隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控磨床技術(shù)不斷革新。在2025年，數(shù)控磨床行業(yè)朝著高精度、多軸聯(lián)動、智能化的方向持續(xù)邁進，市場對能夠滿足復(fù)雜加工需求的數(shù)控磨床需求日益增長。尤其是在刀剪制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)磨削設(shè)備已難以適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品的工藝要求，研發(fā)新型數(shù)控磨床成為提升產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵。

  一、四軸聯(lián)動數(shù)控磨床的設(shè)計方案

  (一)設(shè)計要求的全面考量

  數(shù)控磨床的設(shè)計需緊密圍繞刀剪磨削工藝及機床主體床身結(jié)構(gòu)特點展開?！?a href="http://m.74cssc.cn/report/16763488.html" target="_blank">2025-2030年全球及中國數(shù)控磨床行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，機床主體床身設(shè)計要確保具備足夠剛度，有效避免共振，保障機床運行平穩(wěn)、精準(zhǔn);主軸機構(gòu)設(shè)計在滿足刀剪磨削轉(zhuǎn)矩需求的同時，必須保證主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛性、壽命和阻尼，并且降低運行噪音;進給傳動機構(gòu)設(shè)計要求傳動精度高、響應(yīng)迅速，擁有充足動力輸出，以滿足高強度磨削加工以及刀具磨削時對機械裝置剛性和穩(wěn)定性的要求;導(dǎo)軌設(shè)計選用需滿足高負載下高精度直線運動，能夠承擔(dān)一定扭矩;數(shù)控控制系統(tǒng)設(shè)計選用要保證定位精度和重復(fù)定位精度符合磨削刀具工藝要求，實現(xiàn)對二軸、三軸和四軸聯(lián)動的精確控制。

  (二)機床的基本組成與工作原理

  依據(jù)上述設(shè)計要求，數(shù)控磨床主要由機床主體機座、主軸箱機構(gòu)、進給傳動機構(gòu)、數(shù)控控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其工作原理為，磨削砂輪安裝于主軸之上，主電動機通過帶傳動將動力傳輸給主軸，帶動砂輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主運動(Z 軸)。直線軸 X、Y 的進給運動由機床進給伺服系統(tǒng)控制伺服電機驅(qū)動，完成橫、縱向進給運動。旋轉(zhuǎn)軸 A 軸是繞直線軸 X 軸旋轉(zhuǎn)的角度控制軸，由伺服電機帶動蝸桿蝸輪機械傳動裝置，驅(qū)動工作臺達到所需擺角角度。設(shè)備配備高精度數(shù)控系統(tǒng)，并開發(fā)相應(yīng)控制功能模塊，通過數(shù)控系統(tǒng)控制 X、Y、Z、A 四條軸聯(lián)動，實現(xiàn)二軸、三軸或四軸聯(lián)動控制磨削加工。

  二、四軸聯(lián)動數(shù)控磨床關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計開發(fā)

  (一)主軸副結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

  主軸副機構(gòu)作為機床傳動系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)著實現(xiàn)砂輪旋轉(zhuǎn)主運動的重要任務(wù)。它主要由主軸、帶輪、角接觸軸承、軸承螺母、軸承端蓋、砂輪安裝盤和主軸箱體等構(gòu)件組成。主軸經(jīng)過高溫調(diào)質(zhì)處理，主軸支撐軸承采用角接觸球軸承副結(jié)構(gòu)，具備可靠的徑向、軸向負荷承載能力，確保主軸高速旋轉(zhuǎn)時的精度要求。主軸錐孔設(shè)計規(guī)格為 A2 - 6，額定轉(zhuǎn)速達 4500 r/min，各結(jié)合面跳動小于 0.003 mm，安裝端面及內(nèi)孔跳動小于 0.01 mm ，從而滿足刀剪磨削的轉(zhuǎn)矩輸出，保證主軸組件的各項性能并降低噪音。

  (二)進給傳動機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計

  數(shù)控機床具備 X、Y、Z、A 四個控制軸。其中，直線軸 X、Y 軸運動設(shè)計方面，數(shù)控磨床橫、縱向進給傳動系統(tǒng)由伺服電機、同步帶機構(gòu)、直線導(dǎo)軌、滑塊、直線軸承、聯(lián)軸器等組成，實現(xiàn)機床 X、Y 軸的直線進給運動。旋轉(zhuǎn)軸 A 軸控制機構(gòu)設(shè)計中，其進給傳動系統(tǒng)主要由伺服電機、聯(lián)軸器、蝸桿蝸輪、A 軸芯軸、芯軸旋轉(zhuǎn)底座、軸承、工作臺和箱體等構(gòu)件組成。為滿足刀剪磨削的受力要求，提高機構(gòu)剛性和穩(wěn)定性，采用傳動比為 50∶1 的一對蝸桿蝸輪，利用其傳動功率大、工作平穩(wěn)和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，有效提升旋轉(zhuǎn)軸的力矩輸出和穩(wěn)定性，將 A 軸伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動平穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)?A 軸芯軸的角度旋轉(zhuǎn)運動。

