国内外数控立式复合磨床的概况和发展趋势

国内外数控立式复合磨床的概况和发展趋势
姚 峻
杭州机床集团有限公司 技术中心（310022）
1 数控立式复合磨床发展背景
数控立式复合磨床是近年来兴起并迅速发展的品种，主要针对中大型圆柱、圆锥类工件不能一次装夹在卧式外圆磨床上完成磨削加工的难题而开发的。

数控复合磨床是高新技术机床产品，具有较高的技术含量。

尽管国内磨床制造厂家有大型卧式外圆磨床品种生产，最大的规格可磨工件的直径达到φ1000mm以上甚至更大，而以生产重型机床如大型立式车床为主的生产厂也生产和提供立式磨床，但许多用户反映目前在端面以及外圆磨削φ360 mm以上工件时，基本上没有适合的加工设备，近年来，要贯彻新的国际标准，对齿轮的精度提出更高的技术要求，急需采用磨削的工艺手段来贯标。

比如国内减速机行业的大齿轮、汽车行业的后桥齿轮，直径普遍在φ500mm以上，由于缺乏合适的加工设备，现有的加工精度和效率达不到要求。

数控立轴复合磨床针对了用户的需求，顺应了当今世界机床工业“高速、复合、智能、环保”的发展潮流，适合了多品种小批量、变品种变批量的生产方式。

数控复合磨床可以通过一次装夹就完成零件的内圆、外圆、端面、锥面等的复合磨削加工，具有高效率、高精度、操作方便等特点，机床的组合性强，可以安装ATC砂轮库、APC交换工作台、AMS自动测量系统及机械手等功能部件，易实现自动化生产。

同时还由于立式布置夹紧力小，夹具比较简单，占地面积小，节约设备的购置费用。

该机适合于磨削加工盘类、短轴类、套筒类等长径比比较小的零件，特别适用于汽车配件、齿轮加工、轴承以及其它行业多品种、小批量的零件加工。

机床可广泛地应用于对圆柱、圆锥、球轴承内、外套圈、滚道及端面各表面的多批量、多品种、多规格的精加工磨削；也适用于齿轮类、套筒类等零件的高精度磨削加工。

2 数控复合磨床的特点与主要结构
立式磨床：具有磨削精度高、加工效率高、占地面积小、自动化程度高等优点。

特别在大工件的装夹方面具有卧式磨床没有的优点。

卧式磨床的主轴因为夹头和工件自身的重量会发生变形，导致无法确保加工的高精度。

此外，在固定工件时，为了固定好往往需要很大的夹紧力，这也成为工件本身发生变形的原因。

立式磨床可利用重力固定工件，主轴不会变形。

此外，与卧式磨床相比，用于固定工件的夹紧力较小，工件本身几乎不会发生变形。

通过利用工件本身的质量，可与固定侧端面紧密相贴，而使工件的落座位置保持稳定。

复合磨床的主要是以圆工作台为中心，周围分布有不同的磨头。

主要结构有可360°旋转的转塔式立柱，磨头安装在转塔不同的面上。

这种结构比较紧凑，但制造难度较大。

另外有采用整体铸造的和横梁连成一体的立
柱，具有较好的刚
性，有利于提高加
工精度，适用于中
型机床使用（见图
1）。

有的采用立轴
圆台双立柱龙门结
构，横梁上装有拖
板及磨头，一般适
用于大型机床。

3 国外数控复合磨床的生产概况
复合磨床的加工对象是大型的圆形工件，这类工件的加工长期以来是采用立式磨床。

立式磨床是以立式车床为基础设计制造的，其布局形式和总体结构都与立式车床相似。

机床一般具有较高的刚性和抗振性，加工精度高于立式车床。

主要的生产厂家均为国际上著名的重型机床生产厂，如法国MFL 重型机床集团下属的贝蒂公司、德国的DOERRIES （多列士）公司、日本的O-M公司、美国的
MOTCH
（莫奇）公司等。

