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造歼20的那个厂有多严谨?"五轴机床S形试件检测方法"获国家科技进步二等奖

时间:2021-11-26 17:45:21 点击次数:
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来源:看航空
素材来源:航空工业成飞
最近,成都有个“网红”公园火了。每逢周末,要逛园子的车就堵起来了——
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这就是成都西北方向新近改造后开放的成飞公园,即成飞航空主题教育基地。
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这里不仅集中展示了歼20、歼10、“枭龙”等我国多代多款战机,还隐藏了一个新近获得国家大奖的“彩蛋”——
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“S形试件”长椅
看似只是一个光滑的长椅,但其原型“S形试件”,却是我国高端制造业制定世界检测标准的重要标志——
11月3日,2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。
由航空工业成飞牵头攻关的“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”获得国家科技进步二等奖。
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成绩背后,是一场二十余年的攻坚克难,更是意味着对世界性难题和旧标准的挑战——
全球性难题,摆在了中国人面前
20世纪90年代,为满足我国航空工业快速发展的需要,航空工业成飞开始使用五轴联动数控机床加工零件。在一切操作正常的情况下,机床却频频发生零件铣伤事故。
“当时百思不得其解,问题究竟出在哪里。我们检查了很久,都没有找到原因,”时任航空工业成飞数控加工厂厂长的汤立民回忆当时的情况,“如果这么先进的设备都没法正常使用,我们肯定是有责任的。”
经过反复测试,团队终于发现了关键所在:故障位置集中出现在空间曲面上具有开闭角转换特征的位置。原来是摆角快速旋转造成了零件铣伤——可以说,这是机床精度出现了问题。
“ 
机床是按照当时行业公认的验收标准严格验收合格的,怎么会出现铣伤问题呢?
经过深入了解,他们发现,近年来数控机床行业迅猛发展,机床加工技术不断进步,但验收标准还是20多年前制定的,已经不能满足当下高端机床检测的需要了。
20年余来,许多国家曾经尝试制定新的机床验收标准,但标准多数被机床制造强国掌握,其他国家缺少话语权,加之五轴联动数控机床的精度检测难度太大,各国的尝试均以失败告终。
制定全新的五轴数控机床精度测试和评价标准,成为当今一个世界性难题。
此刻,这道难题正摆在中国人的面前。
“不能总被人牵着鼻子走,我们自己干!” 
结合试验件的结构特征,攻关团队对零件经常出现的问题特征进行提取、归类、抽象和简化,历经反复的论证和大量的试切、修正,在众人的千呼万唤中,1999年一种实现多方面技术创新,综合变曲率、跨奇异、变扭曲特征的“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准被正式提出。
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攻关团队提出将“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准
2000年,航空工业成飞尝试使用“S形试件”对其购买的机床进行验收。但由于“‘S形试件’对机床的动态性能提出了更高、更严苛的要求。很多机床企业认为我们故意为难他们”,多次参加机床验收的郭志平回忆说。  
2007年,航空工业成飞决定购买一款五轴联动数控机床。在项目初始验收时,厂家自信满满:“没问题,我们的机床是按照国际标准严格测试过的,什么试切件都能切出来。”实际操作时,却怎么也切不出合格的“S形试件”。
这使得厂家对“S形试件”测试标准提出了巨大质疑,项目几乎停滞。但令他们万万没想到的是,航空工业成飞组织团队专赴验收现场,不仅把它切了出来,更利用“S形试件”进一步提升了机床的加工精度和效率。 
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团队成员在作S试件几何形状自身精度和机床加工精度关联分析
“S形试件”作为五轴联动数控机床验收标准,创新性提出了五轴联动加工精度“S形试件” 检测技术、基于“S形试件”的机床五轴联动精度控制技术和五轴联动加工工艺优化技术,以其精准、可靠的实用性,一次次经受住考验,逐渐被行业认可。“S形试件”初露峥嵘。
机床验证新标准得到多国认可
“S形试件”在应用中得到不断优化完善。2009年和2011年,“S形试件”先后获得国家发明专利和美国发明专利授权。
2012年5月1日早上8时,一个陌生的电话打进时任数控加工厂副厂长郭志平的办公室:“我是全国金属切削标准化委员会秘书长李祥文,现邀请你们5月17日参加第73届国际标准化会议,并用英文对‘S形试件’做一个介绍。”“S形试件”国际标准申报之路就此拉开了帷幕。 
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国际标准化组织机床技术委员会现场
5月17日,在国际标准化组织机床技术委员会第73次会议上,刚从国外访问归来的牟文平用流利的英文全面介绍了“S形试件”标准。“本来那次汇报没有进入正式的议程。我没想到,报告一结束,全场响起了热烈的掌声。特别热烈!委员会还邀请我们参加下一次会议,做正式的提案报告。”牟文平回忆起当时的情景,仍难掩激动。同年9月,在瑞典召开的第74次会议上,“S形试件”国际标准申报正式立项,进入工作组草案阶段。
这是有史以来,我国金属切削领域唯一一个获得正式立项的国际标准。这是“S形试件” 成功迈向国际标准的第一步。
在国家工信部和国家标准化管理委员会的鼎力支持下,在中国机械工业联合会、中国机床工具工业协会以及航空工业科技管理部门的指导帮助下,航空人踏上了申报国际标准的新征程。
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国内专家组现场指导S形试件国际标准的制定
此前,中国乃至亚洲在金属切削领域尚未有一项国际标准。面对毫无先例可循的申请之路,航空人一路摸索,一路前行。
12小时,用实验数据说话! 
在国际标准化组织机床技术委员会第77次会议上,“S型试件”标准申请团队遭遇了申请路上最大的“拦路虎”——
外方专家质疑:国际标准规定,数控机床检测不能在奇异值区域进行,并提出了去除奇异值区域的简化“弧形试件”标准以替代“S形试件”。
“当时我就懵了。这个问题是第一次提出来,我们没有任何准备。如果给不出合理的解释, 这对‘S形试件’标准申报来说,打击将是毁灭性的。”牟文平说。“我当时提出,请专家给我们一个晚上的时间,第二天再讨论这个问题。” 
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