随着汽车、航空航天及军工等行业的快速发展，我国对高端磨床的需求量迅速增加。例如，汽车行业生产柴油机电控共轨喷射系统（如图1所示）关键零部件的高端精密数控中孔座面磨床，目前几乎全部依赖进口。为改变这一现状，无锡机床股份有限公司与一汽集团无锡油嘴油泵研究所合作，在国家科技重大专项的支持下，自主研制了高端精密数控中孔座面磨床，以代替同类进口产品，满足国内汽车制造业关键零部件的生产需求。

图1 我国自主研发的电控共轨喷射系统

本机床采用头架作进给运动、砂轮架固定在工作台上作往复运动的布局(如图2所示)。头架单元固定在床身进给滑板上，可手动调节磨削锥度。安装在头架内的工件主轴采用进口高精度轴承，从而使主轴端部的径向及轴向圆跳动均达到0.003mm。该主轴为套筒式结构，回转精度高，调整方便，有较高的使用寿命及刚性，能够承受足够的轴向磨削力。

本机床径向采用弹性薄膜夹持工件外圆、轴向采用锥面辅助定位，确保了膜片中心固定不动，轴心方向不会出现位移(如图3所示)，从而解决了普通薄膜卡盘因采用固定边缘方式而导致膜片中心出现轴向位移，从而破坏工件轴向定位基准的问题。通常，薄膜卡盘在夹紧过程中，要求对工件的夹紧力是纯径向力。采用上述方案，当装于膜片上的卡爪收紧时，其回复力垂直于工件外表面，这个力即可作为纯径向力。该薄膜卡盘的这种机械夹紧、气动松开的安全模式，即使在突然停电时，依然能够夹紧工件。夹具的夹紧块长期使用后如有磨损，可通过径向调节使其满足要求。在更换磨削工件时，仅需对新的夹紧块和端面支撑进行自磨即可。工件夹紧到位后，保护开关会发出信号，起到保护作用。

图2 无锡机床股份有限公司的高端精密数控中孔座面磨床结构布局

由于泵油嘴的磨削区又细又深，因而要求砂轮接长杆也必须又细又长，且转速必须很高，达到70000～100000r/min。如果前道工序的加工累积误差或热处理变形过大，砂轮在进刀时会与工件发生碰撞而操作工又不易发现，此时，如果数控系统也没有显示，就会带来严重后果，轻则碰碎砂轮，砂轮接长杆扭断，重则电主轴损坏，甚至威胁人身安全。为避免因装夹不当或余量过大而带来的损失，本机床的头架单元配置了马尔波斯AE防碰撞装置，该装置采用声波传感器监控磨削状态。声波传感器分为定子与转子两部分，分别装于相对固定的头架和旋转的主轴上。当磨削过程出现非正常情况而导致主轴非正常振动时，传感器就会向系统发出报警信号，使机床停止运行或者改变各种参数来纠正磨削状态。传感器的这一功能还适用于对刀。

本机床共配置了3个砂轮电主轴，并行放置在往复工作台上，分别用于磨削中孔、座面及端面，所用磨削砂轮为CBN砂轮，其磨削中孔及座面的转速达到90000r/min。其中，高刚性的砂轮接杆结构与电主轴的配合是关键，砂轮接杆与电主轴的自身回转精度是核心，对此，通过借鉴国外技术，采用了全长为硬质合金的接长杆，前面安装可换式的CBN砂轮，目前这一结构已通过高速旋转试验。对砂轮的修整则由金刚滚轮来实现。

图3 径向采用弹性薄膜夹持工件外圆、轴向采用锥面辅助定位的设计结构

为满足进给机构响应迅速及高刚性的特点要求，机床的进给机构、往复机构采用全封闭式静压导轨，静压导轨具有摩擦系数小、使用寿命长、不易爬行、运动精度高、承载力大、吸振性好及运动平稳的优点。采用直线电动机驱动，并配直线光栅尺精确控制尺寸。机床的分辨率达0.0002mm。一般，机械传动件比电气元器件的动态响应时间大几个数量级，由于系统中取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠)，因而显著提高了整个闭环控制系统的动态响应性能，减少了插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。同时，通过直线位置检测反馈控制，提高了机床定位精度。由于“零传动”的高速响应性，其加减速过程明显缩短，起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。由于无中间传动环节，避免了机械摩擦的能量损耗。相对于传统的滚珠丝杠传动，直线电动机对滑板的作用力更接近于滑板质心，所产生的颠覆力矩更小，效率更高。