隨著製造業的飛速發展，數控磨床技術不斷革新。在2025年，數控磨床行業朝著高精度、多軸聯動、智能化的方向持續邁進，市場對能夠滿足複雜加工需求的數控磨床需求日益增長。尤其是在刀剪製造領域，傳統磨削設備已難以適應現代產品的工藝要求，研發新型數控磨床成為提升產業競爭力的關鍵。

  一、四軸聯動數控磨床的設計方案

  (一)設計要求的全面考量

  數控磨床的設計需緊密圍繞刀剪磨削工藝及工具機主體床身結構特點展開。《2025-2030年全球及中國數控磨床行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，工具機主體床身設計要確保具備足夠剛度，有效避免共振，保障工具機運行平穩、精準;主軸機構設計在滿足刀剪磨削轉矩需求的同時，必須保證主軸組件的旋轉精度、剛性、壽命和阻尼，並且降低運行噪音;進給傳動機構設計要求傳動精度高、響應迅速，擁有充足動力輸出，以滿足高強度磨削加工以及刀具磨削時對機械裝置剛性和穩定性的要求;導軌設計選用需滿足高負載下高精度直線運動，能夠承擔一定扭矩;數控控制系統設計選用要保證定位精度和重複定位精度符合磨削刀具工藝要求，實現對二軸、三軸和四軸聯動的精確控制。

  (二)工具機的基本組成與工作原理

  依據上述設計要求，數控磨床主要由工具機主體機座、主軸箱機構、進給傳動機構、數控控制系統等部分構成。其工作原理為，磨削砂輪安裝於主軸之上，主電動機通過帶傳動將動力傳輸給主軸，帶動砂輪旋轉，實現主運動(Z 軸)。直線軸 X、Y 的進給運動由工具機進給伺服系統控制伺服電機驅動，完成橫、縱向進給運動。旋轉軸 A 軸是繞直線軸 X 軸旋轉的角度控制軸，由伺服電機帶動蝸杆蝸輪機械傳動裝置，驅動工作檯達到所需擺角角度。設備配備高精度數控系統，並開發相應控制功能模塊，通過數控系統控制 X、Y、Z、A 四條軸聯動，實現二軸、三軸或四軸聯動控制磨削加工。

  二、四軸聯動數控磨床關鍵技術的設計開發

  (一)主軸副結構的優化設計

  主軸副機構作為工具機傳動系統的核心部分，承擔著實現砂輪旋轉主運動的重要任務。它主要由主軸、帶輪、角接觸軸承、軸承螺母、軸承端蓋、砂輪安裝盤和主軸箱體等構件組成。主軸經過高溫調質處理，主軸支撐軸承採用角接觸球軸承副結構，具備可靠的徑向、軸向負荷承載能力，確保主軸高速旋轉時的精度要求。主軸錐孔設計規格為 A2 - 6，額定轉速達 4500 r/min，各結合面跳動小於 0.003 mm，安裝端面及內孔跳動小於 0.01 mm ，從而滿足刀剪磨削的轉矩輸出，保證主軸組件的各項性能並降低噪音。

  (二)進給傳動機構的創新設計

  數控工具機具備 X、Y、Z、A 四個控制軸。其中，直線軸 X、Y 軸運動設計方面，數控磨床橫、縱向進給傳動系統由伺服電機、同步帶機構、直線導軌、滑塊、直線軸承、聯軸器等組成，實現工具機 X、Y 軸的直線進給運動。旋轉軸 A 軸控制機構設計中，其進給傳動系統主要由伺服電機、聯軸器、蝸杆蝸輪、A 軸芯軸、芯軸旋轉底座、軸承、工作檯和箱體等構件組成。為滿足刀剪磨削的受力要求，提高機構剛性和穩定性，採用傳動比為 50∶1 的一對蝸杆蝸輪，利用其傳動功率大、工作平穩和結構緊湊的優點，有效提升旋轉軸的力矩輸出和穩定性，將 A 軸伺服電機的旋轉運動平穩轉變為 A 軸芯軸的角度旋轉運動。