图1 复合磨床的整体式立柱结构
近年来，随着用户需求的增加，工件的规格扩展到中小尺寸，立式磨床的生产也随之扩展到一些著名的磨床专业厂，产品的技术含量也得到较大的提升，在机床的结构、总体布局、控制技术以及先进的配置方面都有很大的发展，逐步形成了较完整的数控复合磨床系列产品。

同时，复合磨床配置了自动砂轮交换系统、自动测量等，逐步演变为磨削加工中心，有些厂家还与其它的金属加工手段如铣削、铰削等相结合，形成效率更高、加工范围更广、集成度更高的加工中心。

目前，国外主要的生产厂家有日本太阳工机、意大利法力图、国际斯来福临集团下属的MAEGERLE 公司、德国ELB 公司、西班牙的达诺巴特公司等。

日本的太阳工机从1991年起生产和销售数控复合磨床，形成了能磨削大中小型工件的NVG 系列，其中小型立轴转塔式复合磨床IGV-1NT 、
IGV-3NT 型，外圆磨削直径为φ100 mm 。

小型转塔式立柱机床在世界上独具一格。

太阳工机也生产中、大型立轴转塔式复合磨床，该公司2005年曾获得日本机
械学会奖，从资料上
看，生产的规格有NVG12、NGG16等品
种，可磨削的外径为φ1 600 mm （见图2）。

意大利法力图是国际著名的平面磨床专业厂，近年来也开始涉足生产立式复合磨床，TR CN 系列均为大型规格，圆工作台的直径在φ2 000～φ3 000
mm 之间，数控系统的分辨率为0.1 μm （见图3）。

德国ELB 公司的大型轴承圆工作台磨床（见图4）。

可以在一次安装中完成滚珠和滚柱轴承外滚道和内滚道的磨削。

机床的工作台直径从φ600 mm 至φ1 500
mm 。

一个或二个独自驱动的X 轴拖板安装在一个可升降的机床床身上，并可在直线滚动导轨中运行。

机床床身采用铸钢，并充填MICROGRANIT 混凝土材料，以进一步增强刚性和抗振。

各种不同规格的
磨削装置可以安装在
拖板上，这些磨削装
置装有水冷却电机和内装式平衡系统。

还可提供可互换的磨头用于内球面滚道以及带或不带HSK 系统的自动砂轮更换装置。

所有的磨削主轴都是以机床静止的精密工作台为中心，机床工作台为静压圆工作台，轴向和径向跳动误差都在2 μm 之内。

为了完整加工出多滚道工件，该机床可以安装2个自动砂轮交换装置和相应的砂轮储存器。

西班牙达诺巴特的立式复合磨削中心（见图5）。

该公司有2种立式复合磨削中心，IEV 立式磨削中心可用于内、外和端面的高精度磨削，可磨直径、轮廓、螺纹和3D 形状。

机床大件采用天然花岗岩制成，各轴数字直接驱动，可装交换工作台和换刀系
统。

DAN-VTG 型立式磨床则用于深内孔和长外径的工件磨削，工作台直径最大φ1 500 mm 、垂直行程最大1 300 mm ，机床可装换刀和测量系统，具有
较好的加工柔性。

MAEGERLE 公司2001年就生产了复合磨床，当时该公司提供了第一台可以承担磨削和其它加工的MGC 系列机床。

首台用户是通用电气公司，当
时正在寻找一台无须重新夹紧而能进行车削、精钻
图4 德国ELB 公司的大型 轴承圆工作台磨床
图 2 日本太阳工机的立轴 转塔式复合磨床
图 3 意大利法力图TR CN
系列数控立式复合磨床
图5 西班牙达诺巴特的 立式复合磨削中心
和磨削外径和内孔的复合加工机床。

从那时以来，MAEGERLE 公司已经为用户提供了许多台复合机床。

这些以MGC 和MFP 系列机床为基型的多用途机床，不但可以承担成形磨削、平面磨削和外圆磨削以及内圆磨削，还可以承担车削、铣削、螺纹磨削、精密钻削和铰削以及内孔的精密镗削。

