走个S曲线就能判断机床好不好？S试件到底是什么

搞机加的大都听过“S试件”，知道它用来检验五轴联动机床的综合加工精度，但具体是怎么检验的却不太清楚。其实S试件外形很简单，就是一个S形的曲线。喏，就是它什么是S试件不过S试件曲面比较特殊，不是圆弧和直线组成的，上下两条曲线也不一样的。从三维图纸看不出这些特点的，除非看二维图：看似简单，只是一个S形的曲线，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了起来，所有的加工特征集成在了这个S形的工件上面。目前该样件基本已经被国内的航空厂商所采用，用于检验五轴联动机床的加工性能，特别是国外知名机床厂商也曾多次被该样件难倒。只要五轴机床能够加工合格的S试件，那么该五轴机床就完全可以安全用于加工航空零件，特别是加工一些复杂型面的薄壁零件。“S试件”主要用于检测五轴联动机床动态加工精度，它可以检验整机的几何精度、定位精度、综合加工效率、综合表面加工质量、整机振动及颤振等一系列问题，也可以发现和寻找影响机床加工精度的故障原因，并可以解决机床精度丧失或降低后修复问题等。加工S试件的关键合格S件的验收要求一般包括四个方面：①外形轮廓尺寸要求，公差为±0.05mm（对于铝材料零件来讲，该公差较严格，这里面包含了零件的变形因素）。②S件壁厚要求，厚度为3mm，公差要求±0.1mm。③曲面表面粗糙度值要求，为Ra＝3.2μm。④零件加工效率要求，这一点视机床而定，如果是主轴转速超过24000r/min的高速机床一般要求为15min，如果主轴转速在8000～24000r/min的机床一般要求为25min，主轴转速小于8000r/min的机床一般要求40min。这四点要求，一般的五轴机床很难达到，因为这四点要求需要考核的是一个五轴数控机床的所有坐标轴的综合精度与综合性能的匹配特性，而国内对于五轴联动精度的检测仍然存在难点。加工后的S件网友@笑笑：检验方式是选取75个点，三坐标测量仪检验，要求误差在正负5道之内，超差点不能多于5个。军品用机床标准还是坚持的很严格，民品就差多了，据我所知，大部分民用买国内机床（包括系统）切S件都是为了装13用，切一个光溜的摆在大堂，逼格立马提升。其实，一个合格的S件需要通过两个范畴的关键的内容：首先是如何加工出合格的S试件，其次是如何检验出合格的S试件。对于S件的加工，需要对零件的材料、工艺、刀具进行正确的选择。按照传统的工艺方法，由一块毛坯经过粗铣、半精、精铣加工完成。其中精铣主要体现加工性能的关键环节，在这个环节零件最终被加工为壁厚为3mm、高度为40mm的薄壁型S件。而一般的材料很难加工出这种特征。这种零件一般是由航空铝合金材料加工而成。这种材料必须是已经消除内应力的预拉伸板材，这一点非常关键。普通的铝材很容易造成热变形、刀具排屑困难、表面质量差等问题。因此，专用的材料成为加工出合格S试件的首要条件。航空铝材加工表面（光亮）普通铝材加工表面（粗糙）工艺规划具备了良好的材料和工具的条件下，需要对零件的工艺程序进行准确的规划，因为这种程序轨迹的规划影响到加工效率、表面粗糙度和轮廓尺寸精度。特别是这种薄壁零件，在进行最后3mm的加工时很容易引起颤振，一旦发生振动，那么整个零件的加工将会彻底失败。因此在进行最终的精加工时，尽量采用多余量精加工的方式，例如精加工余量3mm。程序轨迹在进行轨迹规划的时候，由于S件是一个空间的曲面，那么轮廓尺寸也就是由空间曲面上的点构成，从加工的角度需要对三维模型进行分析。这个模型在曲面构成上，接近于直纹面，这种直纹面的加工结合航空零件的加工工艺，会采用端面立铣刀的侧刃进行加工，那么这个铣刀的侧刃必须时刻保持与曲面的相切。这种相切的状态，会时刻让刀具的轴线发生摆动，这种摆动角度以及插补点精度的高低就影响到了实际的加工零件与理论模型的一致性，也就影响了零件加工最终的精度。我们来看一段S试件的加工演示吧。艰辛历程及意义2000年，“S试件”日趋成熟，在大批量高性能数控机床采购中，正式向国外机床厂家推出，并成为机床验收标准条款。（此时仅仅是一项国家标准）2012年转机出现，ISO/TC39/SC2第73次会议于2012年5月在杭州召开。鉴于“S试件”的优越性，标委会决定在本次会议上以中国的名义将“S试件”作为国际标准提案提出。2012年9月，国际标准化组织金属切削机床测试条件技术委员会第74次会议在瑞典召开。会上正式通过了“S试件”的立项工作。在美国召开的第75次会议上，“S试件”提案在本次会议上遇到了较多问题，预期在本次会议通过的工作组草案未能通过。第76次会议于2013年10月在英国召开。由于德国提出了不同的“S试件”方案，并且与中国方面无法达成一致，会议初步决定由中方和德方就两种方案的优缺点进行对比分析，在第77次会议上进行讨论。2014年5月，第77次会议在意大利如期而至。最终会议决定将针对“S试件”作一个问卷调查请成员国作答，并将调查结果在2015年的春季会议上进行讨论，“S试件”标准制定的周期被迫延长。2015年5月第78次国际标准化工作会议在成都召开。为使得外国专家对“S试件”测试方法有更深入的理解，成飞组织了现场参观，邀请各国代表参观了成飞数控加工厂，并实地观看“S试件”在三种不同类型的机床加工进行加工的情况以及加工完成的中国版“S试件”与德国版“S试件”的实物对比。最终中方代表在奇异点、波纹度测量方面做出了妥协，各国代表对“S试件”的测试方法基本达成了共识，同意进入CD（委员会草案）阶段。第79次会议于2016年5在德国召开，会议决定“S试件”提案由CD（委员会草案）阶段晋升为DIS（国际标准草案）阶段。近日，成飞“五轴联动加工精度‘S’形试件技术与应用”项目获评“中国机械工业科学技术奖一等奖”。“S”试件是五轴联动数控机床验收的依据，对机床动态性能要求很