雾涣风月动平衡材料
第3卷 第8期 2008年8月
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削技术的实用化也起到了直接的推动作用[1-8]。
将砂轮线速度大于150 m/s的磨削称为超高速磨削，超高速磨削既能获得高效率，又能达到高精度，能对各种材料和形状进行高效率精密加工。因此，使用超硬磨料磨具的超高速磨削技术是最新的高效率磨削技术，是先进制造学科的前沿技术。
由于超高速磨削砂轮转速极高，对机床功率及性能、砂轮强度、振动、平衡、气流扰动、安全防护和冷却液注入等工艺措施提出了特殊要求[9-10]。
1 超高速磨削相关技术
1.1 超高速磨削砂轮技术
高速超高速磨削砂轮应具有好的耐磨性，高的动平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的刚度和良好的导热性，而且其机械强度必须能承受高速超高速磨削时的切削力等。高速超高速磨削时砂轮主轴高速回转产生的巨大离心力会导致普通砂轮迅速破碎，因此必须采用基体本身的机械强度、基体和磨粒之间的结合强度均极高的砂轮[11]。
超高速砂轮中间是一个高强度材料的基体圆盘，大部分实用超硬磨料砂轮基体为铝或钢。在基体周围仅仅粘覆一薄层磨料。粘覆磨料使用的结合剂有树脂、金属和电镀3种，其中以单层电镀用的最多。这是因为它的粘结强度高，易于做出复杂的形状，使用中不需要修整，而且基体可以重复使用。近几年，美国诺顿(Norton)公司还使用铜焊接法替代电镀研制出砂轮的磨粒突出比已达到70%~80%，结合剂抗拉强度超过了1 533 N/mm2，获得更大的结合剂强度和容屑空间。
日本Noritake公司推出一种被称为CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic)的碳纤维复合树脂基体材料，其比弹性是钢的2.1倍，质量密度和热膨胀系数分别是钢的1/5和1/12。使用这种材料基体所做的超高速砂轮的磨料层厚5 mm，使用树脂结合剂，它与基体之间用一层氧化铝陶瓷过渡。这种砂轮已较多地应用于日本生产的超高速磨床，使用效果也很好[12]。
高速超高速砂轮可以使用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料。结合剂可以用陶瓷、树脂或金属结合剂等。树脂结合剂的刚玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂轮，使用速度可达125 m/s。单层电镀CBN砂轮的使用速度可达250 m/s，试验中已达340 m/s。陶瓷结合剂砂轮磨削速度可达200 m/s。同其他类型的砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮易于修整。与高密度
的树脂和金属结合剂砂轮相比，陶瓷结合剂砂轮可以通过变化生产工艺获得大范围的气孔率。特殊结构拥有40%的气孔率。陶瓷结合剂砂轮结构特点，使得修整后容屑空间大，修锐简单，甚至在许多应用情况可以不修锐。美国Norton公司研究出一种借助化学粘接力把持磨粒的方法，可使磨粒突出80%的高度而不脱落，其结合剂抗拉强度超过1 553 N/mm2（电镀镍基结合剂为345~449 N/mm2）。我国的南京航空航天大学已成功地研制高温钎焊单层超硬磨料砂轮以减少磨削热，增加磨削比，取得了较好的效果。阿亨工业大学在其砂轮的铝基盘上使用溶射技术实现了磨料层与基体的可靠粘接。 1.2 超高速磨床主轴及其轴承技术
超高速磨削用主轴单元的性能在很大程度上决定了超高速磨床所能达到的最高磨削速度极限，因而，为实现高速超高速磨削，砂轮驱动和轴承转速往往要求很高。主轴的高速化要求足够的刚度，回转精度高，热稳定性好，可靠，功耗低，寿命长等。要满足这些要求，主轴的制造及动平衡，主轴的支撑（轴承），主轴系统的润滑和冷却，系统的刚性等是很重要的。为减少由于磨削速度的提高而增加的动态力，要求砂轮主轴及主轴电机系统运行极其精确，且振动极小[13]。
超高速磨削的砂轮主轴转速一般在10 000 r/min以上，所传递的磨削功率通常为几十千瓦，因此要求主轴轴承的转速特征值非常高，还必须具有很高的回转精度和刚度，以保证砂轮圆周上的磨粒能均匀地参加切削，并能抵御超高速回转时不平衡质量造成的振动。
主轴轴承可采用陶瓷滚动轴承、磁浮轴承、空气静压轴承或液体动静压轴承等。陶瓷球轴承具有重量轻、热膨胀系数小、硬度高、耐高温、高温时尺寸稳定、耐腐蚀、寿命长、弹性模量高等优点。其缺点是制造难度大，成本高，对拉伸应力和缺口应力较敏感。磁浮轴承的最高表面速度可达200 m/s，可能成为未来超高速主轴轴承的一种选择。目前磁浮轴承存在的主要问题是刚度与负荷容量低，所用磁铁与回转体的尺寸相比过大，价格昂贵[14-15]。空气静压轴承具有回转精度高，没有振动，摩擦阻力小，经久耐用，可以高速回转等特点。用于高速、轻载和超精密的场合。液体动静压轴承，无负载时动力损失太大，主要用于低速重载主轴[11]。
高速超高速磨削的另一个特点是其主轴的无功功率损失随转速的增大而呈非线性增长。例如，将
