日本的加工機床由于其高品質和卓越的可靠性，在國際上獲得了很高評價，因此才能超越歐洲老牌工業強國，在24年中產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床的生產，無論在數量上還是質量上都在全球獨占鰲頭。不過，德國、意大利等歐洲國家在磨床生產方面也具有優勢，是日本爭取機床出口額領先的有力競爭對手。

近年來，電子產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水平、高附加值磨床產品進行了展望，并重點介紹了在光學零件生產中不可缺少的精密模具磨削加工技術。此外，還介紹了今后具有良好發展前景的磨削加工中心和同時具備磨削功能的復合加工機床。

日本磨床在國際市場的地位

如前所述，日本機床產值在24年中一直占據首位，德國則緊跟其后。進入21世紀后，中國的機床產值急速增長，現在位列第3。近年來，意大利的機床生產也處于上升趨勢，名列第4。

在統計世界各國磨床產值和產量的相關數據時，由于項目分類方法沒有國際統一標準，因此在獲取正確數據上存在一定困難。其中還有一些國家未公布相關的產值和產量數據。

根據相關數據，平面磨床出口額前三甲分別為德國、日本和意大利。進口額最高的是中國，并處于逐年上升趨勢。從數量上看，中國無論是進口還是出口都占據高位（臺灣地區的出口臺數也不少）。根據出口平面磨床的單價來計算，相對于德國（1,580萬日元）、日本（1,360萬日元）的高價位，中國（70萬日元）和臺灣地區（140萬日元）的價位則較低。可見，從單價來看，平面磨床的產地呈現兩極分化趨勢。

日本和德國進口的磨床臺數較多，這是因為其機床制造商將海外工廠設在東南亞等地，然后從海外工廠進口本國不生產的低價磨床，造成進口臺數增加。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基地是毋庸置疑的。

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

磨削加工的超精密化

（1）微型球面透鏡排列的磨削加工實例

日本在數碼相機、帶拍照功能的手機和監視鏡頭等方面引領著世界潮流。現在，像素的提高和價格的降低日新月異，其中就蘊含了微型球面透鏡等光學零件超精密加工的不斷進步。

中部大學的鈴木浩文教授提出了對生產微型球面透鏡的硬質合金模具進行超精密磨削的方法。以前，一個模具只能成形一個透鏡，但現在，排列放置的模具使大批量生產透鏡成為可能，從而降低了生產成本。微球面凸透鏡的模具加工是采用四軸聯動超精密磨削裝置和成形金剛石砂輪，通過同步控制實現創成運動。將工件安裝在主軸上，使其低速旋轉，將截面形狀為凹面（或凸面）的金剛石砂輪安裝在旋轉縱軸上，進行磨削加工。首先，低速旋轉時，要確保工件與砂輪之間保持一定距離，砂輪與工件的旋轉方向和速度要保持同步，以實現對凹面（或凸面）球面形狀的精密磨削。然后，調整工件位置，并重復上述加工動作。

為了實現高速、高精度的同步控制，必須擁有先進的數控系統和機械結構。東芝機械生產的ulg-100d超精密曲面磨床采用直線電機進給驅動和v-v回轉的組合，實現了1nm步距的進給，解決了象限突起問題，借助平滑的圓弧插補實現了自由曲面加工。

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

（2）配備直線電機的磨床

平面磨床的進給以前采用油缸驅動，后來，在油缸驅動控制中應用了油壓伺服系統技術，可在很短行程中實現高速反向，從而實現快速磨削。近年來，直線電機驅動將取代以往的油缸驅動，在提高能效的同時，實現了高精度，也為維護工作環境和保護地球環境做出了貢獻。

岡本工機生產的upg310li磨床采用直線電機驅動，實現了20mm行程、500次/min的高速往返，使打孔機之類小型零件的磨削加工時間大幅縮短。此外，該磨床工作臺還配備了可變滑動系統，在保證高剛性的同時，降低了摩擦系數，實現了對微型模具的高能效、高精度加工。

磨削加工的復合化

（1）磨削加工中心

v銑床已從數控銑床發展為銑削加工中心，車床也經由數控車床升級為車削加工中心。就磨床而言，數控磨床已經得到實際應用，但磨削加工中心尚未得到普及，其今后的發展值得期待。

在磨削加工中心中，包含了從磨床和加工中心發展而來的兩套系統。一般來說，設有管理各種砂輪的砂輪自動更 換裝置（atc）、自動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，容易掉入機床運動部件中。。

太陽工機以立式內圓磨床為基礎制造的igv-1 nt磨削加工中心利用六角形的砂輪放置臺實現了砂輪的自動交換；自動裝置可確保加工精度。該機可對外圓、內徑、端面進行精密磨削，適合各種齒輪和法蘭盤的磨削加工。

大阪機工以銑削加工中心為基礎開發的gc620磨削加工中心不但保留了加工中心的性能優勢，還優化了冷卻劑和磨屑處理功能。使用水溶性切削油，有利于機床的防銹。工作臺上配備有砂輪自動修整裝置，能及時修整砂輪的直徑和長、寬尺寸，可以長時間連續磨削加工。

（2）帶磨削功能的復合加工機床

磨削加工中心再進一步發展，就是多功能復合加工機床。復合加工機床除了可以進行磨削加工以外，還可以進行切削加工、激光加工、放電加工等。機床制造商將各種加工能力組合在一起，開發出各種新型機床，這在日本國際機床展覽會（jimtof）上隨處可見。

例如，福岡工業大學的仙波卓彌教授開發了一種兼具激光加工和磨削功能的復合加工機床。粗加工時使用激光，精加工時采用磨削。復合加工機床的內部裝有用于加工的激光聚光系統和用于觀測加工表面的光學系統。此外，可通過在壓縮空氣中摻入氮氣，來調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。該系統可在短時間內，完成對玻璃狀碳素工件80nm以下平滑表面的復合加工。

牧野精機開發的將放電加工與磨削加工融為一體的cnj2-e復合加工機床利用放電加工進行高能效的粗加工，然后通過磨削完成最終形狀的加工。

磨削加工中心和復合加工機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，能夠有效適應高精度、高能效、省空間等要求，其發展前景非常值得期待。

來源：磨料磨具研習社

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