国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试

陆质安 周里群 倪晓龙 曾 滔

（1.湘潭大学 机械工程学院，湘潭 411105；2.株洲钻石切削刀具股份有限公司，株洲 412000）

随着航空航天、模具、汽车以及电子信息等行业的飞速发展[1]，人们对刀具提出了高精、高效、高可靠的新要求。当前，国内刀具技术无法完全满足现代制造业对提高效率和降低成本的强烈需求。刀具产品可靠性和精度保持性差等问题，严重制约着我国高档数控机床的国产化进程。五轴工具磨床是能够制造高精度、高性能的复杂自由表面刀具的关键装备[2]。

目前，国内使用的高端五轴工具磨床基本被国外的昂科、瓦尔特及罗曼蒂克等厂商垄断，机床数控系统技术也一直被限制或封锁。为缩小与国外先进水平的差距，打破对国外高端五轴工具磨床的严重依赖，必须加快我国五轴高档数控磨床的技术研究与产品研制。

台州北平机床[3]研发的BPX5D五轴数控工具磨床具有高精度、高刚性、五轴联动和高效率等特点，主要技术指标已达到国内领先、国际先进水平。肖通[4]创造性地提出基于数字孪生的五轴磨床运行过程可视化监控方法，解决了数控机床状态监控过程中存在的虚实交互能力差、数据呈现单一及异常处理滞后等问题，可实现加工指令与数控程序验证、实时状态监控与异常处理等功能。张太林[5]分析了五轴工具磨床的结构类型并建立其通用运动模型，运用机床运动创成函数实现了砂轮的位置到机床各轴的运动量的转换，得出具有较高通用性的五轴工具磨床通用后置处理方法。

在国家大力支持下，目前五轴工具磨床在数控系统开发和国产化方面取得了阶段性成就，拥有高档数控系统和关键功能部件的制造能力，其中部分国产五轴工具磨床性能参数已接近国际主流品牌同类型机床。本文开展国产和进口磨床加工能力对比测试，对推动国产数控系统的产业化，实现我国刀具行业在国产数控五轴工具磨床产业的跨越式发展及强化国产工具磨床的进口替代能力具有重要意义。

1 五轴工具磨床加工能力测试对象

五轴工具磨床加工能力可以通过批量加工刀具的加工时间、刃口质量、外观形貌及装夹跳动等方面表现进行间接测试。选择进口磨床为对比对象，能有效验证国产磨床的加工能力与世界先进水平之间的差距。

本文第一种测试刀具对象选择等分齿、等螺旋角的淬硬钢铣刀，重点测试产品加工效率和刃口质量等方面；第二种测试刀具对象选择不等分齿、不等螺旋角的抗振铣刀，重点测试产品尺寸精度、外观质量和装夹跳动等方面。

2 加工淬硬钢铣刀能力对比测试

2.1 加工时间测试

通过比较国产磨床加工D8、D10与D12这3种型号的淬硬钢铣刀的磨削加工时间与进口磨床加工同型号产品的加工时间可以看出，国产磨床加工淬硬钢铣刀单支加工时间与进口磨床基本相当。加工D10淬硬钢铣刀单支工时基本相同，但加工D8与D12两款型号淬硬钢铣刀时，国产磨床单支加工时间更短，磨削效率比进口磨床更高。

2.2 产品刃口质量测试

抽取国产磨床加工的D8与D12两款型号淬硬钢铣刀进行锯齿检测，测量的端齿锯齿量与周刃锯齿量见表1。可见，刃口锯齿量在产品设计标准之内（刃口锯齿的设计标准为不超过0.02 mm×0.01 mm），刃口磨削纹路细密均匀，外观质量好，即国产磨床加工淬硬钢铣刀满足刃口质量要求。

表1 国产磨床加工淬硬钢铣刀锯齿量

3 加工抗振铣刀能力对比测试

3.1 产品参数一致性测试

国产磨床和进口磨床各加工5支D10抗振铣刀，并对每支产品的A齿和B齿各参数进行检测，其中序号为3的产品参数检测值见表2。检测结果显示，国产磨床和进口磨床加工抗振铣刀A、B齿所有参数均合格，一致性均较好，仅从检测样品A齿和B齿的刃径、芯厚、前后角及跳动的一致性来看，国产磨床加工的产品质量比进口磨床略好。两种机床加工的产品参数无明显差异，因此国产磨床加工抗振铣刀的调整控制能力能满足加工要求，与进口磨床的加工能力处于同一水准。

表2 国产磨床与进口磨床加工D10抗振铣刀检测参数对比

3.2 产品外观质量对比

将国产磨床和进口磨床加工产品的中段槽型截面、端齿全貌及周刃刃口分别进行比较，发现无明显区别，形貌一致性较好，磨削纹路均匀细致，表面质量接近，表明国产磨床加工抗振铣刀能够满足外观质量要求，且国产磨床加工的刃口锯齿量略小，磨削质量更好。

3.3 装夹跳动与刃径跳动过程能力测试

过程能力指数Cp能直接反映磨床加工时保证产品质量的能力。分析国产磨床和进口磨床装夹跳动过程能力指数Cp、刃径跳动过程能力指数CpU，结果显示：国产磨床装夹跳动的Cp值为0.69，进口磨床装夹跳动的Cp值为0.98；国产磨床刃径跳动过程能力CpU值为0.55，进口磨床刃径跳动过程能力CpU值为0.71。可见，国产磨床的装夹跳动精度和加工产品的外径跳动精度与进口磨床相比存在一定差距。

4 结语

以提高国产磨床加工精密刀具的可靠性、稳定性以及产品的磨削质量为目的，同进口磨床加工能力对比测试后发现，国产磨床加工淬硬钢铣刀在产品加工时间和刃口质量等方面同进口磨床相当，加工能力接近进口磨床，只是装夹跳动精度与进口磨床存在差距。国产磨床加工抗振铣刀的产品参数与外观形貌一致性方面与进口磨床加工水平一致，但装夹跳动与加工产品刃径跳动过程能力偏低，与进口磨床相比仍有差距。今后国产磨床应重点改善夹持系统精度与稳定性，以提高其装夹跳动通过率。