第一篇：發(fā)動機凸輪軸的磨削技術(shù)

汽車凸輪軸的磨削技術(shù)

簡介：CBN砂輪磨削具有高效、高精度、低成本等顯著優(yōu)點，是凸輪軸磨削加工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。依據(jù)多年實驗研究的結(jié)果和相關(guān)技術(shù)文獻，文章指出了國內(nèi)在將凸輪軸的CBN磨削技術(shù)推向市場的過程中主要的制約因素，并提出了積極的建議，以期在凸輪軸加工中廣泛采用CBN磨削技術(shù)，提高發(fā)動機整體的加工技術(shù)水平。凸輪軸作為發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一，其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機的動力特性；同時，凸輪軸又是一種非圓磨削的工關(guān)鍵字：刀具夾具切削銑削車削機床測量

CBN砂輪磨削具有高效、高精度、低成本等顯著優(yōu)點，是凸輪軸磨削加工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。依據(jù)多年實驗研究的結(jié)果和相關(guān)技術(shù)文獻，文章指出了國內(nèi)在將凸輪軸的CBN磨削技術(shù)推向市場的過程中主要的制約因素，并提出了積極的建議，以期在凸輪軸加工中廣泛采用CBN磨削技術(shù)，提高發(fā)動機整體的加工技術(shù)水平。

凸輪軸作為發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一，其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機的動力特性；同時，凸輪軸又是一種非圓磨削的工件，其加工余量大且材料難磨，對磨削精度和生產(chǎn)效率要求都很高，加工難度比較大。因而，凸輪軸的磨削技術(shù)一直是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點。如何提高磨削效率和加工質(zhì)量是凸輪軸磨削急需解決的問題，主要應(yīng)考慮如下幾個■影響因素：

■機床的特性；

■凸輪輪廓磨削成形的方式； ■砂輪性能和冷卻液；

■磨削工藝，包括修整工具及修整工藝?！鰢鴥?nèi)外凸輪軸磨削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)多數(shù)轎車主機廠的凸輪軸生產(chǎn)線和專業(yè)生產(chǎn)凸輪軸的廠家均引進了CBN磨削技術(shù)，但仍有很多的載重汽車、柴油機和摩托車發(fā)動機的凸輪依然采用傳統(tǒng)的剛玉砂輪、靠模仿形的磨削工藝。粗磨工序使用的是國產(chǎn)中低速磨床(35m/s以下)，精磨工序部分廠家使用進口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以單點金剛石筆居多，進口磨床和少數(shù)國產(chǎn)磨床采用金剛石滾輪修整。這種傳統(tǒng)技術(shù)給凸輪軸的磨削帶來的問題主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

凸輪輪廓精度低且難以提高

采用靠模樣板磨削，凸輪輪廓形狀誤差最小只能控制在±0.03mm范圍內(nèi)，而全數(shù)控無靠模磨削則可控制在±0.01mm內(nèi)。另外，普通磨料砂輪在使用時，外徑變化范圍大(80～100mm)，而砂輪直徑每變化1mm就會使凸輪輪廓產(chǎn)生0.007mm的變化，因而難以進一步提高凸輪輪廓精度。

凸輪表面易產(chǎn)生燒傷、裂紋等缺陷，很難提高生產(chǎn)效率

由于凸輪磨削余量大且材料難磨，普通磨料砂輪的性能很難適應(yīng)，磨削質(zhì)量和生產(chǎn)效率兩者往往不能兼顧。

綜合經(jīng)濟效益不高

普通磨料砂輪的耐用度和使用壽命低，需頻繁修整或更換，使修整工具損耗加快，輔助時間和勞動強度增加，既影響了生產(chǎn)效率，又加大了生產(chǎn)成本。另外，砂輪用量大，其質(zhì)量波動也影響了磨削工藝的穩(wěn)定性，又因大量磨削殘物的產(chǎn)生，增加了磨削液的過濾清理量，對環(huán)境造成一定的污染。

CBN磨削技術(shù)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)凸輪軸磨削過程中的難題迎刃而解。十幾年前，有關(guān)使用CBN砂輪磨削凸輪軸的報導(dǎo)只在有限的國外文獻中見到。在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，使用CBN專用數(shù)控凸輪軸磨床磨削凸輪軸的技術(shù)在某些西方發(fā)達國家也剛剛進入實用階段。緊跟世界先進制造技術(shù)發(fā)展的潮流，鄭州磨料磨具磨削研究所于20世紀90年代初，在國內(nèi)率先自主研究開發(fā)了用于汽車凸輪軸磨削的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，在國產(chǎn)普通高速（60m/s）強力凸輪軸磨床上粗磨冷激鑄鐵凸輪軸，取得了良好的使用效果。但由于受到當時機床條件和砂輪制造技術(shù)的限制，還沒能達到更理想的效果。至90年代中期，工業(yè)化國家的多數(shù)汽車制造廠均已采用了CBN砂輪磨削凸輪軸，國內(nèi)主要的轎車生產(chǎn)線上也陸續(xù)引進了這項技術(shù)。它是以CBN專用數(shù)控CNC凸輪軸磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂輪、專用磨削液、修整滾輪和磨削工藝整套技術(shù)的形式引進的。該技術(shù)的主要特點是：砂輪使用速度高（80～125m/s），加工效率高（工件由毛坯粗、精磨一次完成，效率是普通砂輪的2～3倍）。隨著凸輪軸的CBN磨削技術(shù)及其專用磨床的不斷引進，國內(nèi)研究的CBN專用高速數(shù)控凸輪軸磨床也即將進入市場。對此，在完善國產(chǎn)磨床用CBN砂輪粗磨凸輪軸技術(shù)，積極研究用CBN砂輪精磨凸輪軸的同時，鄭州磨料磨具磨削研究所又開始研制為進口CBN專用數(shù)控凸輪軸磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂輪，并已取得了一定成果。研制的砂輪使用速度為80m/s，耐用度和壽命相當于進口砂輪的1/2，而價格只有進口砂輪的1/3。研制的陶瓷CBN砂輪與同類進口砂輪相比，主要差距在于耐用度、壽命和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性偏低，不能完全替代進口砂輪在凸輪軸生產(chǎn)線上連續(xù)使用。為了迎頭趕上這種快速發(fā)展的技術(shù)水平，近兩年，鄭州磨料磨具磨削研究所又研發(fā)成功了使用速度為125m/s的磨凸輪軸陶瓷CBN砂輪，其使用速度、磨削效率、磨削質(zhì)量均達到進口同類產(chǎn)品水平，具有很高的性價比，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定質(zhì)量，完全可以替代進口。這些都表明我國CBN砂輪的制造和應(yīng)用技術(shù)已達到了新的水平。

凸輪軸的CBN磨削技術(shù)要素

工業(yè)化國家在研發(fā)CBN磨削技術(shù)時的一個顯著特點是將CBN磨料、磨具、磨床和磨削工藝作為一個系統(tǒng)工程來進行的。如美國在20世紀90年代初，為解決凸輪軸的CBN磨削技術(shù)，聯(lián)合了GE公司(CBN磨料)、Norton公司(磨具)和Landis公司(磨床)三家本行業(yè)的頂級公司共同攻關(guān)。他們最終是以高速CBN砂輪、高速數(shù)控CBN專用磨床和CBN磨削工藝一整套技術(shù)提供給市場。

在凸輪軸的磨削系統(tǒng)中，必須同時考慮到CBN砂輪制造和應(yīng)用技術(shù)所涉及的各方面的影響因素，才會最終得到令人滿意的磨削結(jié)果。凸輪軸CBN磨削技術(shù)的重要影響因素主要有：