  (三)導軌的精心選用

  導軌在數控磨床中起到支撐和引導運動部件的作用，能夠使工具機獲得快速進給速度，並按給定方向做往復直線運動，同時承擔一定扭矩，以保證在高負載情況下實現高精度直線運動。其主要結構包括直線導軌、滑塊、端蓋、潤滑系統和防塵系統等構件。選用的導軌滑塊採用滾柱型滾動體取代鋼珠，滾動體與導軌以接觸角度 45° 的線接觸方式，在承受高負荷時僅產生微量彈性變形，使直線導軌具備四方向等高剛性、等高負荷能力特性，保障了 Z 軸與 X 軸兩垂直進給軸的穩定性，大幅提升加工精度。

  (四)數控系統的優化設計

  工具機控制系統擁有 X、Y、Z、A 四個聯動控制軸，採用工控一體機搭配總線型驅動器。數控系統通過 CPU 處理分析輸入數據後，將運算信號同步發送到每條軸的運動控制卡上，實現四軸聯動同步控制，顯著提升控制精度。在功能模塊方面，進行了多方面優化。人機互動優化設計使操作人員根據被加工刀具產品的設計外形輪廓，繪製軌跡 DXF 文件，選擇文件載入，設定產品厚度參數，修改磨削參數後即可執行加工，簡化操作步驟;圖形編程功能設計針對刀剪產品刃口曲線複雜、磨削麵多為曲面圓弧，G 代碼編程刀路不易管理的問題，通過圖形化和參數化編程方式，根據刀具圖紙繪製 DXF 圖形，系統翻譯後用於加工或生成 NC 文件，提高編程效率;控制系統工控一體機設計考慮到刀剪磨削工序應用水冷卻、操作環境惡劣且具腐蝕性的特點，採用的工控一體機具備防塵、防潮、防振、防輻射能力，具有良好的電磁兼容性和高抗干擾能力，解決因潮濕環境導致的工作短路及不穩定問題。

  三、四軸聯動數控磨床的廣泛應用

  按照上述設計方法製造的四軸聯動數控磨床已在國內外多家刀剪企業投入使用。該工具機數控系統通過編程數據及參數控制 X、Y、Z、A 四條聯動軸及砂輪旋轉主運動，主軸轉速為 4500 r/min，設備床身採用灰鑄鐵材料並加重工藝，工具機總質量達 2.4 t，運行更加平穩、準確。經實際應用驗證，該數控磨床性能穩定，平均無故障工作時間達到 30000 h，磨削刀具產品的表面粗糙度可達 Ra 0.2 μm。它具有諸多顯著特點：加工效果出色，四軸聯動加工滿足各類刀剪平面、曲面磨削加工要求，精度高、效率高，實現刀具研磨自動化;具備多功能性，一次裝夾可完成一個面內多次端面磨削，最多次數可達六次，還能根據產品設計外形輪廓實現四軸聯動加工，並具備砂輪損耗自動補償功能;應用範圍廣泛，可磨削各種規格和材質的刀剪產品，包括特種用途且形狀複雜的產品;具有經濟性，國內自主研發設計，相比國外同級別的數控工具機，穩定性好、成本低、經濟性佳;具有人性化特點，水冷冷卻方式下，新型磨床的人性化防水外殼既能保障工具機內部電氣控制，又能阻擋冷卻水花，減少對操作人員的影響，提高工具機安全和穩定性能，優化加工環境。

  綜上所述，新型刀剪製造四軸聯動數控磨床通過對主軸副結構、進給傳動機構和數控系統的創新設計與技術升級，實現了數控四軸聯動磨削加工。設計開發的人機互動功能和圖形編程功能等模塊，配合高精度導軌和軸承附件，大幅提升了設備的穩定性和操控性。在實際生產中，該數控磨床滿足各類刀剪平面、曲面的磨削加工要求，其機械裝置和數控系統穩定性好、成本低、經濟性好，有效提升了刀剪磨削的質量和效率，對推動我國刀剪研磨自動化水平的提升具有重要的實踐意義，也為2025年數控磨床行業技術發展提供了有益的借鑑和參考。