1.3 高速精密轧辊磨床动静压轴承的研发意义与现状
通常，磨削按砂轮线速度 v 的高低分为普通磨削（v<45m/s）、高速磨削（45m/s≤v＜150m/s）和超高速磨削（v≥150m/s）[1，15]。如上所述，图1-5所示的液体动静压轴承目前在国产轧辊磨床上应用极为广泛，但其只能应用于砂轮线速度在45m/s以下的普通低速轧辊磨床。为了设计出能应用于45m/s以上的高速精密轧辊磨床中的液体动静压轴承，需要分析当砂轮线速度提高后，如果继续使用图1-5所示的普通轧辊磨床上的液体动静压轴承，将会产生哪些不良反应。通过理论分析和工程实际调试，这些不良反应主要为：砂轮线速度提高时，液体动静压轴承及其主轴的温度因线速度的提高而迅速升高，温度的升高会迅速影响轴承的油膜性能，从而严重破坏轴承油膜的温度场、压力场和流动性能，进而导致轴承的动压承载能力和油膜动压刚性不足以承受高速精密轧辊磨床主轴的运行，严重时会出现“烧瓦”现象[16]。为此，在参考传统低速液体动静压轴承设计方法的基础上，应突破传统轴承的结构局限，根据高速精密轧辊磨床液体动静压轴承的运行特点，设计一种新型的液体动静压轴承。
由于受各种条件的限制，轧辊磨削与其他磨削加工一样，其磨削速度一直处于较低水平。直到20世纪30年代，德国切削专家Carl J. Salomon提出了磨削温度与其速度两者之间关系的假设，高速磨削才有了确定的发展方向[17]。自此，高速轧辊磨削也有了广阔的发展空间。目前，德国、日本和美国等发达国家尤其重视高速、超高速磨削技术。据报道，在这些国家的实验室里已完成了砂轮线速度为250m/s、350m/s、400m/s的实验研究[1]。据亚琛工业大学的 Koeing和 Ferlemann宣称，他们所在的实验室已经采用了线速度达500m/s的超高速砂轮，这一速度突破了当前机床与砂轮的工作极限[17-19]。在实际生产使用方面，日本已有砂轮线速度为200m/s的磨床在工业中使用；德国的砂轮线速度为80m/s和120m/s的磨床已广泛应用于工业生产中[1]。我国高速磨削起步较晚，1958年才开始研究高速磨削技术。至1977年，全国已有17个省市770台磨床采用50m/s高速磨削技术[18]。1982年，湖南大学进行了60m/s高速强力凸轮磨削工艺试验研究，且于2000年中国数控机床展览会上推出了线速度达120m/s的数控凸轮轴磨床[18，19]；20世纪80年代初，以东北大学为主开发的 YLM-1型双面立式半自动修磨生产线，磨削速度达80m/s[18，19]；广西大学于1997年前后开展了80m/s高速低表面粗糙度的磨削试验研究[18，19]。尽管如此，与国外高速磨床已大规模用于工业生产的现状不同，国内在高速磨削方面的技术还不是很成熟。
高速磨削技术发展的同时亦促进了轧辊磨削技术的发展。近些年，国内轧钢、冶金、有色金属加工、造纸、橡胶、印染等行业发展迅猛，尤其在国家产业结构升级调整的政策下，国内钢铁行业对新材料、新功能和新技术应用的需求越来越强烈，传统的铸铁轧辊和合金钢轧辊正在逐渐被高速钢轧辊所替代。高速钢轧辊目前已在一些主要钢铁企业得到推广应用，其节能降耗效果非常显著，特别是在热轧行业显得尤为突出。高速钢材质的轧辊尽管具有良好的韧性、淬透性和热稳定性等诸多优良的特性，但是，相对于国内目前常用的铸铁轧辊和合金钢轧辊来说难磨得多，采用目前国产的轧辊磨床来磨削效率很低，难以满足现代钢铁行业的需求。因此，研发国产高速精密轧辊磨床的呼声越来越高。然而，目前现实的情况是：国产轧辊磨床的砂轮线速度大多数还只停留在45m/s左右，其磨削效率和磨削质量与国外已广泛用于工业生产的砂轮线速度为80m/s以上的轧辊磨床差距较大，究其原因，其中最为根本的就是目前我国在高速精密轧辊磨床的轴承方面的技术不过关。轧辊磨削作为一种高精度磨削加工方式，对支承主轴旋转的轴承要求较高。如前所述，轧辊磨床一般采用液体滑动轴承，而其中液体动静压轴承代表着发展方向，是高速精密轧辊磨床的首选轴承。我国在液体动静压轴承方面的研究起步较晚，其大致的研究历程如下：
20世纪70年代，我国一些科研工作者积极投身于液体动静压技术的研究之中，并在金属切削机床、冷轧机、水轮发电动机等机械装置上推广使用[20]。1976年，上海机床厂研制出两种多油楔动静压轴承，经过实践验证，这两种轴承的性能明显超过静压轴承，曾作为机密技术被大量用在磨床新产品上，均取得了良好的成效[21]。随着我国体制改革的深入和动静压技术的成熟，设备改造的需求促使我国液体动静压轴承主轴部件出现专业化生产[21]：北京中航设备改造研制厂从航空系统企业中的旧设备技术改造入手，逐步形成磨床、金刚镗床主轴轴承和主轴单元的商品化；上海机床厂在20世纪70年代末起对各类磨床进行改造，效果显著；上海市引进设备维修中心、得宝机床（北京）有限公司对轧辊磨床等各类磨床及多轴镗头等进口设备进行改造，收效良好；广州机床研究所针对一些机床厂的需求也供应部分主轴部件商品。90年代以来，岑少起教授课题组先后提出了圆锥浮环、径向推力联合浮环等动静压轴承的结构，对促进国内动静压轴承技术的进步做出了贡献[22，23]；中航设备改造研制厂和北京航空航天大学等单位在WMB型液体动静压混合轴承方面取得了突出成果，目前，该轴承广泛应用于旧精密磨削设备的改造[20，24]。在轧辊磨床动静压轴承方面，广州机床研究所研发的动静压轴承（见图1-5）目前占据着轧辊磨床动静压轴承的半壁江山，为国产轧辊磨床由纯静压和纯动压轴承向动静压轴承的转变做出了杰出贡献。
随着高速钢轧辊的逐渐普及，国产45m/s的普通轧辊磨床必然要进行升级换代，高速精密轧辊磨床必然应市场需求而生，在此过程中，国内首先要攻克的就是高速精密轧辊磨床的动静压轴承技术。高速和重载是液体动静压轴承技术发展的原动力。随着对轴承理论研究的深入，各类适合高速精密轧辊磨削的高性能动静压轴承将不断出现，这必将成为一种不可改变的趋势。