对复合加工来说，自动换刀装置是非常重要的。

可以得到各种规格的换刀装置，以满足各种加工需要。

刀具的容量在6把至24把之间。

机床上还装有测量头，可以进入主轴进行测量。

根据刀具不同的种类和尺寸，可在不到10 s 的时间内自动换刀。

换刀具程序已包括在加工程序内，确保在自动更换后砂轮被修整好并为下一个磨削操作调整好，程序确保加工条件是最理想的。

快速及时的碎屑处理也有助于这个。

控制冷却液喷嘴以高压从圆台上把钻削、铣削车削产生的碎屑冲入机床床身，然后排出加工区。

4 国内数控复合磨床的生产概况
与国外相比，国内的数控立式复合磨床起步较晚，目前同类机床的生产数量较少，制造水平也有一定的差距。

4.1 无锡市明鑫机床有限公司
无锡市明鑫机床有限公司创立于1993年，是国内数控内圆磨床、数控外圆磨床、无心磨床、轴承专用磨床的著名生产企业。

公司主要产品有数控内圆磨床、数控外圆磨床、大型数控轴承专用磨床、数控无心磨床、高精度无心磨床、普通无心磨床及各类专用磨床等。

该公司是国内最早生产立式数控复合磨床的企业，已形成较完整的产品系列，机床有多种布局形式，机床多采用双磨头结构，可选用两个立式磨头或一只立磨头、另一只为卧磨头或卧式范成磨头的布局。

在2008年4月中国数控机床展览会上（CCMT 2008），该公司展出MG28100-R 型立式NC 转塔磨床（见图6），可磨削直径φ150～φ1 000工件，内外圆圆度0.005 mm 、圆柱度0.008 mm ，粗糙度R a 0.4 μm 。

4.2 杭州机床集团公司
近年来杭州机床集团通过国际合作而积极开发高精度数控立轴复合磨床系列，其中MGKF600型高精度数控立轴复合磨床已研制成功(见图7)，工作台直径为φ600 mm ，是复合磨床系列中的一种，计划逐步扩大机床的规格，根据市场的需求，机床最大规格将达到φ5 000 mm 。

目前进入研发阶段就有5种规格。

MGKF600
型高精度数控立轴复合磨床，机
床采用整体立柱、单拖板纵向移动、双立轴磨头、立轴圆台布局型式，结构紧凑，整机刚性好。

工作台采用闭式静压导轨和滚动轴承复合结构，由伺服电机驱动。

整体立柱上为单拖板，分别安装主磨头、电主轴磨头和测量装置。

机床采用砂轮交换—砂轮修整—工件磨削—自动测量合理的磨削流程，减少空行程时间，提高效率。

砂轮库最大容量可装6个砂轮。

机床采用开顶式封闭防护罩结构，安全性好，外型美观、大方。

机床实现了一次装夹工件，完成工件内圆、外圆以及端面的高精度磨削加工，同时还可通过数控联动实现砂轮的锥形修整和圆锥磨削；通过砂轮的成形修整，实现内外圆的成形磨削，如轴承环的滚道磨削。

4.3 四川富临集团成都机床有限责任公司
该公司的前身是有50多年历史的成都机床厂，主导产品是各类内圆磨床。

近年来，根据生产需求
和自身产品发展的需要，发展并形成了数控立式磨床系列，已有MKD2850、MKD2880（见图8）、MKD28125、MKD28160等型号机床，最大工作台直径达φ1 600
mm 。

机床采
图8 MKD2880数控
立式内圆端面磨床 图 6 MKW28100型
数控立式数控磨床 图7 MGKF600型高精度
数控立轴复合磨床
用进口配置，如工作台采用进口轴承，内圆砂轮轴采用大功率、高刚性、高精度电主轴或动静压磨具，端磨为机械磨具或动静压磨具，用多楔带传动。

内磨万福培植液压平衡，磨架可回转±15°，用以磨削锥孔。

机床从外型上看比较轻巧、美观。

4.4 天津第二机床厂
天津第二机床厂2004年改制，2005年完成第一台大型精密万能磨床的开发，并于2007年初在太原重型集团的油膜轴承专用立式磨床招标中中标。

