日本磨削加工技術(shù)簡介

日本的加工機(jī)床由于其高品質(zhì)和卓越的可靠性，在國際上獲得了很高評價(jià)，因此才能超越歐洲老牌工業(yè)強(qiáng)國，在24年中產(chǎn)值一直保持世界第一。特別是立式和臥式加工中心等切削加工機(jī)床的生產(chǎn)，無論在數(shù)量上還是質(zhì)量上都在全球獨(dú)占鰲頭。不過，德國、意大利等歐洲國家在磨床生產(chǎn)方面也具有優(yōu)勢，是日本爭取機(jī)床出口額領(lǐng)先的有力競爭對手。

近年來，電子產(chǎn)品的加工開始高速增長，超精密、高性能的磨床不可或缺，尤其是對小型制品進(jìn)行高精度磨削加工的需求很大。

本文主要對日本引以為傲的高技術(shù)水平、高附加值磨床產(chǎn)品進(jìn)行了展望，并重點(diǎn)介紹了在光學(xué)零件生產(chǎn)中不可缺少的精密模具磨削加工技術(shù)。此外，還介紹了今后具有良好發(fā)展前景的磨削加工中心和同時(shí)具備磨削功能的復(fù)合加工機(jī)床。

日本磨床在國際市場的地位

如前所述，日本機(jī)床產(chǎn)值在24年中一直占據(jù)首位，德國則緊跟其后。進(jìn)入21世紀(jì)后，中國的機(jī)床產(chǎn)值急速增長，現(xiàn)在位列第3。近年來，意大利的機(jī)床生產(chǎn)也處于上升趨勢，名列第4。

在統(tǒng)計(jì)世界各國磨床產(chǎn)值和產(chǎn)量的相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，由于項(xiàng)目分類方法沒有國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此在獲取正確數(shù)據(jù)上存在一定困難。其中還有一些國家未公布相關(guān)的產(chǎn)值和產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，平面磨床出口額前三甲分別為德國、日本和意大利。進(jìn)口額最高的是中國，并處于逐年上升趨勢。從數(shù)量上看，中國無論是進(jìn)口還是出口都占據(jù)高位（臺(tái)灣地區(qū)的出口臺(tái)數(shù)也不少）。根據(jù)出口平面磨床的單價(jià)來計(jì)算，相對于德國（1,580萬日元）、日本（1,360萬日元）的高價(jià)位，中國（70萬日元）和臺(tái)灣地區(qū)（140萬日元）的價(jià)位則較低?？梢姡瑥膯蝺r(jià)來看，平面磨床的產(chǎn)地呈現(xiàn)兩極分化趨勢。

日本和德國進(jìn)口的磨床臺(tái)數(shù)較多，這是因?yàn)槠錂C(jī)床制造商將海外工廠設(shè)在東南亞等地，然后從海外工廠進(jìn)口本國不生產(chǎn)的低價(jià)磨床，造成進(jìn)口臺(tái)數(shù)增加。無論如何，從全球來看，德國、日本和意大利是高性能平面磨床主要供應(yīng)基地是毋庸置疑的。

雖然中國出口的磨床臺(tái)數(shù)也不少，但從金額來看，卻是排名第一的進(jìn)口大國。而美國雖然進(jìn)口磨床臺(tái)數(shù)較多，但金額卻相對較低。由此可知，美國主要使用一些價(jià)格較低的磨床。另外，從金額來看，美國磨床的最大出口目的地是德國；而從數(shù)量上看，則是臺(tái)灣地區(qū)。

磨削加工的超精密化

（1）微型球面透鏡排列的磨削加工實(shí)例

日本在數(shù)碼相機(jī)、帶拍照功能的手機(jī)和監(jiān)視鏡頭等方面引領(lǐng)著世界潮流?，F(xiàn)在，像素的提高和價(jià)格的降低日新月異，其中就蘊(yùn)含了微型球面透鏡等光學(xué)零件超精密加工的不斷進(jìn)步。

中部大學(xué)的鈴木浩文教授提出了對生產(chǎn)微型球面透鏡的硬質(zhì)合金模具進(jìn)行超精密磨削的方法。以前，一個(gè)模具只能成形一個(gè)透鏡，但現(xiàn)在，排列放置的模具使大批量生產(chǎn)透鏡成為可能，從而降低了生產(chǎn)成本。微球面凸透鏡的模具加工是采用四軸聯(lián)動(dòng)超精密磨削裝置和成形金剛石砂輪，通過同步控制實(shí)現(xiàn)創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)。將工件安裝在主軸上，使其低速旋轉(zhuǎn)，將截面形狀為凹面（或凸面）的金剛石砂輪安裝在旋轉(zhuǎn)縱軸上，進(jìn)行磨削加工。首先，低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，要確保工件與砂輪之間保持一定距離，砂輪與工件的旋轉(zhuǎn)方向和速度要保持同步，以實(shí)現(xiàn)對凹面（或凸面）球面形狀的精密磨削。然后，調(diào)整工件位置，并重復(fù)上述加工動(dòng)作。

