日本加工機(jī)床由于其高品質(zhì)卓越可靠性，國(guó)際上獲得了很高評(píng)價(jià)，因此才能超越歐洲老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)，24年產(chǎn)值一直保持世界第一。特別立式臥式加工心等切削加工機(jī)床生產(chǎn)，無(wú)論數(shù)量上還質(zhì)量上都全球獨(dú)占鰲頭。不過(guò)，德國(guó)、意大利等歐洲國(guó)家磨床生產(chǎn)方面也具有優(yōu)勢(shì)，日本爭(zhēng)取機(jī)床出口額領(lǐng)先有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　近年來(lái)，電子產(chǎn)品加工開(kāi)始高速增長(zhǎng)，超精密、高性能磨床不可或缺，尤其對(duì)小型制品進(jìn)行高精度磨削加工需求很大。

　　本文主要對(duì)日本引以為傲高技術(shù)水平、高附加值磨床產(chǎn)品進(jìn)行了展望，并重點(diǎn)介紹了光學(xué)零件生產(chǎn)不可缺少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)展前景磨削加工心同時(shí)具備磨削功能復(fù)合加工機(jī)床。

　　日本磨床國(guó)際市場(chǎng)地位

　　如前所述，日本機(jī)床產(chǎn)值24年一直占據(jù)首位，德國(guó)則緊跟其后。進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)機(jī)床產(chǎn)值急速增長(zhǎng)，現(xiàn)位列第3。近年來(lái)，意大利機(jī)床生產(chǎn)也處于上升趨勢(shì)，名列第4。

　　統(tǒng)計(jì)世界各國(guó)磨床產(chǎn)值產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，由于項(xiàng)目分類方法沒(méi)有國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此獲取正確數(shù)據(jù)上存一定困難。其還有一些國(guó)家未公布相關(guān)產(chǎn)值產(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(guó)、日本意大利。進(jìn)口額最高國(guó)，并處于逐年上升趨勢(shì)。從數(shù)量上看，國(guó)無(wú)論進(jìn)口還出口都占據(jù)高位(臺(tái)灣地區(qū)出口臺(tái)數(shù)也不少)。根據(jù)出口平面磨床單價(jià)來(lái)計(jì)算，相對(duì)于德國(guó)(1,580萬(wàn)日元)、日本(1,360萬(wàn)日元)高價(jià)位，國(guó)(70萬(wàn)日元)臺(tái)灣地區(qū)(140萬(wàn)日元)價(jià)位則較低?？梢?jiàn)，從單價(jià)來(lái)看，平面磨床產(chǎn)地呈現(xiàn)兩極分化趨勢(shì)。

　　日本德國(guó)進(jìn)口磨床臺(tái)數(shù)較多，這因?yàn)槠錂C(jī)床制造商將海外工廠設(shè)東南亞等地，然后從海外工廠進(jìn)口本國(guó)不生產(chǎn)低價(jià)磨床，造成進(jìn)口臺(tái)數(shù)增加。無(wú)論如何，從全球來(lái)看，德國(guó)、日本意大利高性能平面磨床主要供應(yīng)基地毋庸置疑。

　　雖然國(guó)出口磨床臺(tái)數(shù)也不少，但從金額來(lái)看，卻排名第一進(jìn)口大國(guó)。而美國(guó)雖然進(jìn)口磨床臺(tái)數(shù)較多，但金額卻相對(duì)較低。由此可知，美國(guó)主要使用一些價(jià)格較低磨床。另外，從金額來(lái)看，美國(guó)磨床最大出口目地德國(guó);而從數(shù)量上看，則臺(tái)灣地區(qū)。

　　磨削加工超精密化

　　(1)微型球面透鏡排列磨削加工實(shí)例

　　日本數(shù)碼相機(jī)、帶拍照功能手機(jī)監(jiān)視鏡頭等方面引領(lǐng)著世界潮流?，F(xiàn)，像素提高價(jià)格降低日新月異，其就蘊(yùn)含了微型球面透鏡等光學(xué)零件超精密加工不斷進(jìn)步。

