國產與進口五軸工具磨床加工能力的對比測試

陸質安 周里群 倪曉龍 曾 滔

（1.湘潭大學 機械工程學院，湘潭 411105；2.株洲鉆石切削刀具股份有限公司，株洲 412000）

隨著航空航天、模具、汽車以及電子信息等行業的飛速發展[1]，人們對刀具提出了高精、高效、高可靠的新要求。當前，國內刀具技術無法完全滿足現代制造業對提高效率和降低成本的強烈需求。刀具產品可靠性和精度保持性差等問題，嚴重制約著我國高檔數控機床的國產化進程。五軸工具磨床是能夠制造高精度、高性能的復雜自由表面刀具的關鍵裝備[2]。

目前，國內使用的高端五軸工具磨床基本被國外的昂科、瓦爾特及羅曼蒂克等廠商壟斷，機床數控系統技術也一直被限制或封鎖。為縮小與國外先進水平的差距，打破對國外高端五軸工具磨床的嚴重依賴，必須加快我國五軸高檔數控磨床的技術研究與產品研制。

臺州北平機床[3]研發的BPX5D五軸數控工具磨床具有高精度、高剛性、五軸聯動和高效率等特點，主要技術指標已達到國內領先、國際先進水平。肖通[4]創造性地提出基于數字孿生的五軸磨床運行過程可視化監控方法，解決了數控機床狀態監控過程中存在的虛實交互能力差、數據呈現單一及異常處理滯后等問題，可實現加工指令與數控程序驗證、實時狀態監控與異常處理等功能。張太林[5]分析了五軸工具磨床的結構類型并建立其通用運動模型，運用機床運動創成函數實現了砂輪的位置到機床各軸的運動量的轉換，得出具有較高通用性的五軸工具磨床通用后置處理方法。

在國家大力支持下，目前五軸工具磨床在數控系統開發和國產化方面取得了階段性成就，擁有高檔數控系統和關鍵功能部件的制造能力，其中部分國產五軸工具磨床性能參數已接近國際主流品牌同類型機床。本文開展國產和進口磨床加工能力對比測試，對推動國產數控系統的產業化，實現我國刀具行業在國產數控五軸工具磨床產業的跨越式發展及強化國產工具磨床的進口替代能力具有重要意義。

1 五軸工具磨床加工能力測試對象

五軸工具磨床加工能力可以通過批量加工刀具的加工時間、刃口質量、外觀形貌及裝夾跳動等方面表現進行間接測試。選擇進口磨床為對比對象，能有效驗證國產磨床的加工能力與世界先進水平之間的差距。

本文第一種測試刀具對象選擇等分齒、等螺旋角的淬硬鋼銑刀，重點測試產品加工效率和刃口質量等方面；第二種測試刀具對象選擇不等分齒、不等螺旋角的抗振銑刀，重點測試產品尺寸精度、外觀質量和裝夾跳動等方面。

2 加工淬硬鋼銑刀能力對比測試

2.1 加工時間測試

通過比較國產磨床加工D8、D10與D12這3種型號的淬硬鋼銑刀的磨削加工時間與進口磨床加工同型號產品的加工時間可以看出，國產磨床加工淬硬鋼銑刀單支加工時間與進口磨床基本相當。加工D10淬硬鋼銑刀單支工時基本相同，但加工D8與D12兩款型號淬硬鋼銑刀時，國產磨床單支加工時間更短，磨削效率比進口磨床更高。

2.2 產品刃口質量測試

抽取國產磨床加工的D8與D12兩款型號淬硬鋼銑刀進行鋸齒檢測，測量的端齒鋸齒量與周刃鋸齒量見表1。可見，刃口鋸齒量在產品設計標準之內（刃口鋸齒的設計標準為不超過0.02 mm×0.01 mm），刃口磨削紋路細密均勻，外觀質量好，即國產磨床加工淬硬鋼銑刀滿足刃口質量要求。

表1 國產磨床加工淬硬鋼銑刀鋸齒量

3 加工抗振銑刀能力對比測試

3.1 產品參數一致性測試

國產磨床和進口磨床各加工5支D10抗振銑刀，并對每支產品的A齒和B齒各參數進行檢測，其中序號為3的產品參數檢測值見表2。檢測結果顯示，國產磨床和進口磨床加工抗振銑刀A、B齒所有參數均合格，一致性均較好，僅從檢測樣品A齒和B齒的刃徑、芯厚、前后角及跳動的一致性來看，國產磨床加工的產品質量比進口磨床略好。兩種機床加工的產品參數無明顯差異，因此國產磨床加工抗振銑刀的調整控制能力能滿足加工要求，與進口磨床的加工能力處于同一水準。

表2 國產磨床與進口磨床加工D10抗振銑刀檢測參數對比

3.2 產品外觀質量對比

將國產磨床和進口磨床加工產品的中段槽型截面、端齒全貌及周刃刃口分別進行比較，發現無明顯區別，形貌一致性較好，磨削紋路均勻細致，表面質量接近，表明國產磨床加工抗振銑刀能夠滿足外觀質量要求，且國產磨床加工的刃口鋸齒量略小，磨削質量更好。

3.3 裝夾跳動與刃徑跳動過程能力測試

過程能力指數Cp能直接反映磨床加工時保證產品質量的能力。分析國產磨床和進口磨床裝夾跳動過程能力指數Cp、刃徑跳動過程能力指數CpU，結果顯示：國產磨床裝夾跳動的Cp值為0.69，進口磨床裝夾跳動的Cp值為0.98；國產磨床刃徑跳動過程能力CpU值為0.55，進口磨床刃徑跳動過程能力CpU值為0.71。可見，國產磨床的裝夾跳動精度和加工產品的外徑跳動精度與進口磨床相比存在一定差距。

4 結語

以提高國產磨床加工精密刀具的可靠性、穩定性以及產品的磨削質量為目的，同進口磨床加工能力對比測試后發現，國產磨床加工淬硬鋼銑刀在產品加工時間和刃口質量等方面同進口磨床相當，加工能力接近進口磨床，只是裝夾跳動精度與進口磨床存在差距。國產磨床加工抗振銑刀的產品參數與外觀形貌一致性方面與進口磨床加工水平一致，但裝夾跳動與加工產品刃徑跳動過程能力偏低，與進口磨床相比仍有差距。今后國產磨床應重點改善夾持系統精度與穩定性，以提高其裝夾跳動通過率。