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五轴联动数控机床加工精度技术检测的世界标准

飞机零件的制造需求催生了数控加工技术,并且一直引领着数控加工技术的发展,高精度的五轴联动数控机床则是航空制造领域不可或缺的高技术制造装备。五轴联动数控机床精度的检测难度极大,仅静态的几何误差部分就多达33项。美国航空航天局于1969年发布了NAS 979标准,这也是此前唯一被行业公认的试件标准。然而大量的实践表明,该试件主要对机床的几何精度敏感,而对动态精度不敏感。近二十年来,国外许多研究者也试图建立新的标准,但最终都没能得到行业认可。因此,五轴机床的精度检测和评价是公认的世界性难题。

成飞公司从上世纪90年代开始大量引进五轴联动数控机床,精度验收的依据也是NAS 979标准。然而,通过了NAS 979标准验收的设备在零件加工中出现了大量的质量问题,这给后续引进机床的精度验收提出了严峻挑战。要解决这个问题,就必须建立新的检测标准,S形试件应运而生。S形试件是在总结飞机结构零件曲面外形的主要特征的基础上加以抽象、简化得来的。机床在加工S形试件过程中,三个线性轴沿S形曲线运动的同时,两个旋转轴需要做同步运动来不断调整刀轴姿态以保证曲面精度,对机床的动态性能要求很高,可以真实地反映机床的加工精度。自2000年以来,S形试件被列入进口机床采购的技术协议中,在精度验收中发挥了巨大作用,成功地发现了许多引进设备的精度问题,有效避免了大量经济损失。

为了保护S形试件的发明权,成飞公司提交了国家发明专利以及美国发明专利的申请,并于2009年、2011年分别获得国家发明专利授权和美国专利授权。同时,为了规范S形试件的应用,公司于2008年制定了企业标准《五轴联动数控铣床加工精度测试规范》(Q/3A 11F1-2008),广泛应用于新机床的精度验收与故障机床维修后的精度调试、优化。S形试件及其检测标准还被“高档数控机床与基础制造装备”重大专项办公室列为专项研发的五轴联动机床的精度验收标准。

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