　　部大學(xué)鈴木浩文教授提出了對(duì)生產(chǎn)微型球面透鏡硬質(zhì)合金模具進(jìn)行超精密磨削方法。以前，一個(gè)模具只能成形一個(gè)透鏡，但現(xiàn)，排列放置模具使大批量生產(chǎn)透鏡成為可能，從而降低了生產(chǎn)成本。微球面凸透鏡模具加工采用四軸聯(lián)動(dòng)超精密磨削裝置成形金剛石砂輪，通過(guò)同步控制實(shí)現(xiàn)創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)。將工件安裝主軸上，使其低速旋轉(zhuǎn)，將截面形狀為凹面(或凸面)金剛石砂輪安裝旋轉(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，砂輪與工件旋轉(zhuǎn)方向速度要保持同步，以實(shí)現(xiàn)對(duì)凹面(或凸面)球面形狀精密磨削。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、高精度同步控制，必須擁有先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。東芝機(jī)械生產(chǎn)ULG-100D超精密曲面磨床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)V-V回轉(zhuǎn)組合，實(shí)現(xiàn)了1nm步距進(jìn)給，解決了象限突起問(wèn)題，借助平滑圓弧插補(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#熱固性樹(shù)脂金剛石砂輪成形半徑達(dá)到了R2.5mm。

　　(2)配備直線電機(jī)磨床

　　平面磨床進(jìn)給以前采用油缸驅(qū)動(dòng)，后來(lái)，油缸驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用了油壓伺服系統(tǒng)技術(shù)，可很短行程實(shí)現(xiàn)高速反向，從而實(shí)現(xiàn)快速磨削。近年來(lái)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)將取代以往油缸驅(qū)動(dòng)，提高能效同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高精度，也為維護(hù)工作環(huán)境保護(hù)地球環(huán)境做出了貢獻(xiàn)。

　　岡本工機(jī)生產(chǎn)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高速往返，使打孔機(jī)之類小型零件磨削加工時(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)，保證高剛性同時(shí)，降低了摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微型模具高能效、高精度加工。

　　磨削加工復(fù)合化

　　(1)磨削加工心

　　銑床已從數(shù)控銑床發(fā)展為銑削加工心，車(chē)床也經(jīng)由數(shù)控車(chē)床升級(jí)為車(chē)削加工心。就磨床而言，數(shù)控磨床已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，但磨削加工心尚未得到普及，其今后發(fā)展值得期待。

　　磨削加工心，包含了從磨床加工心發(fā)展而來(lái)兩套系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)有管理各種砂輪砂輪自動(dòng)更換裝置(ATC)、自動(dòng)測(cè)量裝置工件交換裝置。相對(duì)于銑削車(chē)削加工心來(lái)說(shuō)，磨削加工心困難之處于：①工具磨損;②很難保持加工零件高精度;③要求精度較高;④磨屑碎片很小，容易掉入機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件。

　　太陽(yáng)工機(jī)以立式內(nèi)圓磨床為基礎(chǔ)制造IGV-1 NT磨削加工心利用六角形砂輪放置臺(tái)實(shí)現(xiàn)了砂輪自動(dòng)交換;自動(dòng)裝置可確保加工精度。該機(jī)可對(duì)外圓、內(nèi)徑、端面進(jìn)行精密磨削，適合各種齒輪法蘭盤(pán)磨削加工。

　　大阪機(jī)工以銑削加工心為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)GC620磨削加工心不但保留了加工心性能優(yōu)勢(shì)，還優(yōu)化了冷卻劑磨屑處理功能。使用水溶性切削油，有利于機(jī)床防銹。工作臺(tái)上配備有砂輪自動(dòng)修整裝置，能及時(shí)修整砂輪直徑長(zhǎng)、寬尺寸，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)磨削加工。

　　(2)帶磨削功能復(fù)合加工機(jī)床

　　磨削加工心再進(jìn)一步發(fā)展，就多功能復(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一起，開(kāi)發(fā)出各種新型機(jī)床，這日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)(JIMTOF)上隨處可見(jiàn)。

　　例如，福岡工業(yè)大學(xué)仙波卓彌教授開(kāi)發(fā)了一種兼具激光加工磨削功能復(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)床內(nèi)部裝有用于加工激光聚光系統(tǒng)用于觀測(cè)加工表面光學(xué)系統(tǒng)。此外，可通過(guò)壓縮空氣摻入氮?dú)?，?lái)調(diào)整輔助氣體氧濃度。磨削加工采用3000#電鍍砂輪，而修整砂輪則使用8000#帶電修整工具。該系統(tǒng)可短時(shí)間內(nèi)，完成對(duì)玻璃狀碳素工件80nm以下平滑表面復(fù)合加工。

　　牧野精機(jī)開(kāi)發(fā)將放電加工與磨削加工融為一體CNJ2-E復(fù)合加工機(jī)床利用放電加工進(jìn)行高能效粗加工，然后通過(guò)磨削完成最終形狀加工。

　　磨削加工心復(fù)合加工機(jī)床都采用工件一次裝夾加工，因此能將安裝誤差影響降至最低，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。