“造不出”“用不好”的难题解决了

“S试件”五轴机床检测方法正式成为国际标准

S形机床精度检测试件。 航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司供图

看似简单

它由一个呈S形状、3毫米至8毫米的直纹面等厚缘条和一个矩形基座组合而成；所有加工特征集成在这个S形的工件上

意义重大

●它解决了“工业母机”五轴联动数控机床精度检测的国际难题

●它是中国第一项金切机床精度测评国际标准，首次打破西方发达国家对该领域国际标准的长期垄断，为我国五轴联动机床掌握话语权奠定了基础

●项目技术支撑17种型号国产五轴联动机床、5种型号国产五轴联动数控系统研制，实现在航空航天领域的大规模应用

□常庆星 四川日报全媒体记者 徐莉莎

在近日举行的2020年度国家科学技术奖励大会上，由航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司牵头的“五轴联动数控机床S形试件检测方法及加工精度提升技术”项目，荣获科学技术进步奖二等奖。

这项技术的核心，是由成飞研发的S形机床精度检测试件。它解决了“工业母机”——五轴联动数控机床精度检测的国际难题。小小S形试件，是如何研发出来的，背后又有哪些故事？近日，记者采访了成飞副总经理隋少春。

全新创新 解决“工业母机”精度检测国际难题

“我们团队不是造机床的，我们是用机床来制造飞机的。”隋少春说，“我们以前发现很多机床用于加工零件，特别是复杂飞机结构件时，其检测是合格的，加工零件却不合格——这说明检测标准有问题。”

数控机床是制造业的“母机”，是工业现代化基石，制造业所需零件、设备，都需用数控机床完成加工。五轴联动数控机床，则是基石上的“明珠”。

这是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨等加工的唯一手段。这类机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研等行业有着举足轻重的影响力。五轴联动的动态精度测评是其中关键技术难点，也是公认的世界性难题。

隋少春介绍，我国国产五轴联动数控机床不能满足加工精度要求，国产航空五轴联动机床“造不出”。同时，因为缺乏精度测评依据，零件工艺设计无法考虑机床特性，导致五轴联动机床“用不好”。因此，必须首先攻克精度测评难题，建立五轴联动加工精度测评标准试件，为机床研制和应用提供依据。

团队研究发现，飞机结构件复杂曲面有7种几何特性，而此前沿用的圆锥形试件仅能反映其中3种。他们在使用数控机床进行复杂飞机结构件研制中长期积累，在工程中不断摸索，提炼了关键科学和技术问题，创新性地提出S形标准试件。

“这不是圆锥形试件的‘延长线’，是全新的创新。”隋少春用图片展示这个小而关键的检测试件：它是由一个呈S形状、3毫米至8毫米的直纹面等厚缘条和一个矩形基座组合而成。外形看似简单，但实际上这个曲线却非常巧妙地将航空零件的若干加工特征集成起来，所有的加工特征集成在这个S形的工件上。

专业机构测试表明，某机床经圆锥形试件测评合格，但加工零件不合格，S形试件测评结果与零件实际加工结果一致。S形试件检测方法能准确测评复杂曲面五轴联动机床加工精度。“这是机床五轴联动精度测评的重大突破。”隋少春说，经S形试件测评合格的机床，均能确保新型战机结构件加工合格。

中国“龙”标准 提升我国在机床领域国际话语权

2020年1月29日，S形试件国际标准正式发布。“ISO10791-7:2020”，就是这套中国“S试件”五轴机床检测方法的代码。

这是中国第一项金切机床精度测评国际标准，首次打破西方发达国家对该领域国际标准的长期垄断，为我国五轴联动机床掌握话语权奠定基础。

“一流企业做标准。”隋少春介绍，“S试件”五轴机床检测方法中国方案，于2012年在ISO/TC39/SC2第73次国际会议首次提出。

这在机床国际标准化领域引起强烈反响。高端五轴数控机床研制，一直为制造业强国所垄断。一时间，质疑声四起：“中国连机床都做不出来，怎么提升标准呢？”在争议声中，团队不断改进，历经8年艰辛历程，从国际专家普遍质疑到一致认可，正式成为国际标准。

这提升了中国机床行业在该技术领域的国际标准话语权和国际影响力，是机床行业在国际标准化征程中一个重要事件。国际标委会专家认为，S形试件填补了复杂曲面加工精度测评国际空白。标委会主席认为，这是中国首次对机床精度检测标准做出实质性贡献，称其为中国“龙”标准。

解决难题 倒逼提升优化机床的精度

“加工个手机壳可以，但是加工飞机部件不行。”隋少春说，此前，由于缺乏精度测评依据，我国机床研制以仿制为主，对几何误差仅进行单项控制，伺服参数依赖经验调整，“造不出”满足航空制造需求的五轴联动机床。机床的可靠性达不到要求，只能在一般行业使用。

检测，倒逼带动装备水平提升。“我们通过S试件的检测来发现国产五轴联动数控机床本身问题，倒逼提升优化机床的精度。”隋少春介绍，在国家支持下，项目团队发明了基于S形试件的机床几何精度设计方法，指导五轴联动精度正向设计。用该项目技术研制的某五轴联动机床，S形试件加工精度大幅度提升，达到航空制造要求，解决了“造不出”难题。

据介绍，项目技术支撑17种型号国产五轴联动机床、5种型号国产五轴联动数控系统研制，实现在航空航天领域的大规模应用。

该项目的研发，联合了省内电子科技大学、西南交通大学、四川普什宁江机床有限公司等多家优势单位，得到了四川省科技厅、经信厅等主管部门的大力支持。“标准还在进一步研究和发展。如何降成本、增时效、更新技术，团队正瞄准这些方向，引导产业链和创新链持续往前推进。”隋少春说。

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