超高速磨削的发展及关键技术（三）

魔神

    

　　包含混合磨削油和合成水基磨削液的联合应用，对于磨削难加工材料特别有效。用少量油润湿砂轮提高润滑效果，用水基磨削液注人磨削弧提高冷却效果或者，油在磨削区前加人，而水则仅仅用来冷却工件表面。通过联合应用水和油，获得的表面粗糙度和金属去除率与乳化液相当。与单纯使用乳化液相比，能降低砂轮的磨损。其缺点是需要后续的油水分离。

　　高速磨削时，气流屏障阻碍厂磨削液有效地进人磨削区，还可能存在薄膜沸腾的影响。因此，采用恰当的注人方法，增加磨削液进人磨削区的有效部分，提高冷却和润滑效果，对于改善工件质量，减少砂轮磨损，极其重要。常用的磨削液注人方法有：手工供液法和浇注法；高压喷射法；空气挡板辅助截断气流法；砂轮内冷却法；利用开槽砂轮法等。为提高冷却润滑效果，通常将多种方法综合使用。如，采用靴状喷嘴，可在砂轮接触区前一个较大的区域对砂轮进行直接地润滑，喷嘴本身起了气流挡板的作用。石墨管浮动喷嘴将磨削液辅以固态磨削剂结合起来，石墨管本身又相当于气流挡板射流内冷却，将射流与砂轮内冷却结合起来，用径向射流冲击，达到强化换热的效果，可突破成膜沸腾的障碍高低压喷嘴联合应用，采用高压喷嘴和空气挡板向砂轮及磨削区供液，低压喷嘴冷却工件。也有采用环状喷嘴冷却工件，润滑喷嘴向砂轮及磨削区供液，以降低不件整体温度，提高工件尺寸精度。

　　喷嘴位置、几何形状对冷却和润滑效果也有很大的影响。增加喷嘴与磨削区的距离，冷却效果降低。因而，喷嘴应尽可能靠近磨削弧区，提高进人磨削弧区的有效流量和压力。对喷嘴进行优化，采用内腔为凹状的喷嘴，目内壁光滑，出口处为锐边，可均化液流，产生较长的高聚射流，提高冷却和润滑效果。

　　高速磨削液必须净化，过滤系统的选择与切屑长度、厚度及类型有关，还取决于磨粒的切削深度。常用的过滤方法有：物理方法，如重力沉降、涡旋过滤、磁力过滤、滤网过滤、滤带(纸)过滤；化学方法，如采用助滤剂硅藻土等。在过滤系统中同时经过多个过滤单元进行复合过滤，效果更佳。超高速磨削系统还需要采取措施降低磨削液温度，月前主要的降温方式有自然挥发对流散热，强力挥发和利用制冷系统降温等。

　　此外，还应对磨削液引起的砂轮主轴功率消耗，以及磨削区域磨削液的动静压对磨削力的影响进行研究。对高速磨削的供液压力和速度进行优化。有效地减少功率消耗和对环境的负面影响。有关研究表明，对于某一流量存在一临界速度，当砂轮速度大于临界速度时，随着砂轮速度的增加，法向磨削力降低。

　　砂轮修整

　　在磨削过程中，砂轮变钝，或由于磨损而失去正确的几何形状，必须进行及时修整。修整分为整形和修锐两个过程。整形是使砂轮达到要求的几何形状和精度。修锐就是使磨粒凸出结合剂，产生必要的容屑空间，使砂轮达到较佳的磨削能力。根据具体情况，这两个过程可以统一进行或同时进行，也可分两步进行。

　　常用的整形方法有车削法、磨削法、金刚石滚轮法。电火花和激光法等新的整形法也正在研究中。常用的修锐方法有自由磨粒法(如气体喷砂修锐法、游离磨粒挤压修锐法、液压喷砂修锐法等>和固结修锐工具修锐法(如油石法、刚玉块切人法、砂轮对磨法等)两大类，此外还有电解在线修整法、电火花修锐法、高压水喷射修锐法和激光修锐等。

　　对于新型修整方法，应加快实用化研究。修整系统的发展应优先考虑通用的高效修整系统的研究。

　　磨削的成拟化与智能化

　　超高速磨削的实验研究需要耗费大量人力物力因而随着计算机技术的发展，利用计算机进行磨削过程的仿真是一个重要的研究课题CIRP磨削科技委员会已把“虚拟实验室”作为一个重要的合作项目，虚拟磨床可以建立一个逼真的虚拟磨削环境，可用于评估、预测磨削加工过程和产品质量以及培训等一利用计算机仿真可模拟磨削过程，对磨削区温度场、磨削力变化等进行仿真，分析预测不同条件下磨削精度和磨削表面质量。

　　磨削过程是一个多变量的复杂过程随着人工智能技术和传感器技术的发展，智能磨削也成为个重要的研究方向。智能加工的基本目的就是要解决加工过程中众多的不确定性的，要有人干预才能解决的问题。由计算机取代或延伸加工过程中人的部分脑力劳动。实现加工过程中的决策、监测与控制的自动化其中关键是决策自动化。

　　机床智能磨削系统的基本框架由以下二部分组成：①过程模型和传感器集成模块。利用多传感器信息融合技术，对加工过程信息进行处理，为决策与控制提供更加准确可靠的信息。多传感器信息融合的实现方法有加权平均法、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、统计决策理论、Shafer-Dempster证据推理、具有置信因子的产生式规则、模糊逻辑、神经网络等；②决策规划与控制模块，根据传感器模块提供的加工过程信息，作出决策规划，确定合适的控制方法，产生控制信息，通过NC控制器作用于加工过程，以达到最优控制，实现要求的加工任务。③知识库与数据库，存放有关加工过程的先验知识，提高加工精度的各种先验模型以及可知的影响加工精度的因素，加工精度与加I过程有关参数之间的关系等。此外，应能自动学习与自动维护。华中科技大学、清华大学、西安交通大学、南京航空航天大学、天津大学、国防科技大学和东北大学等都先后进行过智能制造技术或智能制造系统等的研究工作。华中科技大学与汉江机床厂曾合作进行过螺纹智能磨削的研究。东北大学目前也正在国家教委的资助下进行智能磨削的研究。