為了能夠經濟的發(fā)掘高性能材料的潛力，必須進一步擴大強力切削加工的能力，這一點在新的切削加工工藝和滿足高要求切削加工任務的領域中更為重要。
      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陶瓷基復合材料和高性能陶瓷材料也因其很高的強度、耐熱性能和抵抗化學腐蝕的穩(wěn)定性有著越來越廣泛的用途。隨著對零件質量要求的不斷提高，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量和質量，柏林技術大學機床加工工藝研究所（IWF）和霍倫霍夫研究院生產設備和設計技術研究所（IPK）開展了創(chuàng)新性磨削工藝和所需工裝的研究和優(yōu)化。本文將介紹兩個能夠最大程度實現(xiàn)上述目標的磨削加工方案。
      高速雙面磨削（Schnellhubschleifen）采用的是一種緩進給磨削工藝，這種工藝在端面加工和成型加工時有著很高的生產效率。當利用傳統(tǒng)磨削砂輪大批量的磨削金屬材料零件時，通常采用的是CD連續(xù)加工的緩進給磨削工藝。這種磨削工藝的缺點是磨削刀具所需費用高、砂輪磨損嚴重、使用靈活性差和優(yōu)化改進費用高。與緩進給磨削相對比，高效雙面磨削時的進給運動較少，在多次磨削過程中的工件進給速度能夠明顯提高。在柏林的生產技術中心里，一臺Blohm Profimat型磨床的MT 408試驗樣機所使用的工件進給速度達Vft=200m/mm，加速度為aft=50m/s2。

      切削區(qū)域中的能源消耗

      這種機床研發(fā)的背景是使磨削能源的消耗都用于切削區(qū)域之中，因為在試驗時研究人員觀察到，工件進給速度的波動能夠使得恒定的切削速度Vc和恒定的單位時間內的切削量Qw對切屑的幾何形狀產生重要的影響。金屬材料切除時通常具有的前期彈性－塑性變形也因很快達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)域冷卻液的供應情況，從而有效降低磨削工件邊沿處的燒蝕。基于微觀切削過程的這些變化，相應的也要在磨削砂輪的技術規(guī)范中有所改變。與緩進給磨削不同，砂輪無需擁有更高的孔隙度。在高效雙面磨削中，參與磨削的磨粒數量可由于總顆粒的數量增加而增加，從而也可以提高其生產效率，為用戶提供了一種能夠靈活高效生產小批量和單件產品的磨削工藝。

      需要強力冷卻的CD緩進給磨削

      在切削鎳基合金的金屬材料時，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緩進給磨削加工中機床應該配備冷卻潤滑油供應能力很強的冷卻系統(tǒng)，具有與砂輪形狀相適應的冷卻液噴嘴。而這些要求將會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，切屑大小的改變對砂輪磨粒的耐磨性和砂輪粘結劑的結合力都提出了很高的要求，尤其是為氧化硅晶體磨粒（即燒結氧化鋁）提供了很大的應用潛力。適當的磨粒碎裂可以形成更加鋒利的微晶切削刃。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，因為現(xiàn)有技術破碎氧化鋁磨粒所需的單個磨粒破碎力一般都能夠給被磨削工件帶來損傷。當破碎、剝離不充分時，這種磨粒會呈現(xiàn)出熱燒蝕的傾向，從而使得磨粒磨平、磨鈍。隨著單個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，磨削時的單位能耗卻減少了50%多。由于切屑的體積比相對減小，即由短而厚的切屑導致的磨削工件表面質量也發(fā)生了明顯變化，但這與進給時的切向吃刀深度沒有直接的關系。因此，在提高工件磨削速度的同時得到的幾乎是一條與其平行的表面粗糙度質量曲線。高強度材料零件加工的另一個極有前途的工藝方法就是按照行星齒輪機構方式實現(xiàn)工件旋轉的平面磨削。這種工藝的原理原則上也可進一步研發(fā)成一種新型的拋光工藝。磨削加工時，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動力的內撥銷齒圈的驅動下繞內撥銷齒圈旋轉并自轉。上、下兩個磨削砂輪和內撥銷齒圈之間的旋轉運動構成了相對運動，就是傳統(tǒng)的行星齒輪傳動系統(tǒng)中的運動方式。
      這種所謂的行星旋轉磨削方式因機床結構、磨削工藝過程和工作方式等方面的特點決定了它與其他的磨削工藝有著極大的不同。其標志性的特點為：一方面是兩面加工；另一方面是工件和砂輪之間的相對運動。相比較不算復雜的過程控制是使這種工藝得到更多應用的主要原因。
      通過在脆性金屬材料應用領域中的進一步研究，可以證明：采用優(yōu)化了的粘結劑之后，行星旋轉式的平面磨削也可以在高切削速度范圍內和較高的進給力條件下使用。基于這里的試驗結論和工藝過程優(yōu)化后不斷增長的需求，St?hli Läpp技術股份公司與IWF研究所已經合作研發(fā)成功了DLM 505 HS型樣機，能夠以很高的切削速度和磨削壓力對高強度材料零件進行磨削加工。例如，這種樣機的砂輪轉速可以高達2000?r/min，磨削時的進給壓力可以高達4000daN；可以實現(xiàn)的工件理論切削速度高達Vc=45m/s。從而具有切削加工時間短和零部件加工質量高的特點，為用戶在技術和經濟性方面提供了更多的好處。通過機床控制系統(tǒng)的性能匹配，可以使粗加工、半精加工和精加工在一個工序中完成。這個研發(fā)項目的目標是：研發(fā)出一種能夠加工多種金屬材料的新型加工工藝，以實現(xiàn)在提高工件加工質量的同時明顯降低加工費用的目的。

      更薄的CMC陶瓷復合材料

      CMC陶瓷復合材料屬于輕合金結構材料的范疇，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用。在加工這種材料時，其切削力明顯較低、刀具磨損嚴重。通過減少碎裂、局部的剝離和內在的多孔性，能夠生產加工出質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磨削方式的磨削機床在很高的切削速度下對CMC復合陶瓷材料零件進行了強力磨削的試驗。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使得加工出來的工件有著極為出色的平面度E0和表面質量。與傳統(tǒng)的加工工藝相比較，新的磨削工藝把加工時間降低了5%。

      節(jié)約成本的潛力

      經濟的加工要求平行的功能性平面，對零件材料、刀具和生產加工過程都提出了很高的要求。就降低生產成本而言，本文介紹的工藝方法有著很大的挖掘潛力。
      通過對本文介紹機床類型和設計方案的進一步研發(fā)，并結合改進的過程分析技術，是可以實現(xiàn)降低成本之目的的。迄今為止，在高速切削和強力的行星旋轉平面磨削試驗中所取得的成就表明：這種技術有著很大的節(jié)約潛力可以挖掘。這種技術方案能夠實現(xiàn)很高的零部件加工質量、較低的磨具磨損，有著很高的切削加工性能，就如其他生產加工過程中所使用的固定幾何參數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成本方面也有很高的潛力可以挖掘。與傳統(tǒng)的往復運動平面磨床相比，在第一次試驗時就明顯的提高了生產能力，同時減少了工件的損傷。