下图列出了超高速磨削技术所需的各项相关技术，其中高速轴承和高速砂轮的设计与制造是影响超高速磨削技术应用的最重要因素。

1.超高速磨削砂轮

(1)超高速砂轮的结构和制造 超高速磨削砂轮必须满足下列要求：砂轮基体的机械强度必须能承受高度磨削时的切削力;外观锋利，即磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切屑;结合剂必须具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损。

从超高速磨削的发展趋势看，金刚石和CBN砂轮在超高速磨削中所占的比重越来越大，所用的结合剂可以是树脂、陶瓷和金属。随着超高速磨削的进一步推广和科研的深入，新型的磨粒和结合剂也在不断的出现。

电镀结合砂轮在超高速磨削时广泛采用，其磨粒的突出高度很大，能够容纳大量的切屑，不易形成钝刃切削，对超高速切削十分有利。由于电镀结合砂轮只有一层磨粒，所以在使用过程中，不需进行修整，从而可节省昂贵的修整装置和修整工时。

最近瑞士Winterthur公司研制出一种新的CBN砂轮，磨粒的基本形状是四面体，在磨削力增大到一定程度时会产生分裂，从而形成新的锋利切削刃。磨削合金工具钢时，可有效降低切削力及切削温度;保持砂轮寿命不变时，可以提高材料的磨除率及工件的精度。近年来，由于减少了磨粒层厚度并改善了相应的制造工艺措施，日本的陶瓷结合剂砂轮已在300m/s下安全运转，单层电镀CBN砂轮的使用速度可选250m/s. 欧洲主要使用单层电镀CBN砂轮进行高速高效成形磨削和开槽磨削。美国Norton公司利用铜焊技术研究出的金属单层砂轮，其磨粒突出比已达到 70%~80%,容屑空间大大增加，结合剂抗拉强度超过1 500N/mm2,在相同磨削条件下可使磨削力降低50%,进一步提高了磨削效率极限。

为了保证砂轮在整个使用寿命中保持锋利，砂轮的结构应有利于磨粒分裂，维持自励过程。要达到砂轮自锋利的目的，除了尽量降低结合剂的比例外，还要优化磨粒的空间分布。为此，可以通过计算机算出各种磨粒分裂时作用在单个磨粒上的力，从而可确定结合剂的比例。

我国至今还无超高速专用砂轮，围绕超高速磨削砂轮的设计理论及制造安装等方面的研究刚刚开始。

(2)超高速砂轮的修整 超高速单层电镀砂轮一般不需要修整。特殊情况下利用粗磨粒、低浓度电镀杯形金刚石修整工具只对个别高点进行微米级修整。试验表明，当修整器进给量在3~5μm时，不但能保证工件质量，而且可以延长砂轮寿命。

对于某些高速磨削，不仅要有高的磨削效率，而且还要有高的磨削质量(高加工精度及低的表面粗糙度值)，为此，对砂轮应有一套完善的修整技术。

超高速金属结合剂砂轮一般采用电解修整，超高速陶瓷结合剂砂轮的修整粒度对磨削质量有重要影响。

日本丰田工机在GZ50超高速外圆磨床的主轴后部装有全自动修整装置，金刚石滚轮以25 000r/min的速度旋转，采用声发射传感器对CBN砂轮表面进行检测，以0.1μm的进给精度对超高速砂轮进行修整。

鉴于传统修整法的局限，人们开发了多种超硬磨粒砂轮修整法，有在线电解修整法(ELID)、双电极在线修整法、弹性修整法、超声波振动修整法和激光修整法等，其中激光修整法是解决超硬磨粒砂轮修整的一种理想方法。它具有修整速度快、工效高、节省砂轮材料、易实现自动化执行在线修整等优点。特别是与普通砂轮磨削法修整超硬砂轮相比，激光修整的超硬磨粒砂轮具有良好的磨削性能，在相同磨削条件下，磨削陶瓷时的磨削力降低10%~15%.试验已表明，金刚石修整过的砂轮产生的磨削力、表面粗糙度值与功率密度为6.0×1010W/m2激光修整的砂轮基本接近。但随着磨削过程的延续，若干磨削行程后，激光修整过的砂轮呈现更好的变化趋势：磨削力保持长时间内稳定，表面粗糙度值较低。

对于超高速磨削，需要使用7×106Pa以上的供液压力及大的流量，并选择合适的超高速磨削液供液方法，这样可使砂轮的容屑空间得到充分清洗，避免砂轮堵塞，引起磨粒发热磨损及磨削力增加。

