随着制造业的飞速发展，数控磨床技术不断革新。在2025年，数控磨床行业朝着高精度、多轴联动、智能化的方向持续迈进，市场对能够满足复杂加工需求的数控磨床需求日益增长。尤其是在刀剪制造领域，传统磨削设备已难以适应现代产品的工艺要求，研发新型数控磨床成为提升产业竞争力的关键。

  一、四轴联动数控磨床的设计方案

  (一)设计要求的全面考量

  数控磨床的设计需紧密围绕刀剪磨削工艺及机床主体床身结构特点展开。《2025-2030年全球及中国数控磨床行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，机床主体床身设计要确保具备足够刚度，有效避免共振，保障机床运行平稳、精准;主轴机构设计在满足刀剪磨削转矩需求的同时，必须保证主轴组件的旋转精度、刚性、寿命和阻尼，并且降低运行噪音;进给传动机构设计要求传动精度高、响应迅速，拥有充足动力输出，以满足高强度磨削加工以及刀具磨削时对机械装置刚性和稳定性的要求;导轨设计选用需满足高负载下高精度直线运动，能够承担一定扭矩;数控控制系统设计选用要保证定位精度和重复定位精度符合磨削刀具工艺要求，实现对二轴、三轴和四轴联动的精确控制。

  (二)机床的基本组成与工作原理

  依据上述设计要求，数控磨床主要由机床主体机座、主轴箱机构、进给传动机构、数控控制系统等部分构成。其工作原理为，磨削砂轮安装于主轴之上，主电动机通过带传动将动力传输给主轴，带动砂轮旋转，实现主运动(Z 轴)。直线轴 X、Y 的进给运动由机床进给伺服系统控制伺服电机驱动，完成横、纵向进给运动。旋转轴 A 轴是绕直线轴 X 轴旋转的角度控制轴，由伺服电机带动蜗杆蜗轮机械传动装置，驱动工作台达到所需摆角角度。设备配备高精度数控系统，并开发相应控制功能模块，通过数控系统控制 X、Y、Z、A 四条轴联动，实现二轴、三轴或四轴联动控制磨削加工。

  二、四轴联动数控磨床关键技术的设计开发

  (一)主轴副结构的优化设计

  主轴副机构作为机床传动系统的核心部分，承担着实现砂轮旋转主运动的重要任务。它主要由主轴、带轮、角接触轴承、轴承螺母、轴承端盖、砂轮安装盘和主轴箱体等构件组成。主轴经过高温调质处理，主轴支撑轴承采用角接触球轴承副结构，具备可靠的径向、轴向负荷承载能力，确保主轴高速旋转时的精度要求。主轴锥孔设计规格为 A2 - 6，额定转速达 4500 r/min，各结合面跳动小于 0.003 mm，安装端面及内孔跳动小于 0.01 mm ，从而满足刀剪磨削的转矩输出，保证主轴组件的各项性能并降低噪音。

  (二)进给传动机构的创新设计

  数控机床具备 X、Y、Z、A 四个控制轴。其中，直线轴 X、Y 轴运动设计方面，数控磨床横、纵向进给传动系统由伺服电机、同步带机构、直线导轨、滑块、直线轴承、联轴器等组成，实现机床 X、Y 轴的直线进给运动。旋转轴 A 轴控制机构设计中，其进给传动系统主要由伺服电机、联轴器、蜗杆蜗轮、A 轴芯轴、芯轴旋转底座、轴承、工作台和箱体等构件组成。为满足刀剪磨削的受力要求，提高机构刚性和稳定性，采用传动比为 50∶1 的一对蜗杆蜗轮，利用其传动功率大、工作平稳和结构紧凑的优点，有效提升旋转轴的力矩输出和稳定性，将 A 轴伺服电机的旋转运动平稳转变为 A 轴芯轴的角度旋转运动。