為了實(shí)現(xiàn)高速、高精度的同步控制，必須擁有先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。東芝機(jī)械生產(chǎn)的ulg-100d超精密曲面磨床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和v-v回轉(zhuǎn)的組合，實(shí)現(xiàn)了1nm步距的進(jìn)給，解決了象限突起問題，借助平滑的圓弧插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)了自由曲面加工。

為了使金剛石砂輪正確成形，砂輪修整技術(shù)不可或缺。鈴木教授使用釩系列合金結(jié)合劑，使1500#、3000#的熱固性樹脂金剛石砂輪的成形半徑達(dá)到了r2.5mm。

（2）配備直線電機(jī)的磨床

平面磨床的進(jìn)給以前采用油缸驅(qū)動(dòng)，后來，在油缸驅(qū)動(dòng)控制中應(yīng)用了油壓伺服系統(tǒng)技術(shù)，可在很短行程中實(shí)現(xiàn)高速反向，從而實(shí)現(xiàn)快速磨削。近年來，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)將取代以往的油缸驅(qū)動(dòng)，在提高能效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高精度，也為維護(hù)工作環(huán)境和保護(hù)地球環(huán)境做出了貢獻(xiàn)。

岡本工機(jī)生產(chǎn)的upg310li磨床采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了20mm行程、500次/min的高速往返，使打孔機(jī)之類小型零件的磨削加工時(shí)間大幅縮短。此外，該磨床工作臺(tái)還配備了可變滑動(dòng)系統(tǒng)，在保證高剛性的同時(shí)，降低了摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對微型模具的高能效、高精度加工。

磨削加工的復(fù)合化

（1）磨削加工中心

v銑床已從數(shù)控銑床發(fā)展為銑削加工中心，車床也經(jīng)由數(shù)控車床升級為車削加工中心。就磨床而言，數(shù)控磨床已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，但磨削加工中心尚未得到普及，其今后的發(fā)展值得期待。

在磨削加工中心中，包含了從磨床和加工中心發(fā)展而來的兩套系統(tǒng)。一般來說，設(shè)有管理各種砂輪的砂輪自動(dòng)更 換裝置（atc）、自動(dòng)測量裝置和工件交換裝置。相對于銑削和車削加工中心來說，磨削加工中心的困難之處在于：

①工具的磨損；

②很難保持加工零件的高精度；

③要求的精度較高；

④磨屑碎片很小，容易掉入機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件中。。

太陽工機(jī)以立式內(nèi)圓磨床為基礎(chǔ)制造的igv-1 nt磨削加工中心利用六角形的砂輪放置臺(tái)實(shí)現(xiàn)了砂輪的自動(dòng)交換；自動(dòng)裝置可確保加工精度。該機(jī)可對外圓、內(nèi)徑、端面進(jìn)行精密磨削，適合各種齒輪和法蘭盤的磨削加工。

大阪機(jī)工以銑削加工中心為基礎(chǔ)開發(fā)的gc620磨削加工中心不但保留了加工中心的性能優(yōu)勢，還優(yōu)化了冷卻劑和磨屑處理功能。使用水溶性切削油，有利于機(jī)床的防銹。工作臺(tái)上配備有砂輪自動(dòng)修整裝置，能及時(shí)修整砂輪的直徑和長、寬尺寸，可以長時(shí)間連續(xù)磨削加工。

（2）帶磨削功能的復(fù)合加工機(jī)床

磨削加工中心再進(jìn)一步發(fā)展，就是多功能復(fù)合加工機(jī)床。復(fù)合加工機(jī)床除了可以進(jìn)行磨削加工以外，還可以進(jìn)行切削加工、激光加工、放電加工等。機(jī)床制造商將各種加工能力組合在一起，開發(fā)出各種新型機(jī)床，這在日本國際機(jī)床展覽會(huì)（jimtof）上隨處可見。

例如，福岡工業(yè)大學(xué)的仙波卓彌教授開發(fā)了一種兼具激光加工和磨削功能的復(fù)合加工機(jī)床。粗加工時(shí)使用激光，精加工時(shí)采用磨削。復(fù)合加工機(jī)床的內(nèi)部裝有用于加工的激光聚光系統(tǒng)和用于觀測加工表面的光學(xué)系統(tǒng)。此外，可通過在壓縮空氣中摻入氮?dú)?，來調(diào)整輔助氣體的氧濃度。磨削加工采用3000#電鍍砂輪，而修整砂輪則使用8000#的帶電修整工具。該系統(tǒng)可在短時(shí)間內(nèi)，完成對玻璃狀碳素工件80nm以下平滑表面的復(fù)合加工。

牧野精機(jī)開發(fā)的將放電加工與磨削加工融為一體的cnj2-e復(fù)合加工機(jī)床利用放電加工進(jìn)行高能效的粗加工，然后通過磨削完成最終形狀的加工。

磨削加工中心和復(fù)合加工機(jī)床都是采用工件一次裝夾加工，因此能將安裝誤差的影響降至最低，能夠有效適應(yīng)高精度、高能效、省空間等要求，其發(fā)展前景非常值得期待。

來源：磨料磨具研習(xí)社

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