陸質(zhì)安 周里群 倪曉龍 曾 滔

（1.湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)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(yè)的飛速發(fā)展[1]，人們對刀具提出了高精、高效、高可靠的新要求。當(dāng)前，國內(nèi)刀具技術(shù)無法完全滿足現(xiàn)代制造業(yè)對提高效率和降低成本的強(qiáng)烈需求。刀具產(chǎn)品可靠性和精度保持性差等問題，嚴(yán)重制約著我國高檔數(shù)控機(jī)床的國產(chǎn)化進(jìn)程。五軸工具磨床是能夠制造高精度、高性能的復(fù)雜自由表面刀具的關(guān)鍵裝備[2]。

目前，國內(nèi)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(jī)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)也一直被限制或封鎖。為縮小與國外先進(jìn)水平的差距，打破對國外高端五軸工具磨床的嚴(yán)重依賴，必須加快我國五軸高檔數(shù)控磨床的技術(shù)研究與產(chǎn)品研制。

臺(tái)州北平機(jī)床[3]研發(fā)的BPX5D五軸數(shù)控工具磨床具有高精度、高剛性、五軸聯(lián)動(dòng)和高效率等特點(diǎn)，主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。肖通[4]創(chuàng)造性地提出基于數(shù)字孿生的五軸磨床運(yùn)行過程可視化監(jiān)控方法，解決了數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控過程中存在的虛實(shí)交互能力差、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)單一及異常處理滯后等問題，可實(shí)現(xiàn)加工指令與數(shù)控程序驗(yàn)證、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控與異常處理等功能。張?zhí)諿5]分析了五軸工具磨床的結(jié)構(gòu)類型并建立其通用運(yùn)動(dòng)模型，運(yùn)用機(jī)床運(yùn)動(dòng)創(chuàng)成函數(shù)實(shí)現(xiàn)了砂輪的位置到機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)量的轉(zhuǎn)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(shù)控系統(tǒng)開發(fā)和國產(chǎn)化方面取得了階段性成就，擁有高檔數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件的制造能力，其中部分國產(chǎn)五軸工具磨床性能參數(shù)已接近國際主流品牌同類型機(jī)床。本文開展國產(chǎn)和進(jìn)口磨床加工能力對比測試，對推動(dòng)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)我國刀具行業(yè)在國產(chǎn)數(shù)控五軸工具磨床產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展及強(qiáng)化國產(chǎn)工具磨床的進(jìn)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(shí)間、刃口質(zhì)量、外觀形貌及裝夾跳動(dòng)等方面表現(xiàn)進(jìn)行間接測試。選擇進(jìn)口磨床為對比對象，能有效驗(yàn)證國產(chǎn)磨床的加工能力與世界先進(jìn)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(diǎn)測試產(chǎn)品加工效率和刃口質(zhì)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(diǎn)測試產(chǎn)品尺寸精度、外觀質(zhì)量和裝夾跳動(dòng)等方面。

2 加工淬硬鋼銑刀能力對比測試

2.1 加工時(shí)間測試

通過比較國產(chǎn)磨床加工D8、D10與D12這3種型號(hào)的淬硬鋼銑刀的磨削加工時(shí)間與進(jìn)口磨床加工同型號(hào)產(chǎn)品的加工時(shí)間可以看出，國產(chǎn)磨床加工淬硬鋼銑刀單支加工時(shí)間與進(jìn)口磨床基本相當(dāng)。加工D10淬硬鋼銑刀單支工時(shí)基本相同，但加工D8與D12兩款型號(hào)淬硬鋼銑刀時(shí)，國產(chǎn)磨床單支加工時(shí)間更短，磨削效率比進(jìn)口磨床更高。

2.2 產(chǎn)品刃口質(zhì)量測試

抽取國產(chǎn)磨床加工的D8與D12兩款型號(hào)淬硬鋼銑刀進(jìn)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(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)（刃口鋸齒的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為不超過0.02 mm×0.01 mm），刃口磨削紋路細(xì)密均勻，外觀質(zhì)量好，即國產(chǎn)磨床加工淬硬鋼銑刀滿足刃口質(zhì)量要求。

表1 國產(chǎn)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(chǎn)品參數(shù)一致性測試

國產(chǎn)磨床和進(jìn)口磨床各加工5支D10抗振銑刀，并對每支產(chǎn)品的A齒和B齒各參數(shù)進(jìn)行檢測，其中序號(hào)為3的產(chǎn)品參數(shù)檢測值見表2。檢測結(jié)果顯示，國產(chǎn)磨床和進(jìn)口磨床加工抗振銑刀A、B齒所有參數(shù)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(dòng)的一致性來看，國產(chǎn)磨床加工的產(chǎn)品質(zhì)量比進(jìn)口磨床略好。兩種機(jī)床加工的產(chǎn)品參數(shù)無明顯差異，因此國產(chǎn)磨床加工抗振銑刀的調(diào)整控制能力能滿足加工要求，與進(jìn)口磨床的加工能力處于同一水準(zhǔn)。

表2 國產(chǎn)磨床與進(jìn)口磨床加工D10抗振銑刀檢測參數(shù)對比

3.2 產(chǎn)品外觀質(zhì)量對比

將國產(chǎn)磨床和進(jìn)口磨床加工產(chǎn)品的中段槽型截面、端齒全貌及周刃刃口分別進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)無明顯區(qū)別，形貌一致性較好，磨削紋路均勻細(xì)致，表面質(zhì)量接近，表明國產(chǎn)磨床加工抗振銑刀能夠滿足外觀質(zhì)量要求，且國產(chǎn)磨床加工的刃口鋸齒量略小，磨削質(zhì)量更好。

3.3 裝夾跳動(dòng)與刃徑跳動(dòng)過程能力測試

過程能力指數(shù)Cp能直接反映磨床加工時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量的能力。分析國產(chǎn)磨床和進(jìn)口磨床裝夾跳動(dòng)過程能力指數(shù)Cp、刃徑跳動(dòng)過程能力指數(shù)CpU，結(jié)果顯示：國產(chǎn)磨床裝夾跳動(dòng)的Cp值為0.69，進(jìn)口磨床裝夾跳動(dòng)的Cp值為0.98；國產(chǎn)磨床刃徑跳動(dòng)過程能力CpU值為0.55，進(jìn)口磨床刃徑跳動(dòng)過程能力CpU值為0.71?？梢姡瑖a(chǎn)磨床的裝夾跳動(dòng)精度和加工產(chǎn)品的外徑跳動(dòng)精度與進(jìn)口磨床相比存在一定差距。

4 結(jié)語

以提高國產(chǎn)磨床加工精密刀具的可靠性、穩(wěn)定性以及產(chǎn)品的磨削質(zhì)量為目的，同進(jìn)口磨床加工能力對比測試后發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)磨床加工淬硬鋼銑刀在產(chǎn)品加工時(shí)間和刃口質(zhì)量等方面同進(jìn)口磨床相當(dāng)，加工能力接近進(jìn)口磨床，只是裝夾跳動(dòng)精度與進(jìn)口磨床存在差距。國產(chǎn)磨床加工抗振銑刀的產(chǎn)品參數(shù)與外觀形貌一致性方面與進(jìn)口磨床加工水平一致，但裝夾跳動(dòng)與加工產(chǎn)品刃徑跳動(dòng)過程能力偏低，與進(jìn)口磨床相比仍有差距。今后國產(chǎn)磨床應(yīng)重點(diǎn)改善夾持系統(tǒng)精度與穩(wěn)定性，以提高其裝夾跳動(dòng)通過率。