搞機加的大都聽過“S試件”，知道它用來檢驗五軸聯(lián)動機床的綜合加工精度，但具體是怎么檢驗的卻不太清楚。其實S試件外形很簡單，就是一個S形的曲線。

什么是S試件

S試件曲面比較特殊，不是圓弧和直線組成的，上下兩條曲線也不一樣的。從三維圖紙看不出這些特點的，除非看二維圖

看似簡單，只是一個S形的曲線，但實際上這個曲線卻非常巧妙地將航空零件的若干加工特征集成了起來，所有的加工特征集成在了這個S形的工件上面。目前該樣件基本已經被國內的航空廠商所采用，用于檢驗五軸聯(lián)動機床的加工性能，特別是國外知名機床廠商也曾多次被該樣件難倒。

只要五軸機床能夠加工合格的S試件，那么該五軸機床就完全可以安全用于加工航空零件，特別是加工一些復雜型面的薄壁零件?！癝試件”主要用于檢測五軸聯(lián)動機床動態(tài)加工精度，它可以檢驗整機的幾何精度、定位精度、綜合加工效率、綜合表面加工質量、整機振動及顫振等一系列問題，也可以發(fā)現(xiàn)和尋找影響機床加工精度的故障原因，并可以解決機床精度喪失或降低后修復問題等。

加工S試件的關鍵

合格S 件的驗收要求一般包括四個方面：

① 外形輪廓尺寸要求， 公差為±0.05mm（對于鋁材料零件來講，該公差較嚴格，這里面包含了零件的變形因素）。

②S件壁厚要求，厚度為3mm，公差要求±0.1mm。

③曲面表面粗糙度值要求，為Ra＝3.2μm。

④零件加工效率要求，這一點視機床而定，如果是主軸轉速超過24 000r/min的高速機床一般要求為15min，如果主軸轉速在8 000～24 000r/min的機床一般要求為25min，主軸轉速小于8 000r/min的機床一般要求40min。

這四點要求，一般的五軸機床很難達到，因為這四點要求需要考核的是一個五軸數(shù)控機床的所有坐標軸的綜合精度與綜合性能的匹配特性，而國內對于五軸聯(lián)動精度的檢測仍然存在難點。

其實，一個合格的S件需要通過兩個范疇的關鍵的內容：首先是如何加工出合格的S試件，其次是如何檢驗出合格的S試件。

對于S件的加工，需要對零件的材料、工藝、刀具進行正確的選擇。按照傳統(tǒng)的工藝方法，由一塊毛坯經過粗銑、半精、精銑加工完成。其中精銑主要體現(xiàn)加工性能的關鍵環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)零件最終被加工為壁厚為3mm、高度為40mm的薄壁型S件。而一般的材料很難加工出這種特征。這種零件一般是由航空鋁合金材料加工而成。這種材料必須是已經消除內應力的預拉伸板材，這一點非常關鍵。普通的鋁材很容易造成熱變形、刀具排屑困難、表面質量差等問題。因此，專用的材料成為加工出合格S試件的首要條件。

工藝規(guī)劃

具備了良好的材料和工具的條件下，需要對零件的工藝程序進行準確的規(guī)劃，因為這種程序軌跡的規(guī)劃影響到加工效率、表面粗糙度和輪廓尺寸精度。特別是這種薄壁零件，在進行最后3mm的加工時很容易引起顫振，一旦發(fā)生振動，那么整個零件的加工將會徹底失敗。因此在進行最終的精加工時，盡量采用多余量精加工的方式，例如精加工余量3mm。

在進行軌跡規(guī)劃的時候，由于S件是一個空間的曲面，那么輪廓尺寸也就是由空間曲面上的點構成，從加工的角度需要對三維模型進行分析。這個模型在曲面構成上，接近于直紋面，這種直紋面的加工結合航空零件的加工工藝，會采用端面立銑刀的側刃進行加工，那么這個銑刀的側刃必須時刻保持與曲面的相切。這種相切的狀態(tài)，會時刻讓刀具的軸線發(fā)生擺動，這種擺動角度以及插補點精度的高低就影響到了實際的加工零件與理論模型的一致性，也就影響了零件加工最終的精度。

艱辛歷程及意義

2000年，“S試件”日趨成熟，在大批量高性能數(shù)控機床采購中，正式向國外機床廠家推出，并成為機床驗收標準條款。（此時僅僅是一項國家標準）

2012年轉機出現(xiàn)，ISO/TC39/SC2第73次會議于2012年5月在杭州召開。鑒于“S試件”的優(yōu)越性，標委會決定在本次會議上以中國的名義將“S試件”作為國際標準提案提出。

2012年9月，國際標準化組織金屬切削機床測試條件技術委員會第74次會議在瑞典召開。會上正式通過了“S試件”的立項工作。

在美國召開的第75次會議上，“S試件”提案在本次會議上遇到了較多問題，預期在本次會議通過的工作組草案未能通過。

第76次會議于2013年10月在英國召開。由于德國提出了不同的“S試件”方案，并且與中國方面無法達成一致，會議初步決定由中方和德方就兩種方案的優(yōu)缺點進行對比分析，在第77次會議上進行討論。

2014年5月，第77次會議在意大利如期而至。最終會議決定將針對“S試件”作一個問卷調查請成員國作答，并將調查結果在2015年的春季會議上進行討論，“S試件”標準制定的周期被迫延長。

2015年5月第78次國際標準化工作會議在成都召開。為使得外國專家對“S試件”測試方法有更深入的理解，成飛組織了現(xiàn)場參觀，邀請各國代表參觀了成飛數(shù)控加工廠，并實地觀看“S試件”在三種不同類型的機床加工進行加工的情況以及加工完成的中國版“S試件”與德國版“S試件”的實物對比。最終中方代表在奇異點、波紋度測量方面做出了妥協(xié)，各國代表對“S試件”的測試方法基本達成了共識，同意進入CD（委員會草案）階段。

第79次會議于2016年5在德國召開，會議決定“S試件”提案由CD（委員會草案）階段晉升為DIS（國際標準草案）階段。

近日，成飛“五軸聯(lián)動加工精度‘S’形試件技術與應用”項目獲評“中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎”。

“S”試件是五軸聯(lián)動數(shù)控機床驗收的依據(jù)，對機床動態(tài)性能要求很高，可真實反映機床的加精度，對于提升國內五軸機床性能以及對于航空和發(fā)電裝備零件的加工意義非常重大。2000年以來，“S”試件被納入進口機床采購技術協(xié)議，在精度驗收工作中發(fā)揮了巨大作用，有效避免了大量經濟損失。目前，“S”試件已進入國際標準最終草案階段。