CBN砂輪

性能優(yōu)越的砂輪必須同時具備磨削鋒利、自銳性好和耐用度高等特征。在制造和選擇砂輪時主要考慮結(jié)合劑、磨料、砂輪濃度和磨具硬度。

結(jié)合劑

在CBN磨具的四種結(jié)合劑(樹脂、陶瓷、金屬、電鍍)中，以陶瓷結(jié)合劑的CBN磨具發(fā)展最快。在世界范圍內(nèi)，陶瓷CBN磨具的比例已由20世紀80年代的4%上升到現(xiàn)在的50%以上，增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削效率高、形狀保持性好、耐用度高、易于修整、磨料利用率高(為75%以上，其余類型結(jié)合劑為50～60%)、砂輪使用壽命長等優(yōu)勢，因而成為高效、高精度磨削的首選磨具。目前，用于凸輪軸磨削的CBN砂輪全部采用陶瓷結(jié)合劑。Mli>磨料選擇

在磨削加工中，磨料是磨具中的主體，其性能好壞直接影響磨削效果。CBN磨料與剛玉磨料相比，具有更高的硬度和強度，因而切削鋒利且耐磨。在凸輪軸加工這樣高強度的磨削情況下，使用CBN磨料是最佳選擇。不同牌號的CBN磨料，因制造工藝的不同，其晶體形態(tài)、顆粒形狀也各不相同，它們各自具有不同的強度、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)侵蝕性和破碎特性。應(yīng)根據(jù)結(jié)合劑的種類、磨削工件和磨削方式的不同，選擇不同牌號的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高溫下易與水和堿性氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使其結(jié)構(gòu)受到破壞，這是在選擇磨削液的種類、壓力和流量時必須考慮的因素。

濃度

砂輪濃度的高低表示在磨削時砂輪工作面單位面積上參加磨削的磨粒數(shù)的多少，高濃度可帶來高的磨削比，200%濃度比100%濃度砂輪壽命長4～5倍。目前，高速、高效磨削均采用較高的砂輪濃度，如進口磨凸輪軸磨床配套的陶瓷CBN砂輪濃度一般均為200%。

硬度

磨具的硬度等級表示結(jié)合劑對磨料把持力的大小，它是制造商工藝控制的重要指標，也是用戶選擇磨具性能的主要參數(shù)。砂輪硬度均勻和穩(wěn)定及硬度高低的合理選擇是保證磨削質(zhì)量的重要前提。國外陶瓷CBN砂輪一般有3～7個硬度等級可供選擇，國內(nèi)目前尚未制訂CBN砂輪(包括金剛石磨具)的硬度檢驗標準，制造商僅以配方硬度進行控制。磨床

砂輪作為以磨床為中心的磨削體系中的一個附件，只有通過磨床所具有的優(yōu)異特性并優(yōu)化各種磨削參數(shù)，才能最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢，對CBN磨削來說尤其如此。

高速度

提高砂輪的工作線速度可明顯提高磨削效率和磨削比，降低磨削力，從而降低磨削成本。如使用陶瓷CBN砂輪磨削凸輪軸，當砂輪速度從80m/s提高到160m/s時，磨削時間相同，則修整間隔(耐用度)增加2倍；當砂輪速度由35m/s增加至60m/s時，在不同的單位金屬去除率(Q'w)情況下，法向磨削力(F'n)均減小1/3左右。CBN砂輪因其結(jié)構(gòu)特點及CBN磨料的特性，為高速、超高速磨削提供了可能。80～125m/s的使用速度已成為目前國內(nèi)進口的CBN專用凸輪軸磨床基本特征之一。在條件允許的情況下，使用盡可能高的速度是提高CBN磨削的技術(shù)性和經(jīng)濟性的重要前提。

機床的高剛性和抗震性

高速磨削和CBN砂輪磨削的特點，要求機床主軸和整體要具有很高的剛性和良好的抗震性，從而保證磨削工件的精度和表面質(zhì)量，這是CBN高速磨削技術(shù)中對磨床的基本要求。不具備這些條件，在使用CBN砂輪時，要想獲得更高的金屬去除量，工件的幾何精度和表面質(zhì)量就會變差。波紋是常見的表面質(zhì)量缺陷，它是由振動產(chǎn)生的。引起振動的原因有多種，包括機床剛性低、抗震性差、機床共振或砂輪參數(shù)設(shè)計不合理造成磨削力過大等。有資料顯示：機床的剛度應(yīng)不小于100N/0.001mm的數(shù)量級為好。修整

使用金剛石滾輪修整，不僅可提高修整效率，更重要的是可獲得較好的砂輪形貌。使用其他修整工具，很難完成對高硬度砂輪表面的修整。修整裝置的進給精度要高，每次進給量應(yīng)在mm級，過量的修整既影響磨削質(zhì)量又會大大減少砂輪使用壽命。修整速比Vr /Vc是修整工藝中一個重要的參數(shù)，它的改變會使砂輪表面形貌顯著變化，并最終影響到工件的表面質(zhì)量。

冷卻液

在磨削過程中，90%以上的能量轉(zhuǎn)化為熱能，這些熱必須被冷卻液最大限度地吸收，否則工件就會被燒傷。對CBN砂輪來講，還要考慮CBN磨料與水在高溫下所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)對磨料的破壞。正確選擇冷卻液種類和冷卻工藝參數(shù)，往往會收到事半功倍的效果。不同的冷卻液，會使砂輪的磨削比相差幾倍甚至十幾倍。表5為冷卻液對CBN砂輪的影響，結(jié)果表明砂輪在磨削過程中的機械磨損、化學(xué)侵蝕和熱損傷的程度與冷卻效果密切相關(guān)。問題和建議

目前，國內(nèi)在將凸輪軸的CBN磨削技術(shù)推向市場的過程中的制約因素主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

進口的磨床和配套的CBN砂輪價格昂貴，磨床價格是國內(nèi)普通凸輪軸磨床的10倍左右，是國內(nèi)研制同類磨床的3～4倍；進口CBN砂輪的價格是國內(nèi)同類砂輪的3～5倍，使得在國內(nèi)市場的進一步推廣受到成本方面的制約。

國產(chǎn)凸輪軸加工用的磨床大多數(shù)速度低，其精度、剛性、抗振性、修整、冷卻等條件均不能滿足使用CBN砂輪的要求。因此，在使用CBN砂輪時，往往得不到期望的效果。

國內(nèi)CBN砂輪的主要磨削性能已達到國外同類產(chǎn)品水平，只是在砂輪的耐用度、使用壽命和質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)性方面略低，但價格較低，因而有著較高的性價比，其技術(shù)和經(jīng)濟性已為國內(nèi)許多汽車主機廠和配套廠所認可，但仍需進一步提高CBN砂輪制造技術(shù)水平。

新技術(shù)宣傳力度不夠，部分企業(yè)因循守舊，對新工藝的需求不強烈，對提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量不重視，是這項技術(shù)推廣的外部制約因素。建議

加快開發(fā)國產(chǎn)CBN專用高速數(shù)控凸輪磨床，重點解決其剛性和抗振性的關(guān)鍵技術(shù)，首先使80m/s的磨床盡快投放市場，使其技術(shù)性和經(jīng)濟性能滿足大多數(shù)中小企業(yè)的需要。在此基礎(chǔ)上，再開發(fā)速度更高、性能更完善的產(chǎn)品。

CBN砂輪的研究應(yīng)立足于提高性能、完善工藝、穩(wěn)定質(zhì)量和批量化生產(chǎn)。應(yīng)加強基礎(chǔ)理論研究和專用設(shè)備的研發(fā)。通過為進口磨床配套砂輪的研制解決其制造的關(guān)鍵技術(shù)，滿足進口砂輪國產(chǎn)化的需要。同時，考慮到目前國產(chǎn)凸輪軸磨床的技術(shù)現(xiàn)狀，在CBN砂輪制造技術(shù)參數(shù)的設(shè)計上盡量滿足這部分磨床使用CBN砂輪的要求，使CBN磨削盡可能地發(fā)揮最大效果。

