為了能夠經(jīng)濟(jì)的發(fā)掘高性能材料的潛力，必須進(jìn)一步擴(kuò)大強(qiáng)力切削加工的能力，這一點(diǎn)在新的切削加工工藝和滿足高要求切削加工任務(wù)的領(lǐng)域中更為重要。
      創(chuàng)新的高性能原材料以其優(yōu)越的使用性能贏得了人們的信賴。耐高溫的合金材料、CMC陶瓷基復(fù)合材料和高性能陶瓷材料也因其很高的強(qiáng)度、耐熱性能和抵抗化學(xué)腐蝕的穩(wěn)定性有著越來越廣泛的用途。隨著對(duì)零件質(zhì)量要求的不斷提高，這些材料的零件加工的難度也在不斷增大，為了提高磨削加工的產(chǎn)量和質(zhì)量，柏林技術(shù)大學(xué)機(jī)床加工工藝研究所（IWF）和霍倫霍夫研究院生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)計(jì)技術(shù)研究所（IPK）開展了創(chuàng)新性磨削工藝和所需工裝的研究和優(yōu)化。本文將介紹兩個(gè)能夠最大程度實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的磨削加工方案。
      高速雙面磨削（Schnellhubschleifen）采用的是一種緩進(jìn)給磨削工藝，這種工藝在端面加工和成型加工時(shí)有著很高的生產(chǎn)效率。當(dāng)利用傳統(tǒng)磨削砂輪大批量的磨削金屬材料零件時(shí)，通常采用的是CD連續(xù)加工的緩進(jìn)給磨削工藝。這種磨削工藝的缺點(diǎn)是磨削刀具所需費(fèi)用高、砂輪磨損嚴(yán)重、使用靈活性差和優(yōu)化改進(jìn)費(fèi)用高。與緩進(jìn)給磨削相對(duì)比，高效雙面磨削時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)較少，在多次磨削過程中的工件進(jìn)給速度能夠明顯提高。在柏林的生產(chǎn)技術(shù)中心里，一臺(tái)Blohm Profimat型磨床的MT 408試驗(yàn)樣機(jī)所使用的工件進(jìn)給速度達(dá)Vft=200m/mm，加速度為aft=50m/s2。

      切削區(qū)域中的能源消耗

      這種機(jī)床研發(fā)的背景是使磨削能源的消耗都用于切削區(qū)域之中，因?yàn)樵谠囼?yàn)時(shí)研究人員觀察到，工件進(jìn)給速度的波動(dòng)能夠使得恒定的切削速度Vc和恒定的單位時(shí)間內(nèi)的切削量Qw對(duì)切屑的幾何形狀產(chǎn)生重要的影響。金屬材料切除時(shí)通常具有的前期彈性－塑性變形也因很快達(dá)到了所需的切削深度Tu和切屑厚度的增加而大大減少，這樣就能夠降低磨削時(shí)的單位能耗ec。另外，由于吃刀深度較小、傳遞到工件中的能量較少，因此有可能改善切削區(qū)域冷卻液的供應(yīng)情況，從而有效降低磨削工件邊沿處的燒蝕?；谖⒂^切削過程的這些變化，相應(yīng)的也要在磨削砂輪的技術(shù)規(guī)范中有所改變。與緩進(jìn)給磨削不同，砂輪無需擁有更高的孔隙度。在高效雙面磨削中，參與磨削的磨粒數(shù)量可由于總顆粒的數(shù)量增加而增加，從而也可以提高其生產(chǎn)效率，為用戶提供了一種能夠靈活高效生產(chǎn)小批量和單件產(chǎn)品的磨削工藝。

