雾涣风月动平衡材料
第3卷 第8期 2008年8月
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2 超高速磨削的工业应用
超高速磨削的应用技术有高效深切磨削(HEDG)、超高速外圆磨削、超高速精密磨削、快速点磨削(Quick-point Grinding)、硬脆材料及难加工材料超高速磨削等。 2.1 高效深切磨削(HEDG)
高效深磨(High Efficiency Deep Grinding ，HEDG)技术是近几年发展起来的一种集砂轮高速度(100~250 m/s)、高进给速度(0.5~10 m/min)和大切深(0.1~30 mm)为一体的高效率磨削技术。高效深磨概念是由德国Bremen大学Werner教授于1980年创立。目前欧洲企业在高效深磨技术应用方面居领先地位。高效深磨可直观地看成是缓进给磨削和超高速磨削的结合。与普通磨削不同的是高效深磨可以通过一个磨削行程，完成过去由车、铣、磨等多个工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率（磨除率比普通磨削高100~1 000倍），表面质量也可达到普通磨削水平。高效深切磨削工艺开始是使用树脂结合剂氧化铝砂轮，以80~100 m/s的高速来进行钻头螺旋沟槽的深磨。由
于它使用比缓进给磨削快得多的进给速度，生产效率大幅度提高。后来又进一步在CBN砂轮基础上开发出200~300 m/s的超高速深磨磨床。
德国Guhring Automation 公司FD613超高速平面磨床，150 m/s及CBN磨削宽1~10 mm、深30 mm的转子槽时工作台进给速度达3 000 mm/min。在125 m/s沟槽磨床上，磨削深20 mm的钻头沟槽可一次完成，金属磨出率达500 mm3/mm·s。高效成形磨削作为高效深磨的一种也得到广泛应用，并可借助CNC系统完成更复杂型面的加工。此项技术已成功地用于丝杠、螺杆、齿轮、转子槽、工具沟槽等以磨代铣加工。普通磨削、缓进给磨削、高效深切磨削方法工艺参数对比见表1。日本丰田工机、三菱重工等公司均能生产CBN超高速磨床，三菱重工CA32-U50ACNC超高速磨床陶瓷结合剂砂轮速度可达200 m/s。GP-33型超高速磨床采用CBN砂轮以120 m/s磨削速度可实现对工件不同部位的自动磨削。美国Edgetrk Machine 公司也生产高效深磨机床，该公司主要发展小型3轴、4轴和5轴CNC高效深磨机床，采用CBN成型砂轮，可实现对淬硬钢的高效深磨，表面质量可与普通磨削媲美[21]。
表 1 普通磨削、缓进给磨削、高效深切磨削工艺参数对比
Tab. 1 Conventional grinding and high efficiency abrasive machining parameters and efficiency compared
参 数
普通磨削
缓进给磨削
高效深切磨削
0.1~30 0.5~10 80~200 50~2 000 水基磨削液
Ap/mm 0.001~0.05 0.1~30 Vw/(m/min) 1~30 0.05~0.5 Vs/(m/s) 20~60 20~60 ZW/(mm3/mm·s) 0.1~10
磨削液
水基磨削液
0.1~10 油溶性磨削液
砂轮 WA60HV WA60HV WA60HV
高效深切磨削具有加工时间短（一般为0.1~10s）、磨削力大、磨削速度高的特点，除了应具备超高速磨削技术要求外，还要求机床具有高的刚度。一般HEDG 要求机床主轴驱动功率比缓进给磨削大3~6倍。如用φ400 mm砂轮至少需要50 kW的功率。
2.2 超高速外圆磨削
提高砂轮速度有助于减少磨削表面粗糙度，可实现高效率超高速精密磨削。超高速外圆磨削是使用150~200 m/s及以上的砂轮周速和CBN砂轮，配以高性能CNC系统和高精度微进给机构，对主轴、曲轴等零件外圆回转表面进行超高速精密磨削加工
的方法。它即能够保证高的加工精度，又可获得高的加工效率。
这一技术在日本已成功应用于汽车工业部门。例如，使用丰田工机株式会社GCH63B型CNC超高速外圆磨床来磨削加工余量达5 mm的球墨铸铁凸轮轴，比磨除率可达174 mm3/mm·s，砂轮磨削比可达33 500。以表面粗糙度Rz=3 μm为上限，砂轮经过一次修整可连续磨削60个工件，磨后表面呈现残余压应力，并可从毛坯直接磨为成品，省去了车工序及工序间的周转。丰田工机GZ0型CNC超高速外圆磨床装备了Toyoda State Bearing 轴承，用200 m/s的薄片CBN砂轮对回转体零件进行一次性
