。目前對CBN 砂輪的修整廣泛采用接觸在線修整法，借助傳感系統(tǒng)控制砂輪和修整工具（一般為修整滾輪）的接觸，然后通過進給系統(tǒng)進行微米級進給，獲得理想的砂輪形貌，從而保證了及超加工的要求。

5、磨削液供給系統(tǒng)

　　高速磨削中，由于砂輪高速旋轉形成的氣流屏障阻礙了磨削液進入磨削區(qū)，使接觸區(qū)高溫得不到y(tǒng)i制，工件易出現燒 傷，嚴重影響零件的表面完整性和機械物理性能。因此，磨削液供給系統(tǒng)對提高和改guan工件質量、減少砂輪磨損至關重要。高速磨削常用的冷卻液注人方法有［4］ : 高壓噴射法，空氣擋板輔助截斷氣流法，氣體內冷卻法，徑向射流沖擊強化換熱法等。為提高供液效果，應對供液系統(tǒng)參數包括供液壓力、流量、磨削液噴注位置、噴嘴結構及尺寸等進行優(yōu)化設計，此外系統(tǒng)還需配油氣分離和吸排風單元。

6、高速磨削進給系統(tǒng)

　　目前數控機床進給系統(tǒng)主要采用滾珠絲杠傳動。隨著高速高速加工技術的發(fā)展，國內外都采用了直線伺服電機直接驅動技術。使用高動態(tài)性能的直線電機結合數字控制技術，避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動中的反向間隙、彈性變形、磨擦磨損和剛度不足等缺 陷，可獲得高精度的高速移動并具有好的穩(wěn)定性。

7、磨削狀態(tài)檢測及數控技術

　　高速磨削加工中，對砂輪破碎及磨損狀態(tài)的監(jiān)測非常重要，砂輪與工件和修整輪的對刀精度直接影響尺寸精度和修整質量。因此，在線智能監(jiān)測是保證高速磨削加工質量和生產率的重要因素。利用磨削過程中產生的各種聲發(fā)射源，如砂輪與工件彈性接觸、接合劑破裂、磨粒與工件磨擦、砂輪破碎和磨損、工件表面裂紋和shao傷、砂輪與修整輪的接觸等，可以通過檢測聲發(fā)射信號的變化來對磨削狀態(tài)進行判別和監(jiān)測，已取很好效果。此外，工件精度和加工表面質量的在線監(jiān)控技術也是效率率磨削的關鍵技術。

　　CNC 高速磨床，特別是快速點磨削機床，應用連續(xù)軌跡技術，可實現成型曲面磨削、凸輪廓線和復雜曲面的磨削，并可實現聯機測量。CNC 磨床要求組織和硬度均勻性好的砂輪，且有很好的靜動平衡性能、高的尺寸和形狀精度、高磨削比和使用壽命。同時還要盡可能減小超硬磨料砂輪消耗并提高修整效率和精度。這種需求一方面推動了監(jiān)測系統(tǒng)的改進，另一方面也cu進了磨削數控系統(tǒng)的發(fā)展。磨削數控軟件和系統(tǒng)正在工藝優(yōu)化并向柔性化方向發(fā)展。

8、砂輪安裝及防護技術

　　應用該工藝可以通過一次裝夾幾乎實現軸類件全部表面加工，大大提高了零件加工精度及生產率。我國部分汽車制造企業(yè)目前也引進了這一工藝設備，并取得了明顯效益。由于國內目前沒有開展系統(tǒng)的理論和應用研究，不掌握其核心技術理論、工藝參數設計和編程技術，僅就單一零件加工由國外壟斷定制，全部工藝、設備和配套附件均依賴進口。高速磨削砂輪動能很大，須設置高的強度半封閉或封閉的砂輪防護罩，罩內好敷設緩沖材料，以起到吸收或減少砂輪碎塊的二次彈射作用。

  快速點磨削技術是一種新的高速／高速磨削技術形式，具有高柔性、大批量生產及高質量穩(wěn)定性。主要用于軸類零件加工。cbn砂輪磨削優(yōu)異性能的主要表現 目前已在汽車工業(yè)、機床及工具制造業(yè)、紡織及印刷機械制造業(yè)中獲得應用。而國外由于技術壟斷，對快速點磨削的相關技術信息也鮮見報道。