  (三)導(dǎo)軌的精心選用

  導(dǎo)軌在數(shù)控磨床中起到支撐和引導(dǎo)運動部件的作用，能夠使機床獲得快速進給速度，并按給定方向做往復(fù)直線運動，同時承擔(dān)一定扭矩，以保證在高負載情況下實現(xiàn)高精度直線運動。其主要結(jié)構(gòu)包括直線導(dǎo)軌、滑塊、端蓋、潤滑系統(tǒng)和防塵系統(tǒng)等構(gòu)件。選用的導(dǎo)軌滑塊采用滾柱型滾動體取代鋼珠，滾動體與導(dǎo)軌以接觸角度 45° 的線接觸方式，在承受高負荷時僅產(chǎn)生微量彈性變形，使直線導(dǎo)軌具備四方向等高剛性、等高負荷能力特性，保障了 Z 軸與 X 軸兩垂直進給軸的穩(wěn)定性，大幅提升加工精度。

  (四)數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

  機床控制系統(tǒng)擁有 X、Y、Z、A 四個聯(lián)動控制軸，采用工控一體機搭配總線型驅(qū)動器。數(shù)控系統(tǒng)通過 CPU 處理分析輸入數(shù)據(jù)后，將運算信號同步發(fā)送到每條軸的運動控制卡上，實現(xiàn)四軸聯(lián)動同步控制，顯著提升控制精度。在功能模塊方面，進行了多方面優(yōu)化。人機交互優(yōu)化設(shè)計使操作人員根據(jù)被加工刀具產(chǎn)品的設(shè)計外形輪廓，繪制軌跡 DXF 文件，選擇文件載入，設(shè)定產(chǎn)品厚度參數(shù)，修改磨削參數(shù)后即可執(zhí)行加工，簡化操作步驟;圖形編程功能設(shè)計針對刀剪產(chǎn)品刃口曲線復(fù)雜、磨削面多為曲面圓弧，G 代碼編程刀路不易管理的問題，通過圖形化和參數(shù)化編程方式，根據(jù)刀具圖紙繪制 DXF 圖形，系統(tǒng)翻譯后用于加工或生成 NC 文件，提高編程效率;控制系統(tǒng)工控一體機設(shè)計考慮到刀剪磨削工序應(yīng)用水冷卻、操作環(huán)境惡劣且具腐蝕性的特點，采用的工控一體機具備防塵、防潮、防振、防輻射能力，具有良好的電磁兼容性和高抗干擾能力，解決因潮濕環(huán)境導(dǎo)致的工作短路及不穩(wěn)定問題。

  三、四軸聯(lián)動數(shù)控磨床的廣泛應(yīng)用

  按照上述設(shè)計方法制造的四軸聯(lián)動數(shù)控磨床已在國內(nèi)外多家刀剪企業(yè)投入使用。該機床數(shù)控系統(tǒng)通過編程數(shù)據(jù)及參數(shù)控制 X、Y、Z、A 四條聯(lián)動軸及砂輪旋轉(zhuǎn)主運動，主軸轉(zhuǎn)速為 4500 r/min，設(shè)備床身采用灰鑄鐵材料并加重工藝，機床總質(zhì)量達 2.4 t，運行更加平穩(wěn)、準(zhǔn)確。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，該數(shù)控磨床性能穩(wěn)定，平均無故障工作時間達到 30000 h，磨削刀具產(chǎn)品的表面粗糙度可達 Ra 0.2 μm。它具有諸多顯著特點：加工效果出色，四軸聯(lián)動加工滿足各類刀剪平面、曲面磨削加工要求，精度高、效率高，實現(xiàn)刀具研磨自動化;具備多功能性，一次裝夾可完成一個面內(nèi)多次端面磨削，最多次數(shù)可達六次，還能根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計外形輪廓實現(xiàn)四軸聯(lián)動加工，并具備砂輪損耗自動補償功能;應(yīng)用范圍廣泛，可磨削各種規(guī)格和材質(zhì)的刀剪產(chǎn)品，包括特種用途且形狀復(fù)雜的產(chǎn)品;具有經(jīng)濟性，國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計，相比國外同級別的數(shù)控機床，穩(wěn)定性好、成本低、經(jīng)濟性佳;具有人性化特點，水冷冷卻方式下，新型磨床的人性化防水外殼既能保障機床內(nèi)部電氣控制，又能阻擋冷卻水花，減少對操作人員的影響，提高機床安全和穩(wěn)定性能，優(yōu)化加工環(huán)境。

  綜上所述，新型刀剪制造四軸聯(lián)動數(shù)控磨床通過對主軸副結(jié)構(gòu)、進給傳動機構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計與技術(shù)升級，實現(xiàn)了數(shù)控四軸聯(lián)動磨削加工。設(shè)計開發(fā)的人機交互功能和圖形編程功能等模塊，配合高精度導(dǎo)軌和軸承附件，大幅提升了設(shè)備的穩(wěn)定性和操控性。在實際生產(chǎn)中，該數(shù)控磨床滿足各類刀剪平面、曲面的磨削加工要求，其機械裝置和數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定性好、成本低、經(jīng)濟性好，有效提升了刀剪磨削的質(zhì)量和效率，對推動我國刀剪研磨自動化水平的提升具有重要的實踐意義，也為2025年數(shù)控磨床行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供了有益的借鑒和參考。

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