GB/T 19361—2021《電火花線切割機床（單向走絲型） 精度檢驗》解讀

吳 悅，王 應(yīng)，吳 強

（蘇州電加工機床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

電火花線切割加工技術(shù)歷經(jīng)半個多世紀的發(fā) 展，已成為特種加工和先進制造領(lǐng)域的重要組成部分，尤其是進入20世紀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，能對硬質(zhì)合金、鈦合金等難切削導(dǎo)電材料的零件進行三維復(fù)雜直紋輪廓面的切割加工，一些應(yīng)用甚至能達到“以割代磨”的效果[1]。據(jù)統(tǒng)計，2021年電火花線切割機床的銷售量接近各類電火花加工機床總銷售量的七成，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。

我國于2003年首次制定并發(fā)布國家標準GB/T 19361—2003《電火花線切割機（單向走絲型） 精度檢驗》，等同采用國際標準ISO 14137：2000。當時，國內(nèi)單向走絲電火花線切割機床和技術(shù)水平尚處于初級階段，有自主研發(fā)實力的企業(yè)寥寥無幾，機床的制造水平和質(zhì)量性能與國外差距較大，2003年版標準對于國內(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)性的促進作用。隨著新版國際標準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，全國特種加工機床標準化技術(shù)委員會組織相關(guān)單位提出了等同采用國際標準、同步修訂國家標準的項目建議。

新版GB/T 19361—2021《電火花線切割機床（單向走絲型） 精度檢驗》（以下簡稱“新版標準”）于2021年10月11日由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會正式發(fā)布，2022年5月1日起實施，這對于我國單向走絲電火花線切割機床的設(shè)計、制造、采購、檢測、使用、維護等全生命周期管理起到了標準化支撐作用，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。本文詳細解讀了新版標準的技術(shù)內(nèi)容，通過與GB/T 19361—2003的對比，分析標準的主要技術(shù)差異，為各方更好地理解和使用標準提供了指引。

1 新版標準的基本內(nèi)容

1.1 標準結(jié)構(gòu)和框架

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

表1 標準正文主體框架

1.2 標準范圍和適用性

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

新版標準適用于十字滑臺型和雙立柱型的單向走絲電火花線切割機床，兩種型式的機床結(jié)構(gòu)示意見圖1，并基于坐標系和運動命名規(guī)則[4]，規(guī)定了X、Y、Z、U、V軸等5個機床運動軸，以及機床主要部件的術(shù)語。新版標準不適用于機床運行試驗（如振動、異常噪聲、部件的爬行等）和機床性能（如速度、進給等）的測試。

圖1 單向走絲電火花線切割機床

1.3 術(shù)語和定義

2003年版標準沒有“術(shù)語和定義”，新版標準增加了電火花加工機床、電火花線切割機床、電火花成形機床等3項術(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年版標準相比，新版標準在第5章“概述”中增加了以下提示性內(nèi)容：

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

（2）圖解。新版標準第6章～第9章給出的檢驗項目簡圖為機床的部分結(jié)構(gòu)示意，結(jié)合檢驗步驟展示了機床布局、測量儀器、運動方向及相關(guān)尺寸等，更有利于檢測的實施。

（3）軟件補償。2003年版標準未涉及軟件補償?shù)膬?nèi)容，新版標準對此做出了提示性要求，指出當使用軟件補償時，應(yīng)在檢測報告中說明，且出于測試目的坐標軸不應(yīng)被鎖定。數(shù)控軸的動態(tài)誤差是由于伺服系統(tǒng)性能及機械系統(tǒng)等引發(fā)的，實際測試中通過采用軟件的實時補償功能，可更有效、便捷地降低動態(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

機床是工業(yè)之母，精度是機床之本。機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，通常每臺機床出廠和交付驗收時均需進行幾何精度檢驗。幾何精度是機床精度的基礎(chǔ)，較好的幾何精度有利于提高數(shù)控軸定位精度和機床全行程運動的平穩(wěn)性，對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。

