機(jī)床本身并不是達(dá)到高精度磨削加工的唯一秘方，金剛石砂輪和粒度、金剛石砂輪修整系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、操作員的智能等因素都對(duì)高精度產(chǎn)品的加工生產(chǎn)起著關(guān)鍵的作用。

       磨削加工成為人們?cè)絹?lái)越樂于使用的加工方式。為了滿足今天的高精度加工標(biāo)準(zhǔn)，磨削加工有時(shí)甚至已經(jīng)成為唯一的加工方式。隨著CBN金剛石砂輪價(jià)格的不斷下降，磨床已成為一種更加商品化的產(chǎn)品。通過充分采用更新型的磨料粒度，磨床及磨削工藝有了進(jìn)一步的提高和改進(jìn)?，F(xiàn)在，整個(gè)市場(chǎng)基本上被更加精密的磨床所壟斷。但是，機(jī)床本身并不是達(dá)到高精度磨削加工的唯一秘方，金剛石砂輪和粒度、金剛石砂輪修整系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、操作員的智能等因素都對(duì)高精度產(chǎn)品的加工生產(chǎn)起著關(guān)鍵的作用。下面我們分別對(duì)上述這些影響磨床加工質(zhì)量的因素加以介紹。

砂輪和粒度

       美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）主要致力于高性能磨削工藝的研究。最近，NIST的研究人員正在尋求一種采用單層磨料（SLA）金剛石砂輪的高速磨削工藝。在一個(gè)加工案例中，他們采用一個(gè)254mm直徑的SLA金剛石砂輪，對(duì)其以14000 r/min的轉(zhuǎn)速和186m/s的表面線速度運(yùn)行時(shí)的情況進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著磨削時(shí)間的增加，金剛石砂輪上裸露的磨粒增多，磨損面擴(kuò)大，出現(xiàn)連續(xù)的微粒磨鈍現(xiàn)象，磨削溫度和磨削力度也隨之上升，但沒有磨粒碎裂或脫落的情況發(fā)生。機(jī)械工程師們?cè)噲D了解進(jìn)給量和速度如何影響SLA金剛石砂輪的磨損，以便找到因平面區(qū)域磨損增加所造成的潛熱損壞的模式，預(yù)測(cè)可有效調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝的變量。

       為此，研究人員繪制了金剛石砂輪表面的顯微結(jié)構(gòu)圖。隨著金剛石砂輪以不同進(jìn)給量和不同速度運(yùn)行造成的磨損程度的增加，顯示出其磨粒大小、形狀和分布的變化。圖表顯示，某些金剛石砂輪的磨粒數(shù)量超過了實(shí)際所需要的數(shù)量，而且磨粒應(yīng)擴(kuò)散分布，而不是在金剛石砂輪表面“結(jié)殼”。NIST經(jīng)研究證實(shí)：當(dāng)使用SLA金剛石砂輪時(shí)，不應(yīng)該以同樣的進(jìn)給量和速度去磨削每一個(gè)零件，因?yàn)槔硐氲那邢鲄?shù)會(huì)隨著金剛石砂輪磨損程度的不同而不斷變化。應(yīng)區(qū)別對(duì)待不同的加工零件，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)變量，這樣就可以大大降低每一零件的加工成本，也不會(huì)浪費(fèi)未經(jīng)使用的大量金剛石砂輪磨粒。

       要想獲取足夠的信息預(yù)測(cè)金剛石砂輪的切削參數(shù)，這就要求SLA金剛石砂輪磨粒的形狀和尺寸必須是規(guī)則的。如果用戶知道金剛石砂輪的顯微結(jié)構(gòu)圖，而且金剛石砂輪的表面是一致的，那么就可以對(duì)切削變量進(jìn)行編程，以補(bǔ)償金剛石砂輪的磨損參數(shù)。

金剛石砂輪修整系統(tǒng)

       研究表明，CNC數(shù)控修整裝置及發(fā)聲傳感器的使用，降低了磨削周期時(shí)間。最新的修整技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到相對(duì)比較特殊的機(jī)床、金剛石砂輪設(shè)計(jì)或生產(chǎn)應(yīng)用之中。例如，ELID磨削是一種在加工過程中使用電解修整金剛石砂輪和常規(guī)機(jī)械磨削相結(jié)
合的新穎磨削方法。在有選擇地使用結(jié)合劑的基礎(chǔ)上，能實(shí)現(xiàn)高效磨削和鏡面磨削。同樣，用于金剛金剛石砂輪和CBN超級(jí)磨料的新型玻璃狀粘結(jié)劑，對(duì)那些特殊應(yīng)用領(lǐng)域中使用的金剛石砂輪修整系統(tǒng)提出了新的要求。

       客戶對(duì)于金剛石砂輪有非常明確的要求，比如更好的尺寸公差、錐度和正圓度，特別是在汽車工業(yè)和軸承應(yīng)用領(lǐng)域。因此，希望能將材料的磨削率提高到16.39cm3/min，同時(shí)使Cpk值保持在1.33或更好的水平。確保軸承零件更好的正圓度和表面光潔度非常重要，它將有助于減少摩擦力，降低噪音和咔嗒聲，延長(zhǎng)使用壽命。
圣戈班公司就重點(diǎn)對(duì)經(jīng)過改進(jìn)的多孔性金剛石砂輪過進(jìn)行了研究。

