小小S形檢測試件，竟成為引領“工業母機”自主研製的關鍵！

常慶星 四川線上記者 徐莉莎

11月3日，2020年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂舉行。由航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司（簡稱“成飛”）牽頭的“五軸聯動數控機床S形試件檢測方法及加工精度提升技術”，喜獲科學技術進步獎二等獎。

這項技術的核心，是由成飛研發的S形機床精度檢測試件。

它解決了“工業母機”——五軸聯動數控機床精度檢測的國際難題。

它是中國第一項金切機床精度測評國際標準，首次打破西方發達國家對該領域國際標準的長期壟斷。

它指導了我國工業母機的自主研製，引領了國產五軸聯動機床的發展，實現了“要不來、買不來、討不來”關鍵技術的自主可控，提升了我國在機床領域的國際話語權。

小小S形試件，是如何做到的？四川線上記者對該專案進行了採訪。

十餘年磨一劍，解決“工業母機”精度檢測的國際難題

眾所周知，數控機床是製造業的“母機”。製造業所需要的零件、裝置，都要用數控機床完成加工。數控機床的研製，可以稱為是一國工業之基石。

而五軸聯動數控機床，則是基石上的“明珠”。

這是一種科技含量高、精密度高、專門用於加工複雜曲面的機床，是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等加工的唯一手段。這類機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療裝置等行業有著舉足輕重的影響力，歷來是製造業大國、強國的“兵家必爭之地”。

五軸聯動的動態精度測評，就是其中的關鍵技術難點。這也是公認的世界性難題。它涉及幾何學、運動學、動力學耦合問題，精度測評極其複雜。

“我們團隊不是造機床的，我們是用機床來製造飛機的”，隋少春說，“我們以前發現很多機床用於加工零件，特別是複雜飛機結構件，其檢測是合格的，但是加工零件不合格——這說檢測標準有問題。”

隋少春介紹，我國國產五軸聯動數控機床不能滿足加工精度要求，國產航空五軸聯動機床“造不出”。同時，因為缺乏精度測評依據，零件工藝設計無法考慮機床特性，導致五軸聯動機床“用不好”。因此，必須首先攻克“精度測評”難題，建立五軸聯動加工精度測評標準試件，為機床研製和應用提供依據。

團隊研究發現，飛機結構件複雜曲面有七種幾何特性，而此前沿用的圓錐形試件僅能反映其中三種。他們在使用數控機床進行復雜飛機結構件研製中長期積累，在工程中不斷摸索，提煉了關鍵科學和技術問題，創新性地提出了S形標準試件。

“這不是圓錐形試件的‘延長線’，是全新的創新。”隋少春說。他用圖片展示了這個小而關鍵的檢測試件。它是由一個呈S形狀的、3-8毫米的直紋面等厚緣條和一個矩形基座組合而成。外形看似簡單，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徵集成了起來，所有的加工特徵整合在了這個S形的工件上。

專業機構測試表明，某機床經圓錐形試件測評合格，但加工零件不合格，S 形試件測評結果與零件實際加工結果一致。 S 形試件檢測方法能準確測評複雜曲面五軸聯動機床加工精度。

“這是機床五軸聯動精度測評的重大突破。”隋少春說，經 S 形試件測評合格的機床，均能確保新型戰機結構件加工合格。

中國“龍”標準，提升我國在機床領域的國際話語權

2020年1月29日，S形試件國際標準正式釋出。 “ISO10791-7：2020”，就是這套中國“S試件”五軸機床檢測方法的程式碼。

這是中國第一項金切機床精度測評國際標準，首次打破西方發達國家對該領域國際標準的長期壟斷，為我國五軸聯動機床掌握話語權奠定了基礎。

“一流企業做標準”，隋少春說，一旦成為國際標準，全球五軸聯動數控機床的檢測都要參照這個標準來執行。

為此，團隊又付出了8年的努力。“S試件”五軸機床檢測方法中國方案，於2012年在ISO/TC39/SC2第73次國際會議首次提出。

這在機床國際標準化領域引起強烈反響。高階五軸數控機床的研製，一直為製造業強國所壟斷。一時間，質疑聲四起：“中國連機床都做不出來，怎麼提升標準呢？”

在爭議聲中，團隊不斷爭取，不斷改進，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。

這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。

國際標委會專家認為 S 形試件填補了複雜曲面加工精度測評國際空白，標委會主席認為這是中國首次對機床精度檢測標準 做出實質性貢獻，稱其為中國“龍”標準。有力提升了我國在機床領域話語權和影響力。

解決“造不出”“用不好”難題，驅動工業母機精度最佳化提升

此前，由於缺乏精度測評依據，我國機床研製以仿製為主，對幾何誤差僅進行單項控制，伺服引數依賴經驗調整，“造不出”滿足航空製造需求的五軸聯動機床。機床的可靠性達不到要求，只能在一般的行業使用，“加工個手機殼可以，但是加工飛機部件不行。”

檢測，倒逼帶動了裝備水平的提升。

“我們透過S試件的檢測，來發現國產五軸聯動數控機床本身的問題，倒推提升機床的精度。”隋少春說。

在國家的支援下，專案團隊發明了基於 S 形試件的機床幾何精度設計方法，指導了五軸聯動精度正向設計。用本專案技術研製的某五軸聯動機床，S 形試件加工精度大幅度提升，達到航空製造要求，解決了“造不出”的難題。

據介紹，專案技術支撐了17種型號國產五軸聯動機床、5種型號國產五軸聯動數控系統研製，實現了在航空航天領域的大規模應用。

該專案的研發，聯合了省內電子科技大學、西南交通大學、四川普什寧江機床有限公司等多家優勢單位，得到了四川省科技廳、經信廳等主管部門的大力支援。獲得2019年度四川省科技進步一等獎，由四川省推薦到國家參評國家科技進步獎。

隋少春透露，標準還在進一步研究和發展。如何降成本，增時效，更新技術，團隊正瞄準這些方向，引導產業鏈和創新鏈持續往前推進。

本文圖片由航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司授權使用。

【來源：四川線上】

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