新版標準的幾何精度檢驗共包含直線運動軸、工件夾持框架、U軸和V軸的運動等三大部分，檢驗結(jié)果的有效性很大程度取決于檢驗方法的科學(xué)性和可操作性，因此新版標準對幾何精度檢驗項目的步驟方法進行了詳細敘述，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項目對比情況，其中直線運動軸的幾何精度指標相較2003年版提高了30%~50%。

表3 幾何精度檢驗的比對 單位：mm

此外，新版標準刪除了2003年版的G7項“定位銷或工件夾持框架的基準面與X軸運動、Y軸運動之間平行度的檢查”；對檢驗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，在實際檢驗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

機床的定位精度利用激光測量儀或線性標尺進行檢測，可參照ISO 230-2的規(guī)定。表4是定位精度和重復(fù)定位精度檢驗項目對比情況，列舉了數(shù)控X、Y、Z軸測量長度≤500 mm和≤1000 mm的指標要求以及U、V軸測量長度≤100 mm和≤200 mm的指標要求。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”等指標提高了20%~40%，“反向差值”指標未作調(diào)整，而“平均雙向定位偏差”指標放寬了50%以上。此外，新版標準還增加了“雙向重復(fù)定位精度”和“平均反向差值”兩個檢驗項目，這主要是出于切實提高機床動態(tài)精度、保證零件加工精度等方面的考慮，更能反映數(shù)控軸雙向運動重復(fù)定位精度的真實情況。

表4 定位精度和重復(fù)定位精度檢驗的比對

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

2.3 加工檢驗

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

新版標準規(guī)定加工檢驗應(yīng)在精加工條件下進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、孔軸線與工件基準面之間的垂直度、直徑一致性三項檢驗項目。與2003年版標準相比做了兩處更改：①檢驗項目中“圓柱度”改為“直徑一致性”；②檢驗步驟增加“c）”項，針對“直徑一致性”的檢驗提出相應(yīng)的方法，這是對2003年版標準的重要更正和補充。此外，加工檢驗允許相關(guān)方協(xié)商采用其他加工形狀，且加工檢驗與圓檢驗可相互替代。

2.4 圓檢驗

圓檢驗是加工檢驗的必要補充，可對行程較大的單向走絲電火花線切割機床進行模擬加工時的圓形軌跡檢驗。與2003年版標準相比做了兩處更改：①檢驗項目中“圓滯后”改為“雙向圓偏差”；②檢驗條件中直徑和進給速度的匹配數(shù)據(jù)做了修改，分析認為降低進給速度的匹配值，是為了更貼合實際放電加工時的電極絲進給速度，更能體現(xiàn)檢驗數(shù)據(jù)的真實性。但是，由于常規(guī)精度的球桿儀直徑約200 mm，新版標準所列直徑最大值僅150 mm，在實際檢測時需進行折算。

2.5 補充要求

在單向走絲電火花線切割機床的檢驗檢測過程中，還應(yīng)參考JB/T 5544—2012《電火花線切割機床（單向走絲型） 技術(shù)條件》第8章的相關(guān)要求，主要包括：①精度檢驗應(yīng)在負荷運轉(zhuǎn)試驗和加工性能試驗之前進行；②精度檢驗過程中不應(yīng)調(diào)整影響機床性能、精度的機構(gòu)和零件，否則應(yīng)復(fù)檢因調(diào)整受影響的有關(guān)項目；③精度檢驗應(yīng)按整機進行，除了對運動精度、性能無影響的零部件和附件外，不應(yīng)拆卸檢驗。

3 結(jié)束語

GB/T 19361—2021《電火花線切割機（單向走絲型） 精度檢驗》是電火花加工機床行業(yè)的重要標準，該標準通過等同采用國際標準，對推動我國企業(yè)依據(jù)標準組織生產(chǎn)和提供服務(wù)、引導(dǎo)我國企業(yè)開展對標活動具有重要意義。本文對新版標準進行解讀，對比分析了標準結(jié)構(gòu)、檢驗方法及允差等技術(shù)要求和差異，論證了標準方法的有效性和指標的先進性。GB/T 19361—2021的發(fā)布實施，將為單向走絲電火花線切割機床的精度檢驗活動提供統(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、擴大國際貿(mào)易、強化標準化與科技創(chuàng)新融合發(fā)展提供了重要的技術(shù)保障。