       不管采用普通的磨料還是用CBN材料，凡是在精密的汽車磨削加工應(yīng)用領(lǐng)域，金剛石砂輪都應(yīng)采用玻璃狀粘結(jié)劑膠合制成，這可以使磨料具有更佳的粘結(jié)力，獲得更高的磨削比。金剛石砂輪的多孔性可以使金剛石砂輪將更多的磨削冷卻液帶到切屑弧區(qū)，而且也能給磨削切屑保留更大的空間，這樣可降低磨削區(qū)內(nèi)零件與切屑之間的相互摩擦。金剛石砂輪中磨料的體積通常用組織（普通磨料）或濃度（金剛砂或CBN材料）來(lái)描述。一般而言，凡是在接觸面積較大以及對(duì)金相結(jié)構(gòu)損壞靈敏度較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如蠕動(dòng)進(jìn)給磨削、雙盤或高合金鋼一類的材料，應(yīng)使用組織疏松或濃度較低（磨料體積較小）的金剛石砂輪。圣戈班公司新的普通磨料技術(shù)能夠獲得較疏松的金剛石砂輪組織，而不需要采用人工多孔性方式。

       美國(guó)Truing Systems公司生產(chǎn)修整金剛石砂輪用金剛砂滾子和金剛石砂輪修整塊，其產(chǎn)品的公差達(dá)到0.5 mm，具有很高精度的球形尺寸,使用標(biāo)準(zhǔn)也由過去的Ra16提高到現(xiàn)在的Ra4。在20世紀(jì)90年代，硬質(zhì)材料的車削加工曾一度占領(lǐng)磨削加工的市場(chǎng)，但現(xiàn)在的情況恰好相反。我們可將這一變化歸因于CBN材料的價(jià)格下降，以及磨削加工更適于較硬材料的加工。

       Truing Systems公司通過削減修整周期來(lái)降低磨削周期時(shí)間，提高金剛石砂輪的一致性。此外，粗糙的材料會(huì)加劇金剛石砂輪的磨損，因此要求采用一種更粗糙的修整系統(tǒng)。

       Truing Systems公司的金剛砂滾子是為特定的項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的，其中包括砂粒的類型、大小、濃度、粘結(jié)材料以及油石數(shù)量。在一個(gè)滾子上可能會(huì)有多達(dá)6種不同類型的金剛砂和濃度。滾子和金剛石砂輪的定位依賴于機(jī)床的精度。

       密歇根州的Tru Tech公司針對(duì)高精度CNC數(shù)控磨床制定了一套非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，這些磨床是為磨削圓柱體零件而設(shè)計(jì)的。其特點(diǎn)如下：

       主軸速度可調(diào)，轉(zhuǎn)速范圍為2000～5000 r/min，可用于各種表面的精加工；

       機(jī)床的定位采用步進(jìn)馬達(dá)，而不是伺服電機(jī)。這種馬達(dá)編碼器的分辨率很高，機(jī)床可按0.00003 mm增量級(jí)編輯。

       在線金剛石砂輪修整可以允許金剛石砂輪在主軸上整形修整，金剛石砂輪具有更好的表面光潔度和更長(zhǎng)的使用壽命。

       該公司采用3軸磨床，配有一個(gè)金剛石砂輪，可在一個(gè)零件上磨削加工多種形狀。只需采用一個(gè)程序和一次調(diào)試裝夾，該磨床就能用一個(gè)1A1金剛石砂輪磨削加工多個(gè)臺(tái)階、半徑、角度、反錐斜角和鉆點(diǎn)。

       Tru Tech公司磨床的上述特征使得其磨削的正圓度精度可以達(dá)到0.0004 mm。所有標(biāo)準(zhǔn)型零件直徑之間的偏心度保持在0.0008 mm公差范圍之內(nèi)，高精密型零件的偏心度公差在0.00003 mm之內(nèi)。

       Tru Tech公司的3軸金剛石砂輪修整系統(tǒng)可保證磨床的高精度磨削性能。

軟件系統(tǒng)

       軟件可以幫助幾乎沒有任何操作經(jīng)驗(yàn)的新操作員在機(jī)床上工作，而且大部分工件的加工程序可以在5min之內(nèi)編制完成。Tru Tech公司的軟件具有自我培訓(xùn)的功能和內(nèi)置“幫助”錄像，通過錄像指導(dǎo)操作員進(jìn)行編程、調(diào)試、設(shè)置及預(yù)防性維修等工作，而不需離開機(jī)床。這一軟件使公司在交叉培訓(xùn)雇員的過程中靈活性大大提高，降低了培訓(xùn)費(fèi)用。在磨削加工行業(yè)，要找到一名技術(shù)熟練的操作工很難。Tru Tech公司制造了配有良好用戶界面軟件的高精度磨床，任何人都能很快學(xué)會(huì)操作，解決了熟練操作工缺乏的問題。

動(dòng)態(tài)剛性和熱穩(wěn)定性

       動(dòng)態(tài)剛性和熱穩(wěn)定性是影響UGT公司Studer磨床精度的兩個(gè)關(guān)鍵問題。UGT公司用人造花崗石（這種材料主要由花崗石塊與環(huán)氧樹脂粘結(jié)制成）代替鑄鐵，從而降低了機(jī)床的振動(dòng)，提高了機(jī)床內(nèi)部的熱穩(wěn)定性。Studer磨床一直用于較高精度的軸承磨削加工。在過去，UGT公司使用流體動(dòng)力軸承，但現(xiàn)在卻改用高精度、角接觸式球軸承。當(dāng)速度發(fā)生變化時(shí)，能提供很高的精度和更大的靈活性。然而，在某些專用機(jī)床上，例如在加工噴油嘴的專用機(jī)床上就使用流體動(dòng)力軸承。在磨削卡盤時(shí)，其正圓度公差在0.2～0.4mm之間，Studer機(jī)床上裝有專門設(shè)計(jì)的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它可以使加工精度達(dá)到10nm。采用線性電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是切削加工時(shí)間較短，節(jié)約定位時(shí)間，線性電機(jī)能夠以30m/min的速度和3m/s2加速度高速移動(dòng)。