國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的工廠開(kāi)始引進(jìn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，那么，如何來(lái)評(píng)價(jià)一臺(tái)五軸機(jī)床的綜合性能是否合格呢？專(zhuān)業(yè)人士都知道，進(jìn)口機(jī)床精度驗(yàn)收的依據(jù)一般是NAS979標(biāo)準(zhǔn)。

然而，成都飛機(jī)制造廠在采購(gòu)進(jìn)口機(jī)床過(guò)程中，依據(jù)NAS979標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收機(jī)床合格，但加工某些復(fù)雜零件精度卻有問(wèn)題，給后續(xù)引進(jìn)機(jī)床的驗(yàn)收提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了驗(yàn)證機(jī)床的加工精度，就必須建立新的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。之后，成飛研究出了S型試件。

該試件很好地解決了多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在多軸聯(lián)動(dòng)，特別是在線(xiàn)性軸和旋轉(zhuǎn)軸同步運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差辨識(shí)度困難的問(wèn)題，為多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)提供了快速和直觀的方案。

01

什么是S形試件？

S形試件是由一個(gè)呈S形狀的、3～8mm的直紋面等厚緣條和一個(gè)矩形基座組合而成，其結(jié)構(gòu)組成圖如下圖所示。S試件曲面比較特殊，不是圓弧和直線(xiàn)組成的，上下兩條曲線(xiàn)也不一樣的。S形試件是在總結(jié)飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件曲面外形主要特征的基礎(chǔ)上加以抽象、簡(jiǎn)化得來(lái)。

02

S形試件加工有什么難點(diǎn)？

S形試件看似簡(jiǎn)單，只是一個(gè)S形的曲線(xiàn)，但實(shí)際上這個(gè)曲線(xiàn)卻非常巧妙地將航空零件的若干加工特征集成了起來(lái)，所有的加工特征集成在了這個(gè)S形的工件上面。

加工難點(diǎn)：

“S”試件壁薄

頻繁換向

光潔度要求高

輪廓尺寸要求高

回轉(zhuǎn)軸與直線(xiàn)軸傳動(dòng)剛度的匹配

S形試件的主體是一個(gè)呈S形走向的扭曲曲面形成的等厚度緣條，曲面形狀復(fù)雜。使用棒刀加工時(shí)，刀具軸向必須連續(xù)變換，機(jī)床必須能完美執(zhí)行五軸聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)連續(xù)換向。在加工過(guò)程中，機(jī)床進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)連續(xù)換向，因而能集中反映機(jī)床的幾何精度、定位精度、動(dòng)態(tài)特性和反向誤差等特性。

如果加工機(jī)床的幾何精度、動(dòng)態(tài)精度有問(wèn)題，S形試件編程精度較差，或者機(jī)床控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方法不佳等，都會(huì)影響到S形試件的加工質(zhì)量，出現(xiàn)S形試件緣條厚度不均、緣條表面尺寸精度無(wú)法保證、緣條表面出現(xiàn)明顯折痕和表面波紋現(xiàn)象。

目前該樣件基本已經(jīng)被國(guó)內(nèi)的航空廠商所采用，用于檢驗(yàn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工性能，特別是國(guó)外知名機(jī)床廠商也曾多次被該樣件難倒。

只要五軸機(jī)床能夠加工合格的S試件，那么該五軸機(jī)床就完全可以安全用于加工航空零件，特別是加工一些復(fù)雜型面的薄壁零件。S試件主要用于檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床動(dòng)態(tài)加工精度，它可以檢驗(yàn)整機(jī)的幾何精度、定位精度、綜合加工效率、綜合表面加工質(zhì)量、整機(jī)振動(dòng)及顫振等一系列問(wèn)題，也可以發(fā)現(xiàn)和尋找影響機(jī)床加工精度的故障原因，并可以解決機(jī)床精度喪失或降低后修復(fù)問(wèn)題等。

合格S件的驗(yàn)收要求一般包括四個(gè)方面：

1）外形輪廓尺寸要求， 公差為±0.05mm（對(duì)于鋁材料零件來(lái)講，該公差較嚴(yán)格，這里面包含了零件的變形因素）。

2）S件壁厚要求，厚度為3mm，公差要求±0.1mm。

3）曲面表面粗糙度值要求Ra3.2μm。

4）零件加工效率要求，這一點(diǎn)視機(jī)床而定，如果是主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)24 000r/min的高速機(jī)床一般要求為15min，如果主軸轉(zhuǎn)速在8 000～24 000r/min的機(jī)床一般要求為25min，主軸轉(zhuǎn)速小于8 000r/min的機(jī)床一般要求40min。

這四點(diǎn)要求，一般的五軸機(jī)床很難達(dá)到，因?yàn)檫@四點(diǎn)要求需要考核的是一個(gè)五軸數(shù)控機(jī)床的所有坐標(biāo)軸的綜合精度與綜合性能的匹配特性，而國(guó)內(nèi)對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)精度的檢測(cè)仍然存在難點(diǎn)。

03

中國(guó)“S試件”檢測(cè)方法正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

2020年1月29日，由中國(guó)主持修訂的ISO 10791-7:2020《加工中心檢驗(yàn)條件 第7部分;精加工試件精度檢驗(yàn)》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，獲國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)批準(zhǔn)正式發(fā)布，04專(zhuān)項(xiàng)成果中國(guó)“S試件”五軸機(jī)床檢測(cè)方法正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

“S試件”五軸機(jī)床檢測(cè)方法中國(guó)方案，于2012年在ISO/TC39/SC2第73次國(guó)際會(huì)議首次提出，在歐美日主導(dǎo)的機(jī)床國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域引起強(qiáng)烈反響。同年，在ISO/TC39/SC2第74次國(guó)際會(huì)議上，通過(guò)中國(guó)專(zhuān)家的積極努力，經(jīng)過(guò)一系列激烈辯論和表決，同意將中國(guó)提出的“S試件”五軸機(jī)床檢測(cè)方法納入到ISO 10791-7國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)修訂案中，并成立了由中國(guó)專(zhuān)家擔(dān)任組長(zhǎng)的ISO 10791-7國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作組。

“S試件”五軸機(jī)床檢測(cè)方法中國(guó)方案，歷經(jīng)八年艱辛歷程，從國(guó)際專(zhuān)家普遍質(zhì)疑到一致認(rèn)可，最終修成正果，正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提升了中國(guó)機(jī)床行業(yè)在該技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)話(huà)語(yǔ)權(quán)和國(guó)際影響力，是機(jī)床行業(yè)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化征程中一個(gè)重要事件。