在超高速磨削中，以实现无磨削液为目标，可实施干式(绿色)磨削方法。如风冷却磨削、液氮冷却磨削等。

3.超高速主轴和超高速轴承技术

(1)超高速电主轴技术 当前超高速磨削主要采用大功率超高速电主轴，优点是主轴惯性转矩小、振动噪声小，高速性能好，可缩短加减速时间。但从精度方面看，如何减弱电动机发热以及散热等将成为今后研发的课题。目前，德国Hofmann公司正在进行超高速磨削试验，采用最大功率为25kW的高频主轴，来实现500m/s的砂轮速度，并能在30 000r/min和40 000r/min转速下正常工作。日本一家轴承厂采用内装配伺服电动机研制了一种超高速磨头，在25×104r/min高速下能稳定工作。

(2)超高速轴承技术 高速精密轴承是超高速磨削主轴系统的核心部件。它分滚珠轴承、液体静压轴承、空气静压轴承和磁浮轴承四大类。由于滚动轴承有很多优点，故目前国外多数超高速磨床采用滚动轴承、但不可采用钢球轴承。为了提高其极限转速，常采用下列措施：①提高制造精度等级。②合理选择材料。为选用陶瓷球和钢制轴承内外圆的混合球轴承，可使其寿命提高3~6倍，极限转速增加60%,而温升降低30%~60%,其DN值达到300万以上。③改进轴承结构。德国FAG轴承公司开发的新型超高速主轴轴承，将球直径缩小至70%,增加了球数，从而提高了轴承的刚度，若润滑充分合理，其连续工作时的DN值可达到250万。采用空心滚动体可减少滚动质量，从而减少离心力和陀螺力矩。

日本东北大学开发的CNC超高速平面磨床，使用陶瓷球轴承，主轴转速为3×104r/min.丰田工机在其开发的G250型CNC超高速外圆磨床上装备了最新研制的Toyoda state bearing轴承，使用速度为200m/s的陶瓷结合剂CBN砂轮，对回转形零件进行了高效、高精度和高柔性加工。日本东芝机械公司在ASN40加工中心上，采用了改进的空气轴承在大功率下实现了3×104r/min主轴转速。日本光洋精工株式会社、德国Kapp公司曾成功地在其高速磨床上使用了磁浮轴承。磁浮轴承传动功耗小，维护成本低，不需要复杂、昂贵的密封器件，但轴承本身成本太高，控制系统复杂。德国Kapp公司采用的磁浮轴承砂轮主轴，转速可达到6×104r/min.德国GMN公司的磁浮轴承主轴的转速最高可达到104r/min以上。另外，液体静动压轴承也已逐渐应用于高速、高效磨床。

4.高速进给驱动系统

超高速磨削机床的滑台驱动系统在20世纪90年代初大多采用大导程滚珠丝杠传动和增加伺服进给电动机的转速来实现的，一般进给速度可达60m/min.为了能达到更高的进给速度，近几年出现了直线电动机驱动系统，由于它无间隙、惯性小、刚度大、速度范围宽、重复精度高和无磨损，通过控制电路可实现高速度和高驱动，在1997年进给速度已达120m/min。

美国的Anorad公司是世界上最着名的直线电动机生产商，该公司在1988年就推出了无刷直流直线电动机，并获得美国专利。公司主要生产无刷直流直线电动机(永磁同步直线电动机)，最新的无铁芯LZ系列直线电动机有48种型号，作用力为350~4 000N,形成了不同结构、不同功率的一系列产品，广泛应用于各种领域。目前，国外比较着名的直线电动机生产和供应商除了Anorad公司外，还有美国的工业巨人Parker--Hannifin、Aerotech、Kollmorgen公司，德国的Siemens、Indramat公司，日本三菱、 FANUC公司和瑞士的ETEL公司。

德国的Indramat公司既生产感应式直线电动机，又生产永磁式直线电动机，共50多种型号。永磁式具有高效率(最高1.72N/W)及高推力密度等特点。据报道，其产品速度能达到600 m/min,推力达22kN。

瑞士ETEL公司的永磁式直线电动机很适合做高速机床进给系统，其主要特点为：有很高的电动机常数K m,将水冷却系统整合于电动机绕组中，消除了从电动机到机床的热气流，力密度很高，可达到4.9~7.8N/cm2,加速度可达300m/s2,甚至更高，有很高的伺服刚度，在30~60Hz内为300N/μm。