当五轴联动机床检测有了“中国标准”

　　1月 29 日， 由 中 国 主 持 修 订 的 ISO10791-7:2020《Test conditions for machining centres-Part7: Accuracy of finished test pieces（加工中心检验条件第 7 部分：精加工试件精度检验）》国际标准，获国际标准化组织（ISO）批准正式发布。意味着中国 04 专项成果“S 试件”五轴机床检测方法走向世界，成为全球公认的“国际标准”。

　　从 2012 年首次提出，到 2020 年正式发布；从国际专家的广泛研讨到一致认可，中国机加人经历了八年的艰辛历程。本期我们有幸邀请到了“检测及质量的圈内人”上海大学李明教授，他同时也任职于中国计量测试学会几何量专业委员会委员。听他与我们分享“S”试件背后的故事。

　　什么是“S”形试件？

　　“S”形试件最初是由中航工业成都飞机工业 ( 集团 ) 有限责任公司提出，专门用于检测五轴数控机床精度的试件。“S”形试件由一个呈 S 形状的、3~8mm 的直纹面等厚缘条和一个矩形基座组合而成，具有薄壁、曲率变化不连续以及开闭角等几何特性，能反映航空结构件的典型结构。

　　“在使用刀具加工‘S’形试件时，刀具轴向的方向和位置必须连续变换，它需要机床进行五轴联动的坐标连续换向。如果加工机床的几何精度、动态精度有问题，‘S’形试件编程精度较差，或者机床控制系统的运动控制方法不佳等，都会映射到‘S’形试件的加工质量，表现为：‘S’形试件缘条厚度不均、缘条表面空间精度无法保证、缘条表面明显折痕和波纹现象等。”李明教授介绍说。

　　常用的机床精度检测标准及试件

　　在我们开始更具体地了解“S”形试件缘何成为检测五轴机床动态加工精度的国际标准前，先来看一下市面上现存的国际标准及试件。

　　国际标准试件——ISO/TC 39 机床技术委员会于 1988 年制定了针对加工中心的国际标准草案 ISO 10791, 其中第 7 部分为精加工试件精度检验标准，用于评定机床的切削精度。ISO 10791-7 提供端铣试件和轮廓加工试件两种试件，其中端铣试件是用于检验精铣端面时所铣表面的平面度，没有定义具体的试件外形。轮廓加工试件有大小两种不同尺寸，小尺寸轮廓加工试件由圆台、菱形、方形、中心孔和 30°斜边组成，可利用坐标测量机、圆度测量仪等工具，通过测试试件中心孔圆柱度、方形平行度等指标进行机床精度检测。

　　“ISO 国际标准试件是众多检测试件中应用最广的一个标准。三轴的标准测试件可用于三轴机床精度检测，能较好地检验机床平动轴的动态精度，但是无法评价多轴机床转动轴的动态精度。”李明教授说。

　　因此，各国的技术人员纷纷提出了新的检测试件，在一定程度上弥补了该标准试件的不足，以对多轴机床的检测。在多轴机床动态精度检测方面各有特点。

　　NAS979 系列试件——美国国家航空航天局（NASA）于1969 年制定了“通用切削测试——NAS 系列金属切削装备规范”。其中的 NAS979 圆锥台试件，主要用于多轴联动机床转动轴精度检测。该试件由一个圆锥台和方形基座组成，圆锥台与水平面成 15°夹角。

　　据李明教授介绍，NAS979 圆锥台试件是目前应用最广泛的五轴数控机床动态精度检测试件，但是该试件不具备检测机床加工复杂曲面的能力，无法考量机床摆角能力以及动态加减速性能，而且也不能判断机床 RTCP（刀具旋转中心编程）功能是否符合要求。“可以说，我们的‘S’试件五轴检测方法的出现恰逢其时，虽然它目前只是被放在附录中，但随着实际应用的不断丰富，未来加入正文也是指日可待的。”

　　“S”形试件检测成为国际标准后

　　当前，在我国数控机床及加工中心的应用市场中，高档数控机床，特别是五轴联动、大型数控机床的市场份额为国外品牌所占领。机床工业的现状致使我国航空结构件数控加工装备长期以来依赖进口的国外设备，尤其是五轴加工中心等高技术关键加工装备几乎都是洋品牌的身影。

　　“‘S’试件”切削工艺技术的研究，打破了国外同行对高端机床制造企业的产品性能评价方面的垄断，同时提升了我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，是中国机床行业在国际标准化进程中的一个里程碑。”李明教授说道，“不过我希望大家在看到这件事情的时候，不要只单纯地觉得热闹新鲜，我们需要仔细研究：为什么这么制定？为什么‘S’形试件只放在附录而不放在正文中？又为什么写了很多的约束条件？了解之后我们才能更好地执行标准。”

　　李明教授呼吁制造企业接下来要认真地思考两个问题。其一，什么是标准？“我将标准称为工业之道，它是工业规律的映射，是可行的方法，是前人血泪的凝结。任何制造都需要顺其道而行。”

　　其二，标准是怎么做的？“首先是碰到问题，然后开始研究，特别是一些基础性的标准，会涉及到最根本的问题，然后，会在行业形成共识，并从行业标准上升为国家标准，再到国际标准。这意味着，你所看到的任何一个国际标准，已经是别人 15 年，甚至20年以前碰到的问题和考虑的问题。而现在许多人还看不懂，也不去学习和应用，于是在起跑线上，我们就已经开始落后，这种落后是从理念一路拉开差距。”

　　因此，以标准作为一个抓手是非常非常关键的。有了标准，才能谈质量，才会有效率。而非外界像所说的“抢占标准制高点”这么简单，是必须打好的基础，否则一切都是空谈。

　　“我一直说，目前中国制造业表现出来的种种问题，根源在于理念思路层面出了问题。中国制造，重点应该放在‘制造’上。现在我们动不动就能看到‘标准引领’这种话，其实标准不是写出来的，标准是做出来、提炼出来的，它要有可行性、可操作性和可扩展性。”

　　未来畅想……

　　从理念到实践，从思考到落地，所有的结果都并非一蹴而就，就像这次成为国际标准的“S”形试件的检测，如果不是当初的那些洞察、以及孜孜不倦的研究、失败、突破、成功，可能今天我们仍在仰望国际标准。

　　采访的最后，谈及对中国制造业未来的谏言，李明教授提出了一些建议：“我想到的第一个词就是‘变’。首先是改变理念，其次是更新知识。习近平总书记曾说，当前世界正处于百年未有之大变局。在这样的变局下，每个人都需要行动起来，不改变思维方式，路只会越走越窄。我们整天讲中国制造缺乏创新，其实这背后涉及更多的是知识更新和理念更新的问题，以及最后如何落地，在这整个过程中，缺少了哪个环节都不可能成功。”

　　第二，实践。“机械工程，不动手是不行的，我们要做的就是用好标准这个抓手，因为它是可操作的，只有靠自己积累，才会形成核心的竞争力，才会领悟。”

　　马珺