      需要強(qiáng)力冷卻的CD緩進(jìn)給磨削

      在切削鎳基合金的金屬材料時(shí)，由于鎳基合金彈性變形大的特性使其成為了一種難以切削加工的金屬材料。為減少零件加工中的損傷，在CD緩進(jìn)給磨削加工中機(jī)床應(yīng)該配備冷卻潤滑油供應(yīng)能力很強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)，具有與砂輪形狀相適應(yīng)的冷卻液噴嘴。而這些要求將會(huì)在高切削速度的磨削過程中降低原有的易于接近工件的性能。
      在高速雙面磨削中，切屑大小的改變對(duì)砂輪磨粒的耐磨性和砂輪粘結(jié)劑的結(jié)合力都提出了很高的要求，尤其是為氧化硅晶體磨粒（即燒結(jié)氧化鋁）提供了很大的應(yīng)用潛力。適當(dāng)?shù)哪チＫ榱芽梢孕纬筛愉h利的微晶切削刃。迄今為止，這種磨粒材料僅以很小的附加物出現(xiàn)在砂輪中，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)破碎氧化鋁磨粒所需的單個(gè)磨粒破碎力一般都能夠給被磨削工件帶來損傷。當(dāng)破碎、剝離不充分時(shí)，這種磨粒會(huì)呈現(xiàn)出熱燒蝕的傾向，從而使得磨粒磨平、磨鈍。隨著單個(gè)磨粒切削深度的增加，在高速雙面磨削中首次使得這種具有創(chuàng)新性的磨粒成為可用的磨粒。
       切屑的幾何體積提高了6倍，從Q'w=12mm3/mms增加到Q'w=72mm3/mms時(shí)，磨削時(shí)的單位能耗卻減少了50%多。由于切屑的體積比相對(duì)減小，即由短而厚的切屑導(dǎo)致的磨削工件表面質(zhì)量也發(fā)生了明顯變化，但這與進(jìn)給時(shí)的切向吃刀深度沒有直接的關(guān)系。因此，在提高工件磨削速度的同時(shí)得到的幾乎是一條與其平行的表面粗糙度質(zhì)量曲線。高強(qiáng)度材料零件加工的另一個(gè)極有前途的工藝方法就是按照行星齒輪機(jī)構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)工件旋轉(zhuǎn)的平面磨削。這種工藝的原理原則上也可進(jìn)一步研發(fā)成一種新型的拋光工藝。磨削加工時(shí)，工件被放置在圓形的有外嚙合齒的夾具中。這種被稱之為回轉(zhuǎn)盤式的夾具位于上、下兩片磨削砂輪之間，在固定的外撥銷齒圈和有驅(qū)動(dòng)力的內(nèi)撥銷齒圈的驅(qū)動(dòng)下繞內(nèi)撥銷齒圈旋轉(zhuǎn)并自轉(zhuǎn)。上、下兩個(gè)磨削砂輪和內(nèi)撥銷齒圈之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就是傳統(tǒng)的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)方式。
      這種所謂的行星旋轉(zhuǎn)磨削方式因機(jī)床結(jié)構(gòu)、磨削工藝過程和工作方式等方面的特點(diǎn)決定了它與其他的磨削工藝有著極大的不同。其標(biāo)志性的特點(diǎn)為：一方面是兩面加工；另一方面是工件和砂輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相比較不算復(fù)雜的過程控制是使這種工藝得到更多應(yīng)用的主要原因。
      通過在脆性金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域中的進(jìn)一步研究，可以證明：采用優(yōu)化了的粘結(jié)劑之后，行星旋轉(zhuǎn)式的平面磨削也可以在高切削速度范圍內(nèi)和較高的進(jìn)給力條件下使用?；谶@里的試驗(yàn)結(jié)論和工藝過程優(yōu)化后不斷增長的需求，St?hli Läpp技術(shù)股份公司與IWF研究所已經(jīng)合作研發(fā)成功了DLM 505 HS型樣機(jī)，能夠以很高的切削速度和磨削壓力對(duì)高強(qiáng)度材料零件進(jìn)行磨削加工。例如，這種樣機(jī)的砂輪轉(zhuǎn)速可以高達(dá)2000?r/min，磨削時(shí)的進(jìn)給壓力可以高達(dá)4000daN；可以實(shí)現(xiàn)的工件理論切削速度高達(dá)Vc=45m/s。從而具有切削加工時(shí)間短和零部件加工質(zhì)量高的特點(diǎn)，為用戶在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性方面提供了更多的好處。通過機(jī)床控制系統(tǒng)的性能匹配，可以使粗加工、半精加工和精加工在一個(gè)工序中完成。這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目的目標(biāo)是：研發(fā)出一種能夠加工多種金屬材料的新型加工工藝，以實(shí)現(xiàn)在提高工件加工質(zhì)量的同時(shí)明顯降低加工費(fèi)用的目的。

      更薄的CMC陶瓷復(fù)合材料

      CMC陶瓷復(fù)合材料屬于輕合金結(jié)構(gòu)材料的范疇，以其很好的熱穩(wěn)定性和較低的密度而著稱，這種特性使得該材料在高溫環(huán)境中能夠得到了廣泛的應(yīng)用。在加工這種材料時(shí)，其切削力明顯較低、刀具磨損嚴(yán)重。通過減少碎裂、局部的剝離和內(nèi)在的多孔性，能夠生產(chǎn)加工出質(zhì)量令人滿意的零件表面。
      不久前，在柏林的PTZ研究中心里利用行星旋轉(zhuǎn)磨削方式的磨削機(jī)床在很高的切削速度下對(duì)CMC復(fù)合陶瓷材料零件進(jìn)行了強(qiáng)力磨削的試驗(yàn)。被磨削零件的平面度、平行度和表面粗糙度都有著很高的要求。由于所用磨削工藝的特點(diǎn)使得加工出來的工件有著極為出色的平面度E0和表面質(zhì)量。與傳統(tǒng)的加工工藝相比較，新的磨削工藝把加工時(shí)間降低了5%。

      節(jié)約成本的潛力

      經(jīng)濟(jì)的加工要求平行的功能性平面，對(duì)零件材料、刀具和生產(chǎn)加工過程都提出了很高的要求。就降低生產(chǎn)成本而言，本文介紹的工藝方法有著很大的挖掘潛力。
      通過對(duì)本文介紹機(jī)床類型和設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步研發(fā)，并結(jié)合改進(jìn)的過程分析技術(shù)，是可以實(shí)現(xiàn)降低成本之目的的。迄今為止，在高速切削和強(qiáng)力的行星旋轉(zhuǎn)平面磨削試驗(yàn)中所取得的成就表明：這種技術(shù)有著很大的節(jié)約潛力可以挖掘。這種技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)很高的零部件加工質(zhì)量、較低的磨具磨損，有著很高的切削加工性能，就如其他生產(chǎn)加工過程中所使用的固定幾何參數(shù)的刀具所能完成的切削加工一樣。
      同樣，高速雙面磨削在降低生產(chǎn)成本方面也有很高的潛力可以挖掘。與傳統(tǒng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)平面磨床相比，在第一次試驗(yàn)時(shí)就明顯的提高了生產(chǎn)能力，同時(shí)減少了工件的損傷。