第一章 绪论 1
第一节 高速高质量磨削亟待解决的科学问题 1
一、高速磨削具有高表面质量的科学依据 2
二、高效与高质量磨削完美统一的科学依据 2
三、高速磨削工程应用中的科学问题 2
第二节 高速磨削的几个重要定义 3
第三节 高速磨削的重要发展阶段及其成果综述 4
一、提高磨削效率的基础研究阶段（1840～1959年） 6
二、高速磨削概念与高速磨床的发展阶段（1960～1980年） 8
三、典型应用及对高效、超高速磨削的追求阶段（1981～ 2002年） 12
四、高速高质量磨床及复合型磨床的发展阶段（2003～2011）年 14
第四节 高速磨削的重要意义 16
一、高速磨削的力学物理效应 16
二、高速磨削对砂轮和磨床的积极效应 18
三、高速磨削对磨削精度和表面完整性的积极效应 18
四、高速高质量磨削对节能环保的积极作用 19
第二章 磨削理论与高速磨削机理 21
第一节 基于摩擦学理论的磨削过程与系统建模 21
一、基于摩擦学的磨削要素及其关联 23
二、磨削过程的摩擦学系统 27
三、磨削系统的影响因素及其建模 30
第二节 磨粒作用形态及高速磨削的成屑理论 34
一、磨粒的几何形状及其磨削特点 34
二、单颗磨粒的磨削行为及其表征 36
三、高速磨削的冲击成屑理论 40
四、高速磨削的碰撞侵彻成屑理论 41
第三节 砂轮与工件的接触弧长 44
一、接触弧长的定义 46
二、考虑弹性变形的接触弧长 48
三、考虑磨削热效应的接触弧长 50
第四节 最大未变形磨屑厚度及其计算模型 52
一、基于几何关系的计算模型 54
二、基于磨削层平均体积的计算模型 56
三、基于磨屑平均截面积的计算模型 57
四、考虑弹性变形的计算模型 58
第五节 材料去除率及其计算模型 60
一、传统磨削的材料去除率计算模型 60
二、高速磨削的材料去除率计算模型 60
三、考虑砂轮磨损的材料去除率计算模型 65
第六节 黏性材料的高速磨削去除机理 66
一、黏性材料特性及其难磨特性 66
二、磨削钛合金的砂轮粘附及磨削力 67
三、磨削力实验及其工艺因素的影响机制 67
四、高速磨削机理的有限元仿真及结果分析 75
五、黏性材料磨削机理研究的重要结论 78
第七节 硬脆材料的脆延性转变机制 78
一、硬脆材料的磨削力成因分析 78
二、硬脆材料的延性域磨削机理 79
三、延性域磨削的临界磨削深度计算模型 80
四、工程陶瓷的延性域磨削临界条件考察 84
五、硬脆材料磨削机理研究的重要结论 91
第三章 磨削力、热及其耦合效应 93
第一节 磨粒的作用行为及其表征 93
一、磨粒的最小切屑厚度及其力的表征 94
二、耕犁作用的摩擦因数及其表征 96
三、磨粒剪切角及其成屑能力的表征 98
第二节 单颗磨粒的仿真及其结果分析 99
一、磨削加工的材料模型 99
二、有限元仿真热、力及其热-力耦合 103
三、高速磨削弧区的磨削力、热作用机制 110
四、高速磨削材料绝热剪切激变行为 114
五、砂轮线速度对磨削尺寸效应的解释 115
第三节 磨削力的演变及计算模型 116
一、磨削力数学模型的建立 116
二、磨削力数学模型的分析 121
三、高速磨削力的经验公式 124
四、法向力与切向力的比值 127
第四节 磨削热交换理论及能量分配模型 128
一、磨削温度概述 129
二、磨削理论热源模型 130
三、磨削能量分配模型 137
第五节 高速磨削弧区热交换理论分析与实验 147
一、热交换理论分析中Rw的确定 147
二、高速磨削条件下Rw和Tmax的理论分析 151
三、高速磨削条件下Tmax弧区位置点的比较 155
四、磨削弧区工件表面及亚表面温度分布 158
五、适合不同难加工材料的磨削弧区温度测试方法与实验 160
第四章 高速精密磨床及其性能设计 168
第一节 高速精密数控磨床的设计规范 168
一、砂轮主轴转速的设计规范 169
二、驱动与关键部件结构的设计规范 169
三、关键标准部件性能及其匹配设计规范 169
四、主轴工作精度的设计规范 170
五、砂轮主轴动平衡及其动平衡等级的设计规范 170
六、砂轮主轴系统关键部位降温结构的设计及其规范 171
七、砂轮主轴系统温升测试机构的设计及其规范 171
八、主轴系统工作精度测试轴颈的设计及其规范 171
第二节 高速精密磨床性能设计的理论与方法 171
一、静态性能设计的有限元理论与方法 171
二、动态性能设计的有限元理论及计算模型 176
三、热态性能设计的传热学理论基础 180
第三节 高速砂轮主轴部件动态特性分析与设计 183
一、动力学理论仿真的研究方法 183
二、高速砂轮主轴-转子-轴承部件动态特性分析 186
三、高速电主轴-轴承-砂轮部件的动态特性分析 192
