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NJ-MK4280/1數控（精密）坐標磨床的研發與應用

2025-11-27 來源：四川普什寧江機床有限公司作者：高超李云江趙周杰王修珍訪問量：

近年來，鈦合金材料在航空航天行業應用比例不斷增加，傳統加工方法由于加工時效率低下，已不能滿足現代航空制造企業的要求，成為了新品研制和批量生產的瓶頸。鈦合金的高效加工問題已成為當今數控加工行業的研究熱點，而高效加工設備、高效加工刀具和高效加工工藝則是實現鈦合金高效加工的關鍵技術。

航空關鍵零部件、板類零件等多為高溫合金、鈦合金或耐高溫的復合材料，一般為異形環狀結構，剛性差，精度要求高，型面復雜，加工難度大。加工此類零件需要大中型多功能、高精度數控機床，要求設備具有較高的柔性，性能良好的數控系統，數控坐標磨床能滿足加工需求。

寧江機床研發的NJ-MK4280/1數控（精密）坐標磨床為連續軌跡數控（精密）坐標磨床(見附圖)，以其高精度及加工淬火材料零件為特點，由計算機進行自動控制，利用直線和圓弧逼近的方法，可以對淬火后的具有任意曲線的平面圖形的樣板、模具型腔和沖頭等零件進行加工；利用點位數控的方法，能在一次裝夾下完成帶有高精度孔距要求的坐標孔系、外圓、端面、錐面的磨削加工。該機床主要用于航空發動機各類盤環軸、齒輪類零件的內外型面、端面及止口等最終的精密磨削加工。

機床外觀圖

一、產品結構特點

本機床采用動梁式龍門結構，具有六個數控坐標軸（X、Y、Z、U、W、C軸），可實現3+2聯動功能，還可選配可傾回轉工作臺。其結構是橫梁沿兩個立柱作上下（W向）運動，主軸箱在橫梁上作左右（Y向）運動。橫梁既有Y向運動的下導軌，又有W向運動的上導軌。工作臺在床身上作縱向（X向）坐標移動，橫梁在立柱上作上下（W向）移動，主軸箱在橫梁上作左右（Y向）移動，此結構設計更符合高精度坐標機床設計原理：由于工作臺X向移動和主軸箱Y向移動位于不同的部件上，能夠最大限度地保證X向移動和Y向移動的垂直度。

床身采用T型整體結構，3點主支撐，安裝方便。立柱采用整體框式結構，具有最佳熱對稱性和結構穩定性，雙驅動結構使移動部件重心靠近驅動力矩中心，移動精度更高，響應更快。

行星主軸采用靜壓軸承進行支撐，靜壓軸承既可作回轉軸承使用，也可作直線軸承使用，簡化了行星主軸結構，主軸回轉精度＜0.0005mm，機床加工圓度可達0.001mm以內。

套筒上下運動（Z軸）采用直線電機驅動，滿足Z軸沖程往復頻率要求，配置氣動平衡裝置，消除因U軸和電動磨頭自重產生的不平衡量，使Z軸精度得到保證。

電動磨頭最高轉速為45000r/min，配置HSK-E40刀柄接口，可實現砂輪桿的快速更換，也可安裝HSK銑刀實現銑銷功能。電動磨頭軸承采用油霧潤滑，提高磨頭軸承使用轉速及壽命。磨頭電機采用冷卻水進行冷卻，確保磨頭電機可長時間運行。

二、技術創新點

（1）首次運用液體卸荷靜壓導軌

在數控坐標磨床上首次運用液體卸荷技術代替原有碟簧卸荷技術，簡化了工作臺結構。卸荷靜壓導軌利用液壓油腔產生的承載力來抵消工作臺部分負載，因此，可通過調整油腔壓力改變卸荷重力大小來適應工作臺不同負載，具有調整方面的優點。

（2）首次運用液體靜壓主軸作為行星主軸

在數控坐標磨床行星主軸上首次運用液體靜壓軸承代替滾動軸承。靜壓軸承既可作回轉軸承使用，也可作直線軸承使用，簡化了行星主軸結構，提高了主軸回轉精度，主軸回轉精度最高可達0.5μm。

（3）U軸直接驅動技術

本次研制的坐標磨床采用電滑環技術，將伺服電機所需的動力電源和控制信號傳輸至回轉的行星主軸內并驅動U軸伺服電機旋轉，并通過滾珠絲杠副直接驅動U軸滑板沿行星主軸徑向進給。與原坐標磨床相比，縮短了U軸傳動鏈，提高了U軸位置精度，提高了零件加工精度。

（4）Z軸直線電機驅動

本次研制的坐標磨床采用直線電機直接驅動，直線電機無機械傳動機構，具有移動速度快，傳動柔性的特點，反向時沖擊較小，可實現更高頻率的往復沖程速度，提高了Z軸移動精度和機床加工效率。

（5）帶自動更換砂輪的電動磨頭

本設備研制了新型電動磨頭，其采用HSK-E40刀柄接口，并配置拉刀機構，可實現砂輪桿的快速更換，為實現磨削中心功能打下了基礎。同時可配置工件測頭，實現工件坐標系自動測量、標定功能。

三、產業化前景展望

到目前為止，世界上各國發展的坐標磨床以其結構的工作原理而言，形成了兩個流派。一種是以美國Moore公司為代表的，稱為Moore流派；另一種以瑞士Hauser公司為代表的，稱為Hauser流派。Moore流派除了英國卡默特公司和日本九洲三井制作所外，并無其他廠家追隨。Hauser流派廣為各國所接受，日本三井精機、中國臺灣建暐、四川普什寧江機床有限公司的坐標磨床都屬這一流派。

Hauser公司在提高精度的同時，大幅度提高加工效率及自動化程度，擴大了坐標磨床的適用范圍。在21世紀，開發了與以前產品從布局到驅動方式相比有革命性創新的Hauser2000、H35、H45、H55新型坐標磨床,其Z軸由直線電機直接驅動，主軸箱位于兩個立柱的中間，主軸箱的上下運動由雙電機驅動，實現了重心驅動（其樣本上介紹是在摩擦中心驅動軸移動）。主軸采用靜壓主軸。U軸電機置于滑板上，取消冗長的U軸傳動鏈。其X、Y、W軸定位精度按VDI/DGQ3441可達0.0015mm。

目前，國內航空航天行業使用的數控坐標磨床對性能要求較高，此類機床大多為進口國外機床，形成卡脖子短板裝備。我們本次研制開發出高精度，滿足航空航天等行業領域加工需求的高精度國產數控坐標磨床, 使國產機床能迅速迎頭趕上，替代進口，對我國航空航天、國防軍工等行業的發展具有重大意義，將對國防戰略安全起到積極作用。

我國坐標磨床發展較遲，在國內僅有四川普什寧江機床有限公司生產坐標磨床。結合市場需求，研發市場急需的大規格數控坐標磨床，滿足航空復雜結構件的加工，實現國產高端設備替代進口，具有廣泛的市場前景。

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