高速磨削

随着科技的进步、工艺的完善、新型材料的应用以及高速铣削在模具加工中的巨大成功，越来越多的企业期待高速磨削技术的实际应用。拥有世界众多顶尖磨床制造商的斯来福临集团，早在十年前就开始高速磨削技术的探索及应用：德国平面成形磨床制造商琼格(JUNG)公司几年前推出了高速磨床S320，工作台运动速度最大50米/分，采用西门子直线电机驱动，专门用于精密冲头的磨削，可实现每分钟600次的短行程振荡磨削。德国柏林机床公司(BWF)也在其车、磨中心的X轴上配置直线电机，快速运动速度60米/分，加速度5m/s²，大大地提高效率。

2002年，德国平面成形磨床制造商BLOHM公司作为 “AGNETA” (Advanced grinding of new aircraft engine materials)项目的唯一设备供应商，也开始高速磨削设备的制造。此项目为欧盟赞助，由欧洲航空发动机制造商ALSTOM、Rolls-Royce、Snecma、FiatAvio联合机床制造商BLOHM公司、砂轮供应商TYROLIT、直线导轨供应商INA公司及WZL研究机构共同完成。其宗旨是针对发动机难加工材料，开创一种崭新的磨削工艺，从而减少磨削时间，并降低磨削成本。

一般说来，高速磨削技术包含两个方面。首先，提高固定时间内往复磨削的行程次数，以减少磨削节拍；另外就是提高磨削速度(并在磨削过程中保持速度恒定)，以改善磨削工艺，保持最佳的接触时间与往复行程时间之比，从而使得整个磨削工序更有效。

简单地提高工作台的速度并不能足够地改善磨削工序的效率，反向距离所增加的时间(惯性)往往会抵消工作台速度提高的效果，因此，必须同时提高工作台的加速度。当然，如无额外措施保证机床的稳定性，则会对机床的运行带来负面的影响。

兼顾工作台的高速及加速度，对BLOHM公司的Profimat机床(图1)，工作台驱动方式比较理想的方式是采用直线电机。机床的主要参数如下：

• 工作台最大速度： 200 m/min
• 工作台最大加速度： 50m/s²
• 磨削范围： 800 X 400 mm
• 磨头电机输出功率： 45KW
• 主轴最大转速： 11000 r/min
• 最大线速度： 170 m/s

机床工作台承重200kg，在加速度50 m/s²时，工作台每次反向运动时受力为10,000N。除了静态负载外，行程往复摆动时产生的动态力，都会导致磨削时的振纹。为了抵消这些影响，并消除加、减速及制动时的颤抖，机床须特殊配置一个脉冲退耦(减震)装置。

实质上，机床的设计与以往BLOHM公司的Profimat MT系列机床类似(图2)。工作台(X轴)，配置脉冲退耦装置，直接安装在床身上，从而可以直接卸载负荷。垂直立柱，内置砂轮头架(Y轴)，悬挂在横向导轨(Z轴)中央，以便将磨削中产生的磨削力以最小的力矩传送到机床床身。各轴均采用线性导轨。机床的修整装置固定在机床工作台的右侧。

原先镍合金材料的加工，是非常困难的，采用高速磨削，一切就简单的多。而淬硬工具钢的金属切除率也比传统技术要高好几倍。同时，磨削质量，如表面光洁度及波纹度，并不会由于工作台的高速度而降低。实际上，工作台的高速度，对切屑形成机理具备更好的正面效果，同等金属切除率下，所需消耗的功率较低。

最终磨削结果是减少磨削时间50%，并降低磨削成本约40%。