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國內越來越多的工廠開始引進五軸聯動數控機床，那么，如何來評價一臺五軸機床的綜合性能是否合格呢？專業人士都知道，進口機床精度驗收的依據一般是NAS979標準。

然而，成都飛機制造廠在采購進口機床過程中，依據NAS979標準驗收機床合格，但加工某些復雜零件精度卻有問題，給后續引進機床的驗收提出嚴峻挑戰。為了驗證機床的加工精度，就必須建立新的檢測標準。之后，成飛研究出了S型試件。

 

該試件很好地解決了多軸聯動數控機床在多軸聯動，特別是在線性軸和旋轉軸同步運動過程中，運動學誤差辨識度困難的問題，為多軸聯動數控機床的動態性能檢測提供了快速和直觀的方案。

 

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什么是S形試件？

 

S形試件是由一個呈S形狀的、3～8mm的直紋面等厚緣條和一個矩形基座組合而成，其結構組成圖如下圖所示。S試件曲面比較特殊，不是圓弧和直線組成的，上下兩條曲線也不一樣的。S形試件是在總結飛機結構零件曲面外形主要特征的基礎上加以抽象、簡化得來。

 

02

 

S形試件加工有什么難點？

 

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

 

加工難點：

 

“S”試件壁薄

 

頻繁換向

 

光潔度要求高

 

輪廓尺寸要求高

 

回轉軸與直線軸傳動剛度的匹配

 

S形試件的主體是一個呈S形走向的扭曲曲面形成的等厚度緣條，曲面形狀復雜。使用棒刀加工時，刀具軸向必須連續變換，機床必須能完美執行五軸聯動的坐標連續換向。在加工過程中，機床進行五軸聯動的坐標連續換向，因而能集中反映機床的幾何精度、定位精度、動態特性和反向誤差等特性。

 

如果加工機床的幾何精度、動態精度有問題，S形試件編程精度較差，或者機床控制系統的運動控制方法不佳等，都會影響到S形試件的加工質量，出現S形試件緣條厚度不均、緣條表面尺寸精度無法保證、緣條表面出現明顯折痕和表面波紋現象。

 

目前該樣件基本已經被國內的航空廠商所采用，用于檢驗五軸聯動機床的加工性能，特別是國外知名機床廠商也曾多次被該樣件難倒。

 

只要五軸機床能夠加工合格的S試件，那么該五軸機床就完全可以安全用于加工航空零件，特別是加工一些復雜型面的薄壁零件。S試件主要用于檢測五軸聯動機床動態加工精度，它可以檢驗整機的幾何精度、定位精度、綜合加工效率、綜合表面加工質量、整機振動及顫振等一系列問題，也可以發現和尋找影響機床加工精度的故障原因，并可以解決機床精度喪失或降低后修復問題等。

 

合格S件的驗收要求一般包括四個方面：

 

1）外形輪廓尺寸要求， 公差為±0.05mm（對于鋁材料零件來講，該公差較嚴格，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，這一點視機床而定，如果是主軸轉速超過24 000r/min的高速機床一般要求為15min，如果主軸轉速在8 000～24 000r/min的機床一般要求為25min，主軸轉速小于8 000r/min的機床一般要求40min。

 

這四點要求，一般的五軸機床很難達到，因為這四點要求需要考核的是一個五軸數控機床的所有坐標軸的綜合精度與綜合性能的匹配特性，而國內對于五軸聯動精度的檢測仍然存在難點。

 

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中國“S試件”檢測方法正式成為國際標準

 

2020年1月29日，由中國主持修訂的ISO 10791-7:2020《加工中心檢驗條件 第7部分;精加工試件精度檢驗》國際標準，獲國際標準化組織(ISO)批準正式發布，04專項成果中國“S試件”五軸機床檢測方法正式成為國際標準。

 

“S試件”五軸機床檢測方法中國方案，于2012年在ISO/TC39/SC2第73次國際會議首次提出，在歐美日主導的機床國際標準化領域引起強烈反響。同年，在ISO/TC39/SC2第74次國際會議上，通過中國專家的積極努力，經過一系列激烈辯論和表決，同意將中國提出的“S試件”五軸機床檢測方法納入到ISO 10791-7國際標準修訂案中，并成立了由中國專家擔任組長的ISO 10791-7國際標準工作組。

 

“S試件”五軸機床檢測方法中國方案，歷經八年艱辛歷程，從國際專家普遍質疑到一致認可，最終修成正果，正式成為國際標準，提升了中國機床行業在該技術領域的國際標準話語權和國際影響力，是機床行業在國際標準化征程中一個重要事件。