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