吳 悅，王 應(yīng)，吳 強(qiáng)

（蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

電火花線切割加工技術(shù)歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā) 展，已成為特種加工和先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要組成部分，尤其是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著材料科學(xué)、航空航天、信息技術(shù)、智能制造產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展，電火花線切割加工技術(shù)也朝著更高水平、更深層次發(fā)展。單向走絲電火花線切割機(jī)床具有加工精度高、表面質(zhì)量好、可加工復(fù)雜型面等優(yōu)勢，能對(duì)硬質(zhì)合金、鈦合金等難切削導(dǎo)電材料的零件進(jìn)行三維復(fù)雜直紋輪廓面的切割加工，一些應(yīng)用甚至能達(dá)到“以割代磨”的效果[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年電火花線切割機(jī)床的銷售量接近各類電火花加工機(jī)床總銷售量的七成，其中單向走絲型和往復(fù)走絲型的線切割機(jī)床銷售量同比增長分別為40.5%和27.9%[2-3]，一定程度上表明用戶對(duì)高端產(chǎn)品的需求在增大，市場也將迎來基礎(chǔ)需求飽和前提下的需求升級(jí)。

我國于2003年首次制定并發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19361—2003《電火花線切割機(jī)（單向走絲型） 精度檢驗(yàn)》，等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14137：2000。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)單向走絲電火花線切割機(jī)床和技術(shù)水平尚處于初級(jí)階段，有自主研發(fā)實(shí)力的企業(yè)寥寥無幾，機(jī)床的制造水平和質(zhì)量性能與國外差距較大，2003年版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于國內(nèi)企業(yè)消化吸收新技術(shù)、自主研發(fā)新產(chǎn)品起到了引領(lǐng)性的促進(jìn)作用。隨著新版國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14137：2015的發(fā)布和國內(nèi)單向走絲電火花線切割技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全國特種加工機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織相關(guān)單位提出了等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)、同步修訂國家標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目建議。

新版GB/T 19361—2021《電火花線切割機(jī)床（單向走絲型） 精度檢驗(yàn)》（以下簡稱“新版標(biāo)準(zhǔn)”）于2021年10月11日由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式發(fā)布，2022年5月1日起實(shí)施，這對(duì)于我國單向走絲電火花線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、采購、檢測、使用、維護(hù)等全生命周期管理起到了標(biāo)準(zhǔn)化支撐作用，有利于我國自主研發(fā)的單向走絲電火花線切割機(jī)床在一致性、穩(wěn)定性、可靠性、安全性等方面邁向中高端。本文詳細(xì)解讀了新版標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容，通過與GB/T 19361—2003的對(duì)比，分析標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)差異，為各方更好地理解和使用標(biāo)準(zhǔn)提供了指引。

1 新版標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容

1.1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和框架

新版標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草原則》的規(guī)定進(jìn)行起草，相比ISO 14137：2015做了一些編輯性修改以適合我國實(shí)際情況，便于我國科技人員理解和使用，標(biāo)準(zhǔn)正文的主體框架見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)正文主體框架

1.2 標(biāo)準(zhǔn)范圍和適用性

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一般用途、常規(guī)精度的單向走絲電火花線切割機(jī)床的幾何精度檢驗(yàn)、數(shù)控軸定位精度和重復(fù)定位精度檢驗(yàn)、加工檢驗(yàn)、圓檢驗(yàn)，以及與上述檢驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的允差值。

新版標(biāo)準(zhǔn)適用于十字滑臺(tái)型和雙立柱型的單向走絲電火花線切割機(jī)床，兩種型式的機(jī)床結(jié)構(gòu)示意見圖1，并基于坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)命名規(guī)則[4]，規(guī)定了X、Y、Z、U、V軸等5個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸，以及機(jī)床主要部件的術(shù)語。新版標(biāo)準(zhǔn)不適用于機(jī)床運(yùn)行試驗(yàn)（如振動(dòng)、異常噪聲、部件的爬行等）和機(jī)床性能（如速度、進(jìn)給等）的測試。

圖1 單向走絲電火花線切割機(jī)床

1.3 術(shù)語和定義

2003年版標(biāo)準(zhǔn)沒有“術(shù)語和定義”，新版標(biāo)準(zhǔn)增加了電火花加工機(jī)床、電火花線切割機(jī)床、電火花成形機(jī)床等3項(xiàng)術(shù)語，并從加工原理角度給出了定義，見表2。

表2 術(shù)語和定義

1.4 概述

與2003年版標(biāo)準(zhǔn)相比，新版標(biāo)準(zhǔn)在第5章“概述”中增加了以下提示性內(nèi)容：

（1）機(jī)床調(diào)平。水平是機(jī)床各項(xiàng)精度的基礎(chǔ)，機(jī)床床身和導(dǎo)軌安裝后都必須用水平儀進(jìn)行檢測，使得機(jī)床達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定，這是機(jī)床各項(xiàng)精度檢驗(yàn)的前提條件。