在磨床、磨具制造和用戶之間建立緊密聯(lián)系，加強溝通和協(xié)作，共同促進CBN磨削技術(shù)的不斷提高。

第二篇：發(fā)動機實習(xí)項目3凸輪軸的測量

發(fā)動機實習(xí)項目三：凸輪軸的檢測

實習(xí)目的：掌握凸輪軸的檢測內(nèi)容及方法

實習(xí)步驟：

一、凸輪的最大高度H與基圓直徑D的檢測

測量工具：外徑千分尺、游標卡尺

注：凸輪軸磨損后，其升程減小0.40MM以上時，應(yīng)更新凸輪軸所測基圓直徑D：所測凸輪最大高度H：

所測凸輪升程：H-D=

二、凸輪軸軸頸圓度的檢測

測量工具：外徑千分尺、游標卡尺

注：凸輪軸軸頸圓度誤差大于0.015MM時應(yīng)修磨

所測凸輪軸軸徑圓度：

三、凸輪軸與軸承的配合間隙的檢測

測量方法：壓保險絲法

注：凸輪軸與軸承的配合間隙一般為0.05—0.10MM，當貨車大于0.20,轎車大于0.15MM時，應(yīng)更換新軸承

所測的配合間隙：

四、凸輪軸主軸頸圓跳度的檢測

用磁能百分表進行檢測，凸輪軸主軸頸圓跳度不能超過0.025mm.五、氣門間隙的檢測

進氣門間隙一般為0.25～0.30，排氣門間隙一般為0.30～0.35 實習(xí)效果：另付考核表

理論知識：

1、什么是凸輪主軸徑的圓度？其圓度超標后會產(chǎn)生什么危害？

2、凸輪磨損后對發(fā)動機的進、排氣有什么景響？

3、什么是配合間隙？凸輪軸主軸徑與承孔配合間隙過大有什么危

害？

第三篇：超聲振動磨削技術(shù)、

超聲振動精密磨削技術(shù)的發(fā)展

1、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，金屬間化合物、工程陶瓷、石英、光學(xué)玻璃等硬脆材料以及各種增韌、增強的新型復(fù)合材料因其高硬度、耐磨損、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)點在航空航天、國防科技、生物工程、計算機工程等尖端領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛；但由于這些材料的脆硬特性，傳統(tǒng)加工方法已不能滿足對這些材料零件的精密加工要求，因此有關(guān)其精密超精密磨削加工技術(shù)便成為世界各國研究的熱點。超聲振動精密磨削技術(shù)便是順應(yīng)這一需要而發(fā)展起來的技術(shù)之一。

超聲振動磨削技術(shù)的基本原理為：由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電振蕩信號（一般為16～25KHz）經(jīng)超聲換能器轉(zhuǎn)換成超聲頻機械振動，超聲振動振幅由變幅桿放大后驅(qū)動工具砂輪產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動，使刀具與工件之間形成周期性的切削。即工具砂輪在旋轉(zhuǎn)磨削的同時做高頻振動。

超聲加工技術(shù)的經(jīng)歷了從傳統(tǒng)超聲波加工到旋轉(zhuǎn)超聲波加工的發(fā)展階段，旋轉(zhuǎn)式超聲加工是在傳統(tǒng)超聲加工的工具上疊加了一個旋轉(zhuǎn)運動。這種加工用水帶走被去除的材料并冷卻工具，不需要傳統(tǒng)超聲加工中的磨料懸浮液，因此，這種方法被廣泛的運用于超聲振動磨削加工中。

2、超聲振動磨削技術(shù)發(fā)展回顧

1927 年，R.W.Wood 和 A.L.Loomis 就發(fā)表了有關(guān)超聲波加工的論文，超聲加工首次提出。

1945 年L.Balamuth 就申請了關(guān)于超聲加工的專利。世紀 50～60 年代日本學(xué)者隈部淳一郎發(fā)表了許多對振動切削進行系統(tǒng)研究的論文，提出了振動切削理論，并成功實現(xiàn)了振動磨削等加工 [8]。

1960 年左右，英國 Hawell 原子能研究中心的科學(xué)家發(fā)明了新的超聲磨削復(fù)合加工方法。超聲振動磨削加工在難加工材料和高精度零件的加工方面顯示了很大的優(yōu)越性。

1986 年日本學(xué)者石川健一受超聲電機橢圓振動特性啟發(fā)，首次提出了“橢圓振動 [6]

切

削方法”（elliptical vibration cutting）。世紀 90 年代初，日本神戶大學(xué)社本英二等人對超聲橢圓振動切削技術(shù)進行了深入研究，其最具代表性的研究成果是利用金剛石刀具采用雙激勵雙彎曲合成橢圓振動的方式對黑色金屬淬火不銹鋼進行精密車削，最小表面粗糙度可以達到 Ra0.0106um，不但解決了金剛石不能加工黑色金屬的難題，而且使這項技術(shù)達到了實用化階段。

20世紀50年代，在前蘇聯(lián)的影響下，我國進行了振動加工的初步應(yīng)用研究工作，對超聲振動磨削機理進行了探索研究。

1976年，我國再次開展超聲加工的試驗研究和理論探索。

1983年，我國機械電子工業(yè)部科技司委托《機械工藝師》雜志社在西安召開了我國第一次“振動與切削專題討論會”。

1985 年前后機械電子工業(yè)部第 11 研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機，在玻璃、陶瓷、等硬脆材料的內(nèi)外圓磨削等加工中取得了優(yōu)異的工藝效果。

1987年北京市電加工研究所于研究成功了超硬材料超聲電火花復(fù)合拋光技術(shù)。這項發(fā)明技術(shù)是世界上首次提出并實現(xiàn)采用超聲頻調(diào)制電火花與超聲波復(fù)合的研磨、拋光加工技術(shù)。與純超聲波研磨、拋光相比，效率提高5倍以上，并節(jié)約了大量的金剛石磨料。

80年代后期，天津大學(xué)李天基等人在高速磨削的同時對磨頭施以超聲振動，提出了高效的超聲磨削復(fù)合加工方法，效率比傳統(tǒng)的超聲加工提高了6倍以上，表面質(zhì)量也有了大幅提高。

90年代后，超聲振動作為一種新型的高新技術(shù)成為了科研機構(gòu)和大學(xué)院校的研究熱點，3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1超聲振動磨削技術(shù) 國外 研究現(xiàn)狀

1993年，美國堪薩斯州立大學(xué)D.Prabhakar等人提出了一種超聲旋轉(zhuǎn)加工陶瓷材料去除率的理論模型，并試驗證明了與普通磨削相同的條件下旋轉(zhuǎn)超聲加工工具具有低的切削力和相對高的材料去除率。

1996年東京大學(xué)的增澤隆久等人用超聲激振方式在結(jié)構(gòu)陶瓷材料上加工出了直徑

為5μm的微孔。

1998年德國工業(yè)大學(xué)E.Uhlman、G.Spur等人在48屆CIPR年會上提出在加工表面的法向施加超聲振動，材料的去除率大大提高，并試驗證明了在提高材料去除率的同時，并不會對表層造成損傷。

1999年，德國Kaiserslautern大學(xué)的G．Warnecke指出，在磨削新型陶瓷和硬 金屬等硬脆材料時，磨削過程及結(jié)果與材料去除機理緊密相關(guān)。

美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)和內(nèi)華達大學(xué)對Al2O3陶瓷材料微去除量精密超聲加工技術(shù)進行了研究。通過模擬陶瓷材料超聲加工的力學(xué)特性對材料去除機制進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，低沖擊力會引起陶瓷材料結(jié)構(gòu)的變化和晶粒的錯位，而高沖擊力會導(dǎo)致中心裂紋和凹痕。美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)還第一次分析了Al2O3陶瓷精密超聲加工的機理、過程動力學(xué)以及發(fā)展趨勢，并詳細討論了超聲技術(shù)在陶瓷加工方面的應(yīng)用情況。

巴西的研究人員對石英晶體的超聲研磨技術(shù)進行了研究，發(fā)現(xiàn)石英晶體的材料去除率取決于晶體的晶向，研磨晶粒的尺寸影響材料去除率和表面粗糙度。研究指出，加工過程中材料產(chǎn)生微裂紋是材料去除的主要原因。