  (三)导轨的精心选用

  导轨在数控磨床中起到支撑和引导运动部件的作用，能够使机床获得快速进给速度，并按给定方向做往复直线运动，同时承担一定扭矩，以保证在高负载情况下实现高精度直线运动。其主要结构包括直线导轨、滑块、端盖、润滑系统和防尘系统等构件。选用的导轨滑块采用滚柱型滚动体取代钢珠，滚动体与导轨以接触角度 45° 的线接触方式，在承受高负荷时仅产生微量弹性变形，使直线导轨具备四方向等高刚性、等高负荷能力特性，保障了 Z 轴与 X 轴两垂直进给轴的稳定性，大幅提升加工精度。

  (四)数控系统的优化设计

  机床控制系统拥有 X、Y、Z、A 四个联动控制轴，采用工控一体机搭配总线型驱动器。数控系统通过 CPU 处理分析输入数据后，将运算信号同步发送到每条轴的运动控制卡上，实现四轴联动同步控制，显著提升控制精度。在功能模块方面，进行了多方面优化。人机交互优化设计使操作人员根据被加工刀具产品的设计外形轮廓，绘制轨迹 DXF 文件，选择文件载入，设定产品厚度参数，修改磨削参数后即可执行加工，简化操作步骤;图形编程功能设计针对刀剪产品刃口曲线复杂、磨削面多为曲面圆弧，G 代码编程刀路不易管理的问题，通过图形化和参数化编程方式，根据刀具图纸绘制 DXF 图形，系统翻译后用于加工或生成 NC 文件，提高编程效率;控制系统工控一体机设计考虑到刀剪磨削工序应用水冷却、操作环境恶劣且具腐蚀性的特点，采用的工控一体机具备防尘、防潮、防振、防辐射能力，具有良好的电磁兼容性和高抗干扰能力，解决因潮湿环境导致的工作短路及不稳定问题。

  三、四轴联动数控磨床的广泛应用

  按照上述设计方法制造的四轴联动数控磨床已在国内外多家刀剪企业投入使用。该机床数控系统通过编程数据及参数控制 X、Y、Z、A 四条联动轴及砂轮旋转主运动，主轴转速为 4500 r/min，设备床身采用灰铸铁材料并加重工艺，机床总质量达 2.4 t，运行更加平稳、准确。经实际应用验证，该数控磨床性能稳定，平均无故障工作时间达到 30000 h，磨削刀具产品的表面粗糙度可达 Ra 0.2 μm。它具有诸多显著特点：加工效果出色，四轴联动加工满足各类刀剪平面、曲面磨削加工要求，精度高、效率高，实现刀具研磨自动化;具备多功能性，一次装夹可完成一个面内多次端面磨削，最多次数可达六次，还能根据产品设计外形轮廓实现四轴联动加工，并具备砂轮损耗自动补偿功能;应用范围广泛，可磨削各种规格和材质的刀剪产品，包括特种用途且形状复杂的产品;具有经济性，国内自主研发设计，相比国外同级别的数控机床，稳定性好、成本低、经济性佳;具有人性化特点，水冷冷却方式下，新型磨床的人性化防水外壳既能保障机床内部电气控制，又能阻挡冷却水花，减少对操作人员的影响，提高机床安全和稳定性能，优化加工环境。

  综上所述，新型刀剪制造四轴联动数控磨床通过对主轴副结构、进给传动机构和数控系统的创新设计与技术升级，实现了数控四轴联动磨削加工。设计开发的人机交互功能和图形编程功能等模块，配合高精度导轨和轴承附件，大幅提升了设备的稳定性和操控性。在实际生产中，该数控磨床满足各类刀剪平面、曲面的磨削加工要求，其机械装置和数控系统稳定性好、成本低、经济性好，有效提升了刀剪磨削的质量和效率，对推动我国刀剪研磨自动化水平的提升具有重要的实践意义，也为2025年数控磨床行业技术发展提供了有益的借鉴和参考。