（2）圖解。新版標(biāo)準(zhǔn)第6章～第9章給出的檢驗(yàn)項(xiàng)目簡圖為機(jī)床的部分結(jié)構(gòu)示意，結(jié)合檢驗(yàn)步驟展示了機(jī)床布局、測量儀器、運(yùn)動(dòng)方向及相關(guān)尺寸等，更有利于檢測的實(shí)施。

（3）軟件補(bǔ)償。2003年版標(biāo)準(zhǔn)未涉及軟件補(bǔ)償?shù)膬?nèi)容，新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此做出了提示性要求，指出當(dāng)使用軟件補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)在檢測報(bào)告中說明，且出于測試目的坐標(biāo)軸不應(yīng)被鎖定。數(shù)控軸的動(dòng)態(tài)誤差是由于伺服系統(tǒng)性能及機(jī)械系統(tǒng)等引發(fā)的，實(shí)際測試中通過采用軟件的實(shí)時(shí)補(bǔ)償功能，可更有效、便捷地降低動(dòng)態(tài)誤差所帶來的影響[5]。

2 新舊版本的主要技術(shù)差異

2.1 幾何精度檢驗(yàn)

機(jī)床是工業(yè)之母，精度是機(jī)床之本。機(jī)床的幾何精度不僅體現(xiàn)了基礎(chǔ)制造水平，還直接影響加工工件的精度和質(zhì)量，通常每臺(tái)機(jī)床出廠和交付驗(yàn)收時(shí)均需進(jìn)行幾何精度檢驗(yàn)。幾何精度是機(jī)床精度的基礎(chǔ)，較好的幾何精度有利于提高數(shù)控軸定位精度和機(jī)床全行程運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，對(duì)于保證大厚度工件的電火花線切割的中、精加工效率和輪廓精度也具有重要作用。

新版標(biāo)準(zhǔn)的幾何精度檢驗(yàn)共包含直線運(yùn)動(dòng)軸、工件夾持框架、U軸和V軸的運(yùn)動(dòng)等三大部分，檢驗(yàn)結(jié)果的有效性很大程度取決于檢驗(yàn)方法的科學(xué)性和可操作性，因此新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)幾何精度檢驗(yàn)項(xiàng)目的步驟方法進(jìn)行了詳細(xì)敘述，并提示可參照ISO 230-1的規(guī)定。表3是新舊版本的幾何精度檢驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比情況，其中直線運(yùn)動(dòng)軸的幾何精度指標(biāo)相較2003年版提高了30%~50%。

表3 幾何精度檢驗(yàn)的比對(duì) 單位：mm

此外，新版標(biāo)準(zhǔn)刪除了2003年版的G7項(xiàng)“定位銷或工件夾持框架的基準(zhǔn)面與X軸運(yùn)動(dòng)、Y軸運(yùn)動(dòng)之間平行度的檢查”；對(duì)檢驗(yàn)所需測量儀器的名稱也做了修改，除精密水平儀、光學(xué)測量儀器、平板等以外，主要測量儀器如平尺、角尺、指示器均改為國際統(tǒng)稱的直線度校正儀、垂直度校正儀、線性位移傳感器。然而，這些指定的測量儀器僅是范例，在實(shí)際檢驗(yàn)中也可使用具有同樣測量范圍并且相同或更高精度的其他儀器。

2.2 定位精度和重復(fù)定位精度檢驗(yàn)

機(jī)床的定位精度利用激光測量儀或線性標(biāo)尺進(jìn)行檢測，可參照ISO 230-2的規(guī)定。表4是定位精度和重復(fù)定位精度檢驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比情況，列舉了數(shù)控X、Y、Z軸測量長度≤500 mm和≤1000 mm的指標(biāo)要求以及U、V軸測量長度≤100 mm和≤200 mm的指標(biāo)要求。其中，“雙向定位精度”“單向重復(fù)定位精度”“雙向定位系統(tǒng)偏差”等指標(biāo)提高了20%~40%，“反向差值”指標(biāo)未作調(diào)整，而“平均雙向定位偏差”指標(biāo)放寬了50%以上。此外，新版標(biāo)準(zhǔn)還增加了“雙向重復(fù)定位精度”和“平均反向差值”兩個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目，這主要是出于切實(shí)提高機(jī)床動(dòng)態(tài)精度、保證零件加工精度等方面的考慮，更能反映數(shù)控軸雙向運(yùn)動(dòng)重復(fù)定位精度的真實(shí)情況。

表4 定位精度和重復(fù)定位精度檢驗(yàn)的比對(duì)