日本的吳勇波等人建立了超聲振動輔助磨削的實驗裝置（裝置如圖 1-4）并研究了磨削不銹鋼內(nèi)孔時超聲振動對表面粗糙度和切削力的影響，研究發(fā)現(xiàn)，當施加 19.2KHz 超聲振動后，表面粗糙度可以減少 20％；法向力減少 65％，切向力減少 70％。

3.2超聲振動磨削技術(shù) 國內(nèi) 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)眾多知名院校均對超聲振動加工方面進行了研究，超聲振動磨削機理的研究在這一時期取得了一系列的理論成果。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的吳永孝、張廣玉等人研制的超聲波振動小孔內(nèi)圓磨削系統(tǒng)在小孔磨削提高磨削效率和加工精度等方面取得了一定的成效，但其使用的磁致伸縮換能器發(fā)熱大，需要加裝制冷裝置致使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且超聲電能的供應(yīng)采用的是碳刷集流環(huán)的傳統(tǒng)供電方式。

河北工學(xué)院的李健中等人對超聲振動磨削的材料去除機理、表面創(chuàng)成機理、表面粗糙度等進行了一系列的研究。利用自行研制的超聲振動磨削裝置使砂輪磨削的同時作軸向超聲振動，通過試驗得知，由于高頻振動，砂輪不易堵塞，保持磨粒鋒利性，提高了

磨削效率；磨削表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加工表面質(zhì)量較好。

1998 年前后兵器工業(yè)第五二研究所楊繼先、張永宏等人通過對外圓磨床的改造進行了超聲振動內(nèi)圓磨削試驗研究，驗證了超聲振動內(nèi)圓磨削可明顯地提高陶瓷加工效率，能有效地消除普通磨削產(chǎn)生的表面裂紋和崩坑的效果，提高磨削圓度。

1999年上海交通大學(xué)趙波等利用自行研制的超聲振動珩磨機床對工程陶瓷發(fā)動機缸套類零件進行了超聲振動磨削試驗研究．加工表面微裂紋大幅度減少，加工效率和加工表面質(zhì)量均得糾很大提高，加工工具耐用度比普通磨削提高至少3倍。

2000 年前后，天津大學(xué)于思遠、劉殿通、李天基等人 [12] 對各種先進陶瓷小孔加工進行了系統(tǒng)研究，采用無冷壓電陶瓷換能器制開發(fā)了一臺陶瓷小孔超聲波磨削加工機床，在工程陶瓷小孔磨削時對磨頭施以超聲振動，提出了高效的超聲磨削復(fù)合加工方法，效率比傳統(tǒng)的超聲加工提高 6 倍以上，表面質(zhì)量也有大幅度提高。

南京航空航天大學(xué)對硬脆金屬材料的超聲電解復(fù)合加工工藝進行了實驗研究。結(jié)果表明，該復(fù)合加工方法使加工速度、精度及表面質(zhì)量較單一加工工藝有顯著改善

東北大學(xué)龐楠研究了新型陶瓷材料的超聲波復(fù)合磨削加工中砂輪堵塞及自銳性分析，砂輪修整方法及最佳砂輪修整程度的分析，提出超聲振動磨削的最佳工藝參數(shù)[11]。

上海交通大學(xué)吳雁在陶瓷材料的超聲加工方面進行了深入研究，研究了二維超聲振動磨削陶瓷材料的脆-塑性轉(zhuǎn)變機理、塑性去除機理、高效去除機理等相關(guān)的超聲磨削機理，提出了微-納米復(fù)合陶瓷二維超聲振動表面變質(zhì)層結(jié)構(gòu)模型以及精密磨削復(fù)合陶瓷材料是塑性變形為主的去除方式,并且還進行了納米復(fù)相陶瓷超聲振動表面微觀特性的研究，提出了在特定的磨削條件下，陶瓷材料納米增韌改性和二維超聲振動磨削技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)以非彈性變形為主要去除機理的超精密磨削表面[12][13]。

河南理工大學(xué)閆艷燕等進行了陶瓷材料的超聲磨削機理和試驗研究，分析了陶瓷材料二維超聲振動研磨、磨削的去除機理和磨削表面創(chuàng)成機理以及硬脆材料的表面形成和破碎狀況，并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，得出了陶瓷材料脆—塑性轉(zhuǎn)化的臨界公式，以及超聲磨削提高陶瓷材料表面質(zhì)量的相關(guān)結(jié)論[15][16]。

山東大學(xué)張洪麗、張建華等研究了工件沿砂輪軸向、徑向、切向三種超聲振動條件下的磨削特性，分析了三種情況下的運動學(xué)、磨削力、材料去除機理及表面加工質(zhì)量，建立了三種加工方式下的表面粗糙度的計算模型，并進行了實驗研究。

北京航空航天大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)將超聲振動引入普通聚晶金剛石(PCD)的研磨

[14]

加工，顯著地提高了研磨效率，并在分析PCD材料的微觀結(jié)構(gòu)和去除機理的基礎(chǔ)上，對PCD超聲振動研磨機理進行了深入研究。研究指出，研磨軌跡的增長和超聲振動脈沖力的作用是提高研磨效率的根本原因。

本人及團隊在超聲振動內(nèi)圓磨削加工技術(shù)上取得了新的突破，通過在普通內(nèi)圓磨削機床上添加超聲振動內(nèi)圓磨削磨頭即可以實現(xiàn)超聲內(nèi)圓磨削，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，并且采用了新型的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電能傳輸方式，解決了一直以來困擾眾多學(xué)者的碳刷、集流環(huán)電能傳輸方式中存在的問題，并申請了一項有關(guān)非接觸超聲波電能傳輸?shù)膶嵱眯滦蛧覍＠?/p>

3.3超聲振動磨削裝置的研究進展

超聲振動系統(tǒng)由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成，是超聲設(shè)備的核心部分。超聲振動磨削系統(tǒng)通常采用一維縱向（軸向）振動方式，并按“全調(diào)諧”方式工作。但近年來，隨著超聲技術(shù)基礎(chǔ)研究的發(fā)展和在不同領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的特殊需要，對超聲振動系統(tǒng)的工作方式和設(shè)計計算、振動方式及其應(yīng)用研究都取得了新的進展，二維超聲振動磨削系統(tǒng)也得到了研究和應(yīng)用。

超聲振動磨削系統(tǒng)依據(jù)換能器的振動方式可以分為兩大類，單方向激勵超聲振動磨削系統(tǒng)和復(fù)合振動磨削系統(tǒng)。

日本研究成功一種半波長彎曲振動系統(tǒng)，其切削刀具安裝在半波長換能振動系統(tǒng)細端，該振動系統(tǒng)換能器的壓電陶瓷片采用半圓形，上下各兩片，組成上下兩個半圓形壓電換能器(壓電振子)，其特點是小型化，結(jié)構(gòu)簡單，剛性增強。

日本還研制成一種新型“縱-彎”型振動系統(tǒng)，并已在手持式超聲復(fù)合振動研磨機上成功應(yīng)用。該系統(tǒng)壓電換能器也采用半圓形壓電陶瓷片產(chǎn)生“縱-彎”型復(fù)合振動。

1994年日本多賀電氣株式會社采用“縱一彎”型超聲復(fù)合振動系統(tǒng)制成研磨機，用于放電加工后的模具溝槽側(cè)壁研磨拋光。研磨工具做縱向振動和彎曲振動。研究結(jié)果表明，彎曲振動方向不同，可獲得不同的研磨效果。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的吳永孝、張廣玉等人研制的超聲波振動小孔內(nèi)圓磨削系統(tǒng)，在小

[8]

孔磨削提高磨削效率和加工精度等方面取得了一定的成效，所用磁致伸縮換能器發(fā)熱大，采用了加裝制冷裝置的方法解決冷卻問題，但致使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

1996 年前后華北工學(xué)院辛志杰、劉剛通過對超聲振動內(nèi)圓磨削機理的探討，研制了一套超聲內(nèi)圓磨削裝置，在改善工件表面質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和內(nèi)圓磨削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上有了新的突破。

