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NJ-MK4280/1数控（精密）坐标磨床的研发与应用

2025-11-27 来源：四川普什宁江机床有限公司作者：高超李云江赵周杰王修珍访问量：

近年来，钛合金材料在航空航天行业应用比例不断增加，传统加工方法由于加工时效率低下，已不能满足现代航空制造企业的要求，成为了新品研制和批量生产的瓶颈。钛合金的高效加工问题已成为当今数控加工行业的研究热点，而高效加工设备、高效加工刀具和高效加工工艺则是实现钛合金高效加工的关键技术。

航空关键零部件、板类零件等多为高温合金、钛合金或耐高温的复合材料，一般为异形环状结构，刚性差，精度要求高，型面复杂，加工难度大。加工此类零件需要大中型多功能、高精度数控机床，要求设备具有较高的柔性，性能良好的数控系统，数控坐标磨床能满足加工需求。

宁江机床研发的NJ-MK4280/1数控（精密）坐标磨床为连续轨迹数控（精密）坐标磨床(见附图)，以其高精度及加工淬火材料零件为特点，由计算机进行自动控制，利用直线和圆弧逼近的方法，可以对淬火后的具有任意曲线的平面图形的样板、模具型腔和冲头等零件进行加工；利用点位数控的方法，能在一次装夹下完成带有高精度孔距要求的坐标孔系、外圆、端面、锥面的磨削加工。该机床主要用于航空发动机各类盘环轴、齿轮类零件的内外型面、端面及止口等最终的精密磨削加工。

机床外观图

一、产品结构特点

本机床采用动梁式龙门结构，具有六个数控坐标轴（X、Y、Z、U、W、C轴），可实现3+2联动功能，还可选配可倾回转工作台。其结构是横梁沿两个立柱作上下（W向）运动，主轴箱在横梁上作左右（Y向）运动。横梁既有Y向运动的下导轨，又有W向运动的上导轨。工作台在床身上作纵向（X向）坐标移动，横梁在立柱上作上下（W向）移动，主轴箱在横梁上作左右（Y向）移动，此结构设计更符合高精度坐标机床设计原理：由于工作台X向移动和主轴箱Y向移动位于不同的部件上，能够最大限度地保证X向移动和Y向移动的垂直度。

床身采用T型整体结构，3点主支撑，安装方便。立柱采用整体框式结构，具有最佳热对称性和结构稳定性，双驱动结构使移动部件重心靠近驱动力矩中心，移动精度更高，响应更快。

行星主轴采用静压轴承进行支撑，静压轴承既可作回转轴承使用，也可作直线轴承使用，简化了行星主轴结构，主轴回转精度＜0.0005mm，机床加工圆度可达0.001mm以内。

套筒上下运动（Z轴）采用直线电机驱动，满足Z轴冲程往复频率要求，配置气动平衡装置，消除因U轴和电动磨头自重产生的不平衡量，使Z轴精度得到保证。

电动磨头最高转速为45000r/min，配置HSK-E40刀柄接口，可实现砂轮杆的快速更换，也可安装HSK铣刀实现铣销功能。电动磨头轴承采用油雾润滑，提高磨头轴承使用转速及寿命。磨头电机采用冷却水进行冷却，确保磨头电机可长时间运行。

二、技术创新点

（1）首次运用液体卸荷静压导轨

在数控坐标磨床上首次运用液体卸荷技术代替原有碟簧卸荷技术，简化了工作台结构。卸荷静压导轨利用液压油腔产生的承载力来抵消工作台部分负载，因此，可通过调整油腔压力改变卸荷重力大小来适应工作台不同负载，具有调整方面的优点。

（2）首次运用液体静压主轴作为行星主轴

在数控坐标磨床行星主轴上首次运用液体静压轴承代替滚动轴承。静压轴承既可作回转轴承使用，也可作直线轴承使用，简化了行星主轴结构，提高了主轴回转精度，主轴回转精度最高可达0.5μm。

（3）U轴直接驱动技术

本次研制的坐标磨床采用电滑环技术，将伺服电机所需的动力电源和控制信号传输至回转的行星主轴内并驱动U轴伺服电机旋转，并通过滚珠丝杠副直接驱动U轴滑板沿行星主轴径向进给。与原坐标磨床相比，缩短了U轴传动链，提高了U轴位置精度，提高了零件加工精度。

（4）Z轴直线电机驱动

本次研制的坐标磨床采用直线电机直接驱动，直线电机无机械传动机构，具有移动速度快，传动柔性的特点，反向时冲击较小，可实现更高频率的往复冲程速度，提高了Z轴移动精度和机床加工效率。

（5）带自动更换砂轮的电动磨头

本设备研制了新型电动磨头，其采用HSK-E40刀柄接口，并配置拉刀机构，可实现砂轮杆的快速更换，为实现磨削中心功能打下了基础。同时可配置工件测头，实现工件坐标系自动测量、标定功能。

三、产业化前景展望

到目前为止，世界上各国发展的坐标磨床以其结构的工作原理而言，形成了两个流派。一种是以美国Moore公司为代表的，称为Moore流派；另一种以瑞士Hauser公司为代表的，称为Hauser流派。Moore流派除了英国卡默特公司和日本九洲三井制作所外，并无其他厂家追随。Hauser流派广为各国所接受，日本三井精机、中国台湾建暐、四川普什宁江机床有限公司的坐标磨床都属这一流派。

Hauser公司在提高精度的同时，大幅度提高加工效率及自动化程度，扩大了坐标磨床的适用范围。在21世纪，开发了与以前产品从布局到驱动方式相比有革命性创新的Hauser2000、H35、H45、H55新型坐标磨床,其Z轴由直线电机直接驱动，主轴箱位于两个立柱的中间，主轴箱的上下运动由双电机驱动，实现了重心驱动（其样本上介绍是在摩擦中心驱动轴移动）。主轴采用静压主轴。U轴电机置于滑板上，取消冗长的U轴传动链。其X、Y、W轴定位精度按VDI/DGQ3441可达0.0015mm。

目前，国内航空航天行业使用的数控坐标磨床对性能要求较高，此类机床大多为进口国外机床，形成卡脖子短板装备。我们本次研制开发出高精度，满足航空航天等行业领域加工需求的高精度国产数控坐标磨床, 使国产机床能迅速迎头赶上，替代进口，对我国航空航天、国防军工等行业的发展具有重大意义，将对国防战略安全起到积极作用。

我国坐标磨床发展较迟，在国内仅有四川普什宁江机床有限公司生产坐标磨床。结合市场需求，研发市场急需的大规格数控坐标磨床，满足航空复杂结构件的加工，实现国产高端设备替代进口，具有广泛的市场前景。

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