由于制造水平的普遍提高和軟件補(bǔ)償功能的廣泛使用，新版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“雙向定位精度”“單向重復(fù)定位精度”“雙向定位系統(tǒng)偏差”三個(gè)指標(biāo)做了提升，在不增加制造成本的情況下，提高了機(jī)床的性能；放寬“平均雙向定位偏差”的指標(biāo)，主要是考慮到機(jī)床的實(shí)用性與標(biāo)準(zhǔn)體系相關(guān)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)性，有利于標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行。

2.3 加工檢驗(yàn)

加工檢驗(yàn)（也稱“工作精度檢驗(yàn)”）通常是機(jī)床檢測的最后一個(gè)檢查項(xiàng)目，也是單向走絲電火花線切割加工的重要指標(biāo)之一。除了機(jī)床硬件條件以外，加工工藝、控制方法等都會(huì)對(duì)加工精度指標(biāo)產(chǎn)生影響[6]，比如在實(shí)際操作時(shí)還應(yīng)控制電極絲的振動(dòng)、變形，以保證加工精度指標(biāo)符合公差要求。

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加工檢驗(yàn)應(yīng)在精加工條件下進(jìn)行單一圓柱孔的加工，通過限定工件材料與尺寸、電極絲材料與尺寸、精加工后的表面粗糙度等加工條件，提出了加工孔的圓度、孔軸線與工件基準(zhǔn)面之間的垂直度、直徑一致性三項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目。與2003年版標(biāo)準(zhǔn)相比做了兩處更改：①檢驗(yàn)項(xiàng)目中“圓柱度”改為“直徑一致性”；②檢驗(yàn)步驟增加“c）”項(xiàng)，針對(duì)“直徑一致性”的檢驗(yàn)提出相應(yīng)的方法，這是對(duì)2003年版標(biāo)準(zhǔn)的重要更正和補(bǔ)充。此外，加工檢驗(yàn)允許相關(guān)方協(xié)商采用其他加工形狀，且加工檢驗(yàn)與圓檢驗(yàn)可相互替代。

2.4 圓檢驗(yàn)

圓檢驗(yàn)是加工檢驗(yàn)的必要補(bǔ)充，可對(duì)行程較大的單向走絲電火花線切割機(jī)床進(jìn)行模擬加工時(shí)的圓形軌跡檢驗(yàn)。與2003年版標(biāo)準(zhǔn)相比做了兩處更改：①檢驗(yàn)項(xiàng)目中“圓滯后”改為“雙向圓偏差”；②檢驗(yàn)條件中直徑和進(jìn)給速度的匹配數(shù)據(jù)做了修改，分析認(rèn)為降低進(jìn)給速度的匹配值，是為了更貼合實(shí)際放電加工時(shí)的電極絲進(jìn)給速度，更能體現(xiàn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。但是，由于常規(guī)精度的球桿儀直徑約200 mm，新版標(biāo)準(zhǔn)所列直徑最大值僅150 mm，在實(shí)際檢測時(shí)需進(jìn)行折算。

2.5 補(bǔ)充要求

在單向走絲電火花線切割機(jī)床的檢驗(yàn)檢測過程中，還應(yīng)參考JB/T 5544—2012《電火花線切割機(jī)床（單向走絲型） 技術(shù)條件》第8章的相關(guān)要求，主要包括：①精度檢驗(yàn)應(yīng)在負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)和加工性能試驗(yàn)之前進(jìn)行；②精度檢驗(yàn)過程中不應(yīng)調(diào)整影響機(jī)床性能、精度的機(jī)構(gòu)和零件，否則應(yīng)復(fù)檢因調(diào)整受影響的有關(guān)項(xiàng)目；③精度檢驗(yàn)應(yīng)按整機(jī)進(jìn)行，除了對(duì)運(yùn)動(dòng)精度、性能無影響的零部件和附件外，不應(yīng)拆卸檢驗(yàn)。

3 結(jié)束語

GB/T 19361—2021《電火花線切割機(jī)（單向走絲型） 精度檢驗(yàn)》是電火花加工機(jī)床行業(yè)的重要標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)通過等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)推動(dòng)我國企業(yè)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)和提供服務(wù)、引導(dǎo)我國企業(yè)開展對(duì)標(biāo)活動(dòng)具有重要意義。本文對(duì)新版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀，對(duì)比分析了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、檢驗(yàn)方法及允差等技術(shù)要求和差異，論證了標(biāo)準(zhǔn)方法的有效性和指標(biāo)的先進(jìn)性。GB/T 19361—2021的發(fā)布實(shí)施，將為單向走絲電火花線切割機(jī)床的精度檢驗(yàn)活動(dòng)提供統(tǒng)一的規(guī)范化依據(jù)，使得我國參與國際技術(shù)交流又多了一種共同語言，為我國電火花線切割技術(shù)及裝備研發(fā)單位提升產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大國際貿(mào)易、強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化與科技創(chuàng)新融合發(fā)展提供了重要的技術(shù)保障。