1997年英國研制了硬脆材料納米磨削中心，可實現(xiàn)硬脆材料超聲納米表面加工；日本UNNO海野邦昭分別進行了工程陶瓷超聲磨削的研究。多項研究結(jié)果表明：超聲磨削陶瓷材料的加工效率可提高近一倍；當工具與工件上同時施加超聲振動時，加工效率可提高2—3倍。

1997 年前后西北工業(yè)大學(xué)史興寬等人研制了一種超聲內(nèi)圓磨削裝置，此裝置較專用超聲磨床主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但因發(fā)熱大而使用了冷卻裝置，這就使此超聲磨頭的結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，雖然加工效率和加工質(zhì)量有一定的提高，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不利于推廣使用。

2002年弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究院研制出了新型超聲研磨設(shè)備DMS 50，采用該設(shè)備對超聲輔助磨削過程進行了技術(shù)性分析。并且，國外已研究出先進的超聲振動主軸，其轉(zhuǎn)速可達4000r／min至30，000r／min?？梢詫崿F(xiàn)加工過程中砂輪的振動，并使其轉(zhuǎn)速達到傳統(tǒng)磨削工藝的水平。

德國 Fraunhofer 研究中心和布萊梅大學(xué)精密工程中心采用非圓周對稱結(jié)構(gòu)在單縱振激勵的條件下產(chǎn)生了 10:1 的橢圓振動，提高了刀具壽命，也保證了加工精度。另外新加坡制造技術(shù)研究所仿照德國研究人員的結(jié)構(gòu)也制作除了超聲橢圓振動切削不銹鋼的裝置。

天津大學(xué)于思遠、劉殿通等人對各種先進陶瓷小孔加工進行了系統(tǒng)研究，采用無冷壓電陶瓷換能器研制了一臺陶瓷小孔超聲波磨削加工機床，在工程陶瓷小孔磨削時對磨頭施以超聲振動，提出了高效的超聲磨削復(fù)合加工方法，效率比傳統(tǒng)的超聲加工提高6倍以上，表面質(zhì)量也有大幅度提高[23]。

南京航空航天大學(xué)楊衛(wèi)平、徐家文設(shè)計了用于加工三維型面的超聲磨削裝置，推導(dǎo)了用于數(shù)控加工的超聲磨削裝置變幅桿設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，此裝置采用電機直連進行旋轉(zhuǎn)，電信號傳輸采用碳刷集流環(huán)的傳輸方式。

河南工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院李華、殷振等人設(shè)計了超聲波橢圓振動內(nèi)圓磨削磨頭，[24]

并在超聲振動內(nèi)圓磨削系統(tǒng)中采用了新型的回轉(zhuǎn)式非接觸超聲波電能傳輸方式，解決了碳刷、集流環(huán)電能傳輸方式中存在的問題 [25]。

德國 DMG 公司和日本馬扎克公司將超聲振動頭安裝在加工中心上，進行了零件異形溝槽加工、內(nèi)外圓磨削、平面磨削加工、以及導(dǎo)電陶瓷材料的超聲振動磨削研究，取得良好效果，并已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

在第八屆中國國際機床展覽會(CIMT2003)上，德國DMG公司展出了其新產(chǎn)品DMS35Ultrasonic超聲振動加工機床，該機床主軸轉(zhuǎn)速3 000～4 0000 r/min，特別適合加工陶瓷、玻璃、硅等硬脆材料。與傳統(tǒng)加工方式相比，生產(chǎn)效率提高5倍，加工表面粗糙度Ra＜0.2μm，可加工0.3 mm精密小孔，堪稱硬脆材料加工設(shè)備性能的新飛躍。

圖 1-2 德國 DMG 超聲振動加工中心 圖 1-3 德國 DMG 超聲振動加工中心刀具

4、超聲加工技術(shù)的發(fā)展趨勢和未來展望

隨著傳統(tǒng)加工技術(shù)和高新技術(shù)的發(fā)展，超聲振動切削技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，振動切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)研制和采用新的刀具材料

在現(xiàn)代制造業(yè)中，鈦合金、純鎢、鎳基高溫合金等難加工材料所使用的范圍越來越大，對機械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。為了更好地發(fā)揮刀具的效能，除了選用合適的刀具幾何參數(shù)外，在振動切削中，人們將更多的注意力轉(zhuǎn)為對刀具材料的開發(fā)與研究上，其中天然金剛石、人造金剛石和超細晶粒的硬質(zhì)合金材料的研究和應(yīng)用為主要方向。

(2)高效穩(wěn)定超聲振動系統(tǒng)研究

現(xiàn)有的實驗及實用振動切削加工系統(tǒng)輸出功率尚小、能耗高，因此，期待實用的大功率振動切削系統(tǒng)早日問世。到目前為止，輸出能量為4 kW的振動切削系統(tǒng)已研制出來并投產(chǎn)使用。在日本，超聲振動切削裝置通?？奢敵龉β? kW，切削深度為0.01～0.06 mm。

(3)超聲橢圓振動切削的研究與推廣

超聲波橢圓振動切削已受到國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的重視。美國、英國、德國和新加波等國的大學(xué)以及國內(nèi)的北京航空航天大學(xué)和上海交通大學(xué)已開始這方面的研究工作。日本企業(yè)界如日立、多賀和Towa公司等已開始這方面的實用化研究。但是，超聲波橢圓振動切削在理論和應(yīng)用方面還有許多工作要做。尤其是對硬脆性材料的超精密切削加工、微細部位和微細模具的超精密切削加工等方面還需要進一步研究。

(4）微細超聲加工技術(shù)

以微機械為代表的微細制造是現(xiàn)代制造技術(shù)中的一個重要組成部分，晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微機械中的廣泛應(yīng)用，使硬脆材料的高精度三維微細加工技術(shù)成為世界各國制造業(yè)的一個重要研究課題。目前可適用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、電火花加工、激光加工、超聲加工等特種加工技術(shù)。超聲加工與電火花加工、電解加工、激光加工等技術(shù)相比，既不依賴于材料的導(dǎo)電性又沒有熱物理作用，與光刻加工相比又可加工高深寬比三維形狀，這決定了超聲加工技術(shù)在陶瓷、半導(dǎo)體硅等非金屬硬脆材料加工方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。

隨著東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所增澤研究室對微細工具的成功制作及微細工具裝夾、工具回轉(zhuǎn)精度等問題的合理解決，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直徑最小為5μm的微孔，從而使超聲加工作為微細加工技術(shù)成為可能。

超聲加工技術(shù)在不斷完善之中，正向著高精度、微細化發(fā)展，微細超聲加工技術(shù)有望成為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的有力補充。

超聲加工技術(shù)的發(fā)展及其取得的應(yīng)用成果是可喜的。

展望未來，超聲加工技術(shù)的發(fā)展前景是美好的。

************000000000

圖 1-5 超聲橢圓振動切削出的鏡面試件

當前普通磨削的加工精度大于1μm，表面粗糙度為Ra 0.16~1.25μm；精密磨削技術(shù)是指被加工零件加工精度達到1~0.5μm，表面粗糙度為Ra 0.04~0.16μm的加工技術(shù)。主要靠對砂輪的精細修整。超精密磨削的加工精度小于0.5~0.1μm，表面粗糙度Ra0.01~0.04μm。使用金剛石或CBN砂輪。適合于合金鋼、陶瓷等硬脆材料的加工；用磨具進行磨削和用磨粒進行研磨和拋光時實現(xiàn)精密超精密磨削的主要途徑。

第四篇：先進磨削技術(shù)的新發(fā)展

先進磨削技術(shù)的新發(fā)展

摘要：磨削是指用磨料或磨具去除材料的加工工藝方法，磨削加工的發(fā)展趨勢正朝著采用超硬磨料、磨具，高速、高效、高精度磨削工藝及柔性復(fù)合磨削、綠色生態(tài)磨削方向發(fā)展。為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和高性能科技產(chǎn)品對機械零件加工精度、表面粗糙度與完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性的要求，近年出現(xiàn)了一些先進的磨削加工技術(shù)，其中以超高砂輪線速度和超硬磨料砂輪為主要技術(shù)特征的超高速外圓磨削、高效深切磨削、快速點磨削技術(shù)的發(fā)展最為引人注目。我們也需要了解超高速磨削加工的機理及超高速磨削的優(yōu)越性，把握高速超高速磨削加工技術(shù)的發(fā)展前景。為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和高性能科技產(chǎn)品對機械零件加工精度、表面粗糙度與完整性、加工效率和批量化質(zhì)量穩(wěn)定性的要求，近年出現(xiàn)了一些先進的磨削加工技術(shù)，其中以超高砂輪線速度為主要技術(shù)特征的超高速外圓磨削、高效深切磨削、快速點磨削技術(shù)的發(fā)展最為引人注目。