四、砂轮主轴箱的动态特性分析及结构改进研究 198
五、砂轮主轴部件的动态特性分析 200
第四节 工件主轴（头架）动态特性分析与优化设计 205
一、工件主轴（头架）的有限元模型 205
二、边界条件的确定 206
三、头架主轴的模态分析 206
第五节 进给工作台的动态特性分析 208
一、进给工作台的三维UG模型 208
二、进给工作台的有限元分析模型及边界参数设置 208
三、进给工作台的有限元分析结果及优化设计 209
第六节 高速精密磨床床身的特性分析与优化设计 215
一、床身的静态性能分析 215
二、床身的模态分析 217
三、床身的瞬态响应特性分析 225
四、床身的谐响应特性分析 228
第七节 高速精密磨床整机的动态特性分析与评估 229
一、整机的有限元分析模型 229
二、整机的模态参数与分析 232
三、整机的动态性能评估 234
第八节 高速同步电机主轴部件的热态性能分析与优化设计 235
一、高速同步电机热源及散热状态分析 235
二、高速同步电机定子的冷却方式 236
三、定子表面冷却管道散热分析的理论基础与计算模型 236
四、定子冷却管道结构参数的优化设计 242
五、定子表面的散热仿真与优化 244
六、高速同步电机定子表面散热效果 246
第五章 高速磨削砂轮与砂轮修整技术 250
第一节 普通砂轮的基本知识 250
一、砂轮的结构 250
二、砂轮的选用 259
第二节 超硬磨料高速砂轮 260
一、超硬磨料高速砂轮的发展 260
二、陶瓷结合剂高速砂轮 261
三、钎焊砂轮 266
第三节 超硬磨料高速砂轮的整形与修锐 270
一、超硬磨料高速砂轮的整形方法 271
二、超硬磨料高速砂轮的修锐方法 276
三、超硬磨料高速砂轮的整形与修锐实验 283
四、小结 296
第六章 磨削液及高效冷却装置 297
第一节 磨削液的类型和组成 297
一、油基磨削液 298
二、水基磨削液 299
第二节 磨削液的作用 301
一、润滑作用 301
二、冷却作用 302
三、渗透与清洗作用 302
四、防锈作用 303
第三节 超硬磨料砂轮磨削液的选择 303
第四节 高速磨削高效冷却装置及技术 304
一、针形高压喷射冷却 306
二、砂轮内冷却 307
三、开槽砂轮冷却 308
四、最小润滑（MQL）技术 309
五、液氮冷却 310
六、低温气动喷雾射流冲击冷却 311
第五节 磨削液特性对磨削性能的影响 312
一、磨削液表面张力对磨削性能的影响 312
二、磨削液黏度对磨削性能的影响 314
三、磨削液摩擦因数对加工表面粗糙度和砂轮堵塞的影响 314
第六节 磨削液对磨削表面完整性的影响 315
一、磨削液对表面粗糙度的影响 315
二、磨削液对磨削表面显微硬度及硬化层深度的影响 315
三、磨削液对残余应力的影响 317
四、磨削液对表面烧伤与磨削裂纹的影响 319
第七章 高速磨削的测试、监测与测量技术 320
第一节 概述 320
第二节 高速精密磨床的动态特性测试技术 323
一、机床动态特性及其研究概述 323
二、动态特性测试分析的理论基础 326
三、磨床动态特性的实验模态技术 331
四、高速精密磨床及其功能部件的动态性能测试及案例分析 335
五、动态性能测试结果的对比分析 357
第三节 磨削过程的监测方法及其表征 362
一、主轴功率的监测及其作用分析 362
二、磨削力监测及其作用分析 366
三、磨削温度的监测及其对磨削结果的作用分析 367
第四节 磨削表面完整性测量 378
一、表面粗糙度测试与分析 378
二、表面残余应力分析 383
第五节 磨削精度的测量与分析 391
一、形位精度测量仪器 392
二、典型磨削及其平面度测量案例 396
三、典型磨削及其圆度测量案例 399
第八章 典型高速精密磨床产品与应用 404
第一节 斯图特（STUDER）产品 405
一、S41数控万能外圆磨床简介 405
二、S41数控万能外圆磨床的关键部件及其特点 409
三、S41高效、稳定和经济的完整解决方案 420
第二节 埃马克（EMAG）公司的主要产品 422
一、埃马克主要产品简介 422
二、VTC 315 DS型同步支撑磨床及其特点 423
三、PM系列曲轴磨床及其特点 425
四、埃马克新一代远程专家服务系统 427
五、埃马克机床的其他相关服务项目 429
第三节 上海机床厂有限公司的主要产品 430
一、MGKS1332/H超高速精密数控外圆磨床简介 430
二、MGKS1332/H的主要功能部件及其特点 431
三、MGKS1332/H的动态性能测试及结果 435
四、MGKS1332/H的典型应用案例及其全面解决方案 439
符号说明 448
参考文献 451