已与北京凯德隆机床公司共同逐组建了天津林凯数控机床有限公司。

该公司2年前研制成功的2MKM95250数控立式万能磨床，采用了气压卸荷导轨和正反防护2项发明专利，具有较高的水平。

该公司目前最大的规格是3150mm，目前正在研制加工直径为φ4000mm的重型数控精密立式万能磨床。

4.5 北京广宇大成数控机床有限公司
北京广宇大成数控机床有限公司是一家科技型企业，在2008中国数控机床展（CCMT 2008）上展出了MKG28100型数控高精度立式万能磨床，但尚未形成批量和产业化。

机床的主要特点：工件主轴回转内装西门子力矩电动机直接驱动，回转精度高；磨头主轴都采用动静压轴承，机床配置较高档的意大利进口电控永磁吸盘。

此外，中国齐重数控的BVG型数控立式磨床制造水平较高，机床最大加工直径达φ2500 mm，加工精度达到0.003mm，机床主要用于风电行业。

辽宁朝阳博文机床有限公司也生产VGK110型立式数控万能磨床，另有一台可以磨削曲线的立式磨床。

与国外同类技术相比，在加工精度、自动化程度、加工的集约性方面尚有一定差距，再如在磨床上结合铣削、车削，形成效率更高、操作更方便的复合机床新品种方面，我们还有很长的路程要走。

5 数控复合磨床的发展趋势和前景
根据用户的需求，立式复合磨床的规格向大小两头发展，逐步发展工作台直径达到φ2.5m、φ3 m、φ4m甚至φ5 m的机床。

小规格机床的发展受到市场因素的制约，调研表明，由于用户现有工艺手段和装备基本上能满足目前用户对工件精度、效率等的要求，用户对小规格的复合磨床的需求并不紧迫。

因此，用立式复合磨床替代卧式端面内圆磨床有一定的难度。

立式复合磨床的几点优点，在小型工件上体现不出来。

相反，复合磨床的高售价对用户缺乏吸引力。

从国外立式复合磨床来看，除了日本太阳工机有小规格机床外，其它的厂家基本上都是大规格的机床。

但是，从发展的观点看，小型立式复合磨会有潜在的市场需求，一旦现有加工设备不能达到标准的要求，就会急需用新设备来替代老设备。

如果能实现替代，市场潜力就不可估量。

如果新设备能大幅度提高磨削效率，即使价格比较高，也会有很大的竞争力。

复合的手段将呈现多样化，机床采用模块化设计原理，可把不同种类的磨头以及采用其它金属加工手段的装置结合在一起，形成各种复合机床。

采用先进的部件，向磨削中心和加工中心的方向发展。

机床将采用砂轮交换装置、刀具交换装置、机械手、自动测量装置，形成集成程度更高的复合机床。

立式复合磨床将在风能发电行业发挥重要的作用，我国风能资源丰富，近海和海上可开发利用的风能储量约7.5亿kW。

“十一五”期间，上海将形成20万～30万kW规模的风力发电场。

2010年，风机装机容量达到500万kW；2015年达到1,000万kW；2020年达到3,000万kW。

风机需使用大型的轴承，如洛阳轴承最大转盘轴承5.5m左右，午鸿倚天机械（洛阳）有限公司转盘圈达到3m多，四川广汉石冶机械有限公司反映，他们生产的风力发电的主轴、风机轮毂等客户需求量很大。

美国瑞普机械发民有限公司的内齿的成形滚屑，最大加工直径从φ1.5m至φ4 m。

这些大型零件的磨削加工必须采用复合磨床。

因此，立式复合磨床的使用范围将越来越广泛，成为一种重要的金属加工手段。

½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½½本刊讯:
2008年8月27日，总投资25亿元的汉川机床集团有限公司大型数控机床制造基地建设项目正式开工。

大型数控机床制造基地项目是汉川机床集团公司为发展大型、精密、高速数控机床产品、提升企业核心竞争能力、实现企业中长期发展战略目标而实施的重大项目，是近年来机床行业投资规模较大的数控机床项目。

项目分两期建设，总占地600亩，建设地点位于汉江产业园铺镇工业区。

计划2009年6月试生产，2010年正式投产。