關(guān)鍵詞：先進磨削 超高速磨削 發(fā)展方向 關(guān)鍵技術(shù) 正文：

超高速磨削是近年迅猛發(fā)展的一項先進制造技術(shù)，被譽為現(xiàn)代磨削技術(shù)的最高峰。日本先端技術(shù)研究學(xué)會把超高速加工列為五大現(xiàn)代制造技術(shù)之一。國際生產(chǎn)工程學(xué)會將超高速磨削技術(shù)確定為面向21世紀的中心研究方向之一。東北大學(xué)自上世紀80 年始一直跟蹤高速/超高速磨削技術(shù)發(fā)展，并對超高速磨削機理、機床設(shè)備及其關(guān)鍵技術(shù)等開展了連續(xù)性的研究，建造了我國第一臺額定功率55kw、最高砂輪線速度達250m/s 的超高速試驗?zāi)ゴ玻M行了超高速大功率磨床動靜壓主軸系統(tǒng)研究、電鍍CBN 超高速砂輪設(shè)計與制造、超高速磨削成屑機理及分子動力學(xué)仿真研究、超高速磨削熱傳遞機制和溫度場研究、高速鋼等材料的高效深磨研究、超高速單顆磨粒CBN 磨削試驗研究、超高速磨削砂輪表面氣流場和磨削摩擦系數(shù)的研究等，部分研究成果達到國際先進水平。超高速磨削技術(shù)特點：

超高速磨削之所以應(yīng)用這么廣泛，與它特有的特點是分不開的，主要體現(xiàn)在以下幾個方面

磨削效率高。超高速磨削時，單位時間內(nèi)通過磨削區(qū)的磨粒數(shù)增多，如保持每顆磨粒的切深與普通磨削一樣，其切入進給量可以大大增加，金屬去除率 得到提高，磨削效率大幅度提高。

加工精度高。在進給量不變的條件下，超高速磨削的磨屑厚度更薄，在磨削效率不變時，法向磨削力隨磨削速度的增大而大幅度減小，繼而減小磨削過程中的變形，提高工件的加工精度。可以得到高質(zhì)量、小粗糙度值的工件表面。砂輪耐用度大幅提高，有利于實現(xiàn)磨削加工自動化。超高速磨削時，單顆磨粒的切削力較小，使每顆磨粒的可切削時間相對延長。

可磨削難加工材料。超高速磨削可實現(xiàn)硬脆 材料的延性域磨削，使陶瓷材料的磨削加工成為了現(xiàn)實，并且能夠獲得極好的磨削表面質(zhì)量和極高的磨削效率。大幅度提高磨削效率，設(shè)備使用臺數(shù)少。磨削力小、磨削溫度低、加工表面完整性好。砂輪使用壽命長，有助于實現(xiàn)磨削加工的自動化。實現(xiàn)對難加工材料的磨削加工。

超高速磨削不僅可對硬脆材料實行延性域磨削，而且對欽合金、鎳基耐熱合金、高溫合金、鋁及鋁合金等高塑性的材料也可獲得良好的磨削效果。超高速磨削純鋁的實驗表明，當磨削速度超過200m /s時，工件表面硬化程度和表面粗糙度值開始減小，表面完整性得到改善。因為加載速度提高使得塑性應(yīng)變點后移，增加了材料在彈性小變形階段被去除的機率。因此塑性材料靜態(tài)應(yīng)力波速是實現(xiàn)“脆性”加工的臨界點。

超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)： 超高速磨削砂輪

超高速磨削砂輪應(yīng)具有良好的耐磨性、高動平衡精度和機械強度、高剛度和良好的導(dǎo)熱性等。以此來實現(xiàn)高性能加工。主軸系統(tǒng)

超高速磨床的主軸最高轉(zhuǎn)速在10000r / mm 以上，傳遞的磨削功率常為幾十千瓦，故要求其主軸系統(tǒng)剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、溫升小、空轉(zhuǎn)功耗低。近年來，超高速磨床越來越多地使用電主軸。

超高速回轉(zhuǎn)的砂輪動不平衡引起的振動會嚴重影響主軸系統(tǒng)的工作性能和磨削質(zhì)量。除了砂輪和主軸系統(tǒng)預(yù)先要進行嚴格的動平衡外，還應(yīng)當在磨削的過程中實施在線自動平衡。砂輪自動平衡系統(tǒng)一般由電子傳感及控制系統(tǒng)和平衡頭組成。在高速及超高速磨床上常用的在線動平衡系統(tǒng)主要有液體式、氣體式及機械式三種。砂輪在線動平衡裝置是高速磨床上的重要組成部分。美國、日本和德國等工業(yè)發(fā)達的國家在高速磨床上均采用了自動平衡系統(tǒng)。砂輪修整技術(shù)

超硬磨料砂輪的修整特別是在線修整迄今仍是研究的熱點。電解修整(ELlD)法適合金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的在線修整，激光修整法不僅便于修整樹脂或金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪，而且熱影響區(qū)小、砂輪修整損耗小和易于實現(xiàn)自動化，修整效率也高，有很好的發(fā)展前景。目前對CBN 砂輪的修整廣泛采用接觸在線修整法，借助傳感系統(tǒng)控制砂輪和修整工具的接觸，然后通過進給系統(tǒng)進行微米級進給，得到理想的砂輪形貌，從而保證了精密及超精密加工的要求。磨削液供給系統(tǒng)

超高速磨削中，由于砂輪極高速旋轉(zhuǎn)形成的氣流屏障阻礙了磨削液有效地進人磨削區(qū)，使接觸區(qū)高溫得不到有效的抑制，工件易出現(xiàn)燒傷，嚴重影響零件的表面完整性和機械物理性能。因此，磨削液供給系統(tǒng)對提高和改善工件質(zhì)量、減少砂輪磨損至關(guān)重要。超高速磨削常用的冷卻液注人方法有高壓噴射法，空氣擋板輔助截斷氣流法，氣體內(nèi)冷卻法，徑向射流沖擊強化換熱法等。為提高供液效果，應(yīng)對供液系統(tǒng)參數(shù)包括供液壓力、流量、磨削液噴注位置、噴嘴結(jié)構(gòu)及尺寸等進行優(yōu)化設(shè)計，此外系統(tǒng)還需配有高效率油氣分離和吸排風(fēng)單元。超高速磨削進給系統(tǒng)

目前數(shù)控機床進給系統(tǒng)主要采用滾珠絲杠傳動。隨著高速超高速加工技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外都采用了直線伺服電機直接驅(qū)動技術(shù)。使用高動態(tài)性能的直線電機結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動中的反向間隙、彈性變形、磨擦磨損和剛度不足等缺陷，可獲得高精度的高速移動并具有極好的穩(wěn)定性。結(jié)語：

