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行业领域

电子信息技术

需求背景

本项目以满足国家精密机械制造、消费类电子产品、高端金属与塑料精细加工等高技术产业发展对高精度数控车滚复合机床的重大需求为目标，针对数控车削加工和滚削加工高精度化、高智能化、低能耗化、集成化/模块化、信息化、高可靠性的发展趋势

需解决的主要技术难题

1、研究全直驱(包括直线轴、旋转轴、伺服刀塔轴)高速高精密车滚复合数控机床的结构

    研究全直驱高速高精密车滚复合数控机床，包括整体工作台、上下滑动机构、左右滑动机构、旋转机构、修整机构、工件夹持机构、双刀塔机构、直驱电机机构、高速力矩电机机构等。一端采用大功率直驱电机实现工件的定位，另一端轴采用高速力矩电机实现工件的高速旋转，形成双主轴结构。根据两种加工方式的特点，设计采用两种不同类型的主轴。直驱式数控低速大扭矩配合滚齿加工应用了内装式电机即直驱技术。滚刀主轴采用大力矩内装式伺服主轴电机，主轴尾部同轴安装位置编码器；工作台采用多级大扭矩低速力矩电机驱动和电机转子直连。

    2、研制全直驱车滚复合数控机床软件架构。

    研究复杂信息环境下多主轴－多源信息交叉互动行为机制下的高精度车滚复合数控系统整体部件的实时传感、反馈和控制网络模型，实现高精度车滚数控系统的高效智能传感-控制。采用多中断通讯机制，采集传感器的数据信息。

    3、研究一种车滚复合数控系统及插补算法。

    在已开发的NURBS曲线插补算法基础上，通过插补预处理、运用基于预估与校正的插补策略以及最优近似计算等措施，研究如何简化插补过程中的轨迹计算，避免现有其它算法所需的导数和曲率半径等计算复杂的问题，以确保插补算法良好的实时性。研究如何通过对插补误差和进给加速度的实时监控，实现自适应地调整零件加工的进给速度跟随曲线曲率的变化而变化，满足NURBS曲线高速、高精度加工对插补控制的要求。研究车滚复合加工中ALA（Adaptive Look Ahead）&FAS（Fast Accurate Smooth）控制算法在零件加工精度、运动速度及表面光洁度等方面的最优参数组合。研究快速捕捉轮廓拐点和因几何轮廓及指令F引起的速度突变，及提高系统加工动态的精度修正策略。

    4、研制车滚复合数控系统

开发具有互换性、移植性、互互性、扩展性等特性的开放式车滚复合数控机床控制系统。   

5、研究减振降噪材料与振动抑制技术。

    采用数字化设计、仿真计算及样机试验相结合的方式研究机床结构系统的稳定性，采用动力学、运动学分析与模态分析，降低数控机床动力轴、床身刚度等部件对高精度零件加工的影响因素及改进研究。

    研究振动测试及抑制技术，采用高强度减振材料进行机床关键部件的减振及应用研究；并针对直驱高速高精密车滚复合数控机床装备的结构进行采用结构拓扑优化，降低机床整机噪声。

期望实现的主要技术目标

1、高性能指标的全直驱车滚复合数控机床设计：全直驱(包括直线轴、旋转轴、伺服刀塔轴)高速高精密车滚复合数控机床的结构及其数控系统的设计，以及关键部件的开发。

    2、复杂插补运算软件模块:解决NURBS曲线的实时插补算法在双主轴双刀塔车滚复合系统中的应用，以提高CNC的轨迹功能，使CNC系统能直接接受NURBS曲线信息，解决插补过