超高速磨削是先進制造的前沿技術(shù)，在獲得高效率，高精度的同時，又能對各種材料和形狀進行高表面完整性和低成本加工，因此也正為世界工業(yè)發(fā)達國家所重視，并已開始進入實用化階段。隨著超硬磨料磨具的應(yīng)用和發(fā)展，高速大功率精密機床及數(shù)控技術(shù)、新型磨削液和砂輪修整等相關(guān)技術(shù)、以及磨削自動化和智能化等技術(shù)的發(fā)展，使超高速磨削和高效率磨削技術(shù)在機械制造領(lǐng)域具有更加重要的地位，發(fā)展前景廣闊。我國應(yīng)在現(xiàn)有條件下，大力加強各種新型超高速磨削技術(shù)的研究、推廣和應(yīng)用，對提高我國機械制造業(yè)的加工水平具有十分重要的意義。參考文獻: 1孔憲玉 先進制造技術(shù)研究與發(fā)展 黑龍江科技信息2012 2牛景麗 陳東海 現(xiàn)代超精密加工機床的發(fā)展及對策 機床與液壓2010 3李伯民 趙波 現(xiàn)代磨削技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2003 4司國斌 張艷 精密超精密加工及現(xiàn)代精密測量技術(shù) 機械研究與應(yīng)用2006 5劉啟東 徐春廣 超精密機床數(shù)控伺服系統(tǒng)及其控制機理-機床與液壓2005 6侯亞麗 李長河 盧秉恒 超高速磨削相關(guān)技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用 2009 7趙恒華 王穎 磨削加工技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 制造技術(shù)與機床 2007 8馮寶富 超高速磨削技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用 東北大學(xué)學(xué)報2003 9左磊 淺談高速及超高速磨削加工 科技視野2009 10榮烈潤 面向21世紀的超高速磨削技術(shù)金屬加工 2010 11龐子瑞 王晉生 超高速磨削的特點及其關(guān)鍵技術(shù) 機械設(shè)計與制造 2007

第五篇：汽油發(fā)動機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

汽油機控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析

內(nèi)燃機的發(fā)明，帶動了汽車的發(fā)展，給世人在“行”上帶來極大的便利，使得窨距離縮小，人們的工作速度得以提高。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，又使汽車發(fā)動機如虎添翼，成為高新技術(shù)的集成。

一、世界汽油機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

為了適應(yīng)汽車對節(jié)油、環(huán)保、安全的需要，車用汽油機主要朝著更節(jié)油、更環(huán)保的方向發(fā)展，因此歐洲己執(zhí)行歐Ⅳ標準。以下為國外在汽油機方面主要先進技術(shù)。

1．多氣門技術(shù)：每缸3-5個氣門（大多為4氣門），可提高功率，改善燃燒質(zhì)量，如捷達王5氣門、豐田8A4氣門等。

2．雙頂置凸輪軸（D.HC）可提高轉(zhuǎn)速、提升可靠性。

3．可變氣門正時（VVT）：根據(jù)不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣門時，可節(jié)省燃油，改善排放，如本田VTEC、豐田VVT-i等。

4．汽油機增壓：可提高升功率，在排量不變的情況下，可提高功率，如帕薩特1.8T轎車。

5．可變進氣道長度（VIM）：在不同轉(zhuǎn)速下使用不同進氣道長度，保證在任何工況下都有較好的充氣效率，如奧迪A6。

6．停缸技術(shù)：在輸出功率減小時，使一部分氣缸停止工作，可節(jié)省燃油，如通用開拓者EXT 2005款有8個氣缸，需要時可使4個氣缸一停止工作。

7．全鋁發(fā)動機：使用鋁缸體、缸蓋、活塞等，可減小質(zhì)量，節(jié)省燃油，如日本鈴木1.3L、1.4L汽油機。

8．智能驅(qū)動氣門（SVA）：取代傳統(tǒng)凸輪軸，每一個氣門挺桿上有一個獨立的驅(qū)動器，可以減少20%油耗及污染物，如：法國法雷奧公司已設(shè)計出樣機，2009年可大批量投產(chǎn)。9．可變壓縮比汽油機：將傳輸功率與壓縮比控制功能進行整合，壓縮比可變。2005年法國MCE-5公司己開發(fā)出樣機。

10．汽油機直噴（GDI）和稀薄燃燒技術(shù)：將高壓汽油直接噴射到氣缸內(nèi)，周圍為稀薄混合氣，實現(xiàn)分層燃燒，可提高燃料經(jīng)濟性，節(jié)油約20%，如豐田皇．冠3.0L V6汽油機（國產(chǎn)皇冠無GDI技術(shù)）。

11．可控燃燒速率系統(tǒng)（CBR）：兩個進氣道，有一個是切向進氣的，另一個是中性的。噴油器向兩個進氣道噴入等量的燃油。改變進氣口封閉控制閥的位置，可調(diào)節(jié)氣缸內(nèi)空氣渦流強度和混合氣濃度，實現(xiàn)稀薄燃燒；

12．發(fā)動機控制用ECU已達32位，匹配參數(shù)超過6000個。

二、國內(nèi)汽油機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展水平

我國早期汽油機大多是引進和測繪仿制產(chǎn)品，如：一汽解放載貨車用CA6102、BJ2020車用BN492Q、南汽輕型貨車用6427等。之后隨著中外合資企業(yè)的建立及技術(shù)引進，我國汽車行業(yè)已生產(chǎn)多種機型，例如：切諾基BJ498Q、BJ698Q（2.5L、4.0L）；桑塔納AEE（1.8L）；帕薩特AWL（1.8L）；北京現(xiàn)代伊蘭特B4GB（1.8L）；天津一汽夏利TJ376Q（LOL）；長安奧拓JL368Q（0.8L）；廣州豐田凱美瑞（豐田2.4L）；廣州本田雅閣（2.0L、2AL、3.0L）；廣州本田飛度（1.3L、1.5L）；東風(fēng)日產(chǎn)（1.6L、1.8L、2.0L）；一汽轎車引進技術(shù)生產(chǎn)的克萊斯勒CA488（2.2L）；沈陽航天三菱引進的三菱4G63、4664（2.0、2.4L）和4669系列汽油機；東安動力引進的三菱4G1（1.3L、1.6L），4G9（1.8L、2.0L）;東風(fēng)悅達起亞千里馬（1.6L）,以及國內(nèi)沈陽新光、保定長城等企業(yè)生產(chǎn)的491Q（豐田4Y），吉利生產(chǎn)的JL376（LOL）、JL479（1.3、1.50、JL481（1.8L）汽油機等。

在技術(shù)應(yīng)用方面，大多數(shù)引進機型和合資企業(yè)生產(chǎn)的機型都采用一些國外先進技術(shù)。1．天津豐田8A、5A,東風(fēng)本田，北京現(xiàn)代，奇瑞SQR372（0.8L）、SQR481Q（1.6L），神龍公司愛麗舍（1.6L）等都使用多氣門和DOHC技術(shù)。

2．東風(fēng)本田發(fā)動機，天津豐田發(fā)動機有限公司生產(chǎn)的花冠、皇冠汽油機，東風(fēng)日產(chǎn)，北京現(xiàn)代等生產(chǎn)的汽油機型都引進可變氣門技術(shù)（VTEC、VVT-i、CVVT等）。特別是奇瑞公司，在AVL公司幫助下開發(fā)的自主品牌1.6LSQR481H和2.0L SQR484H汽油機使用了VVT可變氣門技術(shù)，吉利也開發(fā)出了帶可變技術(shù)的自主品牌汽油機。

3．汽油機直噴（GDI）發(fā)動機國內(nèi)尚未批量生產(chǎn)，但奇瑞公司在AVL公司幫助下開發(fā)的自主品牌2.0L SQR484J汽油機使用了GDI技術(shù)。

4．全鋁發(fā)動機國內(nèi)產(chǎn)品較多，如長安鈴木雨燕1.3L汽油機、東風(fēng)本田發(fā)動機的產(chǎn)品、上海大眾POLO發(fā)動機等，奇瑞動力1.6L SQR481F（已投產(chǎn)）和SQR481 H及未投產(chǎn)的SQR484J、SQR681 V（2.4L）、SQR684V（3.0L）都是全鋁發(fā)動機。

5．國內(nèi)奇瑞公司已投產(chǎn)的自主品牌SQR481H（1.6L）具有CBR系統(tǒng)，奇瑞公司其他樣機中不少機型也裝有CBR系統(tǒng)。

6．國內(nèi)引進的已投產(chǎn)機型中已有不少機型采用渦輪增壓技術(shù)：如PASSAT 1.8T、寶來1.8T等；華晨金杯在德國FEV公司幫助下開發(fā)的1.8T汽油機，也是增壓機型（配裝中華轎車）。

7．停缸技術(shù)、智能氣門、可變壓縮比等技術(shù)尚未在國內(nèi)生產(chǎn)的汽油機中采用。

8．發(fā)動機電噴管理系統(tǒng)（EMS）國內(nèi)主要有聯(lián)合電子有限公司、北京萬源德爾福發(fā)動機管理系統(tǒng)公司，分別是中方與德國BOSCH公司和中方與美國德爾福公司的合資企業(yè)。同時，還有馬瑞利、電裝和摩托羅拉等企業(yè)生產(chǎn)。

9．汽油機電噴系統(tǒng)中傳感器、電控噴油泵等國內(nèi)己批量生產(chǎn)；汽油機排氣系統(tǒng)中三效催化轉(zhuǎn)化器及陶瓷芯等，國內(nèi)己批量生產(chǎn)，如：大連華克吉來特、天津卡達克高新技術(shù)公司等生產(chǎn)三效催化轉(zhuǎn)化器；在蘇州的日本獨資企業(yè)NGK（蘇州）環(huán)保陶瓷有限公司生產(chǎn)國Ⅲ、國Ⅳ汽油機用三效催化轉(zhuǎn)化器陶瓷芯等。

三、汽車產(chǎn)量持續(xù)增加引發(fā)系列問題

全球汽車總保有量將從目前的約8億輛增加到2020年的12億輛，21世紀中葉，將達38億輛，其中，發(fā)展中國家汽車保有量將增長15倍以上。目前全球每年新生產(chǎn)的各種汽車約6400萬輛，按平均每輛車年消耗10到15桶石油及石油制品計算，汽車的石油消耗量每年達85至127億桶，約占世界石油產(chǎn)量的一半。石油資源的開采每年達幾十億噸，經(jīng)過長期的現(xiàn)代化大規(guī)模開采，石油資源日漸枯竭，按科學(xué)家預(yù)測，地球上的石油資源如果按目前的開采水平，僅僅可以維持60到100年左右。2007年我國進口石油1.9億噸，預(yù)計到2020年前后我國的石油進口量有可能超過日本，成為亞太地區(qū)第一大石油進口國。國務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)測，預(yù)計到2010年和2020年，我國汽車消耗石油為1.38億噸和2.56億噸，約占全國石油總消耗量的43%和67％。因此能源危機是我們必需面對的重要問題。

汽車擁有量的增長帶來了許多問題，如健康威脅、環(huán)境污染、氣候變化、能源短缺和交通擁擠等。目前空氣污染在城區(qū)已經(jīng)成為非常嚴重的問題，汽車的有害物排放對人類的生存環(huán)境形成了一種公害性的破壞，據(jù)資料顯示，市區(qū)的大氣污染物60%來自于汽車尾氣。全球變暖、氣候變化正在吸引人們更大的注意力，與之相對應(yīng)的二氧化碳排放將成為汽車制造商要解決的主要問題。2010年左右，發(fā)展中國家能源的供需平衡問題將會導(dǎo)致世界石油價格的波動，在保證環(huán)保的同時，使用替代能源的汽車將成為汽車制造商開發(fā)的重點。2008年，歐盟要求轎車CO2排放達到140克/公里，對于汽油車，對應(yīng)油耗將達到6升/100公里以下；2012年，CO2排放要求達到120克/公里。因此，降低油耗、降低排放將是汽車行業(yè)目前急需解決的問題。

四、汽油機技術(shù)的發(fā)展趨勢

由于汽油機的燃油經(jīng)濟性比柴油機差，所以降低汽油機的能耗已經(jīng)成為汽車界當前必須要解決的一個問題。具有理論空燃比的均質(zhì)混合氣的燃燒理論在火花點火發(fā)動機上被廣泛使用，它的最大優(yōu)點是可以實用三效催化器來降低CO、HC和NOx等廢氣的排放。不足之處是不能獲得較高的燃油經(jīng)濟性，為了提高發(fā)動機的熱效率和降低廢氣排放，燃燒技術(shù)在不斷地發(fā)展。汽油機經(jīng)歷了由完全機械控制的化油器供油為主到采用電控噴射、缸內(nèi)直噴、電輔助增壓和電動氣門、可變壓縮比、停缸等技術(shù)的變化，汽油機發(fā)展的最終方案將采用綜合汽油機和柴油機優(yōu)點的燃燒控制技術(shù)。

目前最有代表性的三大汽油機技術(shù)是：

a.汽油直噴技術(shù)。開發(fā)車用具有汽油機優(yōu)點同時具有柴油機部分負荷高燃油經(jīng)濟性優(yōu)點的發(fā)動機是主要的研究目標。汽油缸內(nèi)直噴是提高汽油機燃油經(jīng)濟性的重要手段，近些年來，以缸內(nèi)直噴汽油機(Gasoliine Direct Injection, GDI)為代表的新型混合氣形成模式的研究和應(yīng)用，極大地提高了汽油機的燃油經(jīng)濟性。以日本為代表的非均質(zhì)直噴技術(shù)面臨燃燒穩(wěn)定性和后處理等問題，同時以歐洲為代表的均質(zhì)直噴技術(shù)正在興起。

b.電動氣門與無凸輪發(fā)動機。發(fā)動機可變氣門正時技術(shù)(Variable Valve Timing, VVT)是針對在常規(guī)車用發(fā)動機中,因氣門定時固定不變而導(dǎo)致發(fā)動機某些重要性能在整個運行范圍內(nèi)不能很好的滿足需要而提出的。VVT技術(shù)在發(fā)動機運行工況范圍內(nèi)提供最佳的配氣正時，較好地解決了高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速，大負荷與小負荷下動力性與經(jīng)濟性的矛盾，同時在一定程度在一定程度上改善了排放性能。隨著環(huán)境保護和人類可持續(xù)發(fā)展的要求，低能耗和低污染已成為汽車發(fā)動機的發(fā)展目標。VVT技術(shù)由于自身的優(yōu)點，日益受到人們重視，尤其是當今電子技術(shù)的飛速發(fā)展，促進了VVT技術(shù)從研究階段向?qū)嵱秒A段發(fā)展。電動氣門具有與電控噴射同等重要的意義，它將給發(fā)動機空氣系統(tǒng)控制和循環(huán)過程管理帶來一系列技術(shù)變革，如取消節(jié)氣門、可變壓縮比、部分停缸等。

c.燃燒方式的混合。傳統(tǒng)的火花點火發(fā)動機的燃燒過程在火焰?zhèn)鞑ブ校鹧媲颁h的溫度比未燃混合氣高很多。所以這種燃燒過程雖然混合氣時均勻的，但是溫度分布仍是不均勻，局部的高溫會導(dǎo)致在火焰經(jīng)過的區(qū)域形成NOx。柴油機的燃燒過程是擴散型的，燃燒過程中燃燒速率由混合速率決定，點火在許多點發(fā)生，這種類型的燃燒過程混合和燃燒都是不均勻的，NOx在燃燒較稀的高溫區(qū)產(chǎn)生，固體微粒在燃料較濃的高溫區(qū)產(chǎn)生。在均質(zhì)充量壓縮點燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)過程中，理論上是均勻的混合氣和殘余氣體，在整個混合氣體中由壓縮點燃，燃燒是自發(fā)的、均勻的并且沒有火焰?zhèn)鞑ィ@樣可以阻止NOx和微粒的形成。這種汽油機均質(zhì)與柴油機壓燃混合的燃燒方式，以燃料技術(shù)和控制技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合汽油機和柴油機兩種燃燒方式優(yōu)點的均質(zhì)壓燃HCCI內(nèi)燃機技術(shù)正在興起。

汽車產(chǎn)量持續(xù)的發(fā)展面臨著許多問題，降低燃油消耗量和二氧化碳排放將成為汽車制造商要解決的主要問題。隨著汽油機電子控制系統(tǒng)性能的提高，相信在不久我們將使用上更節(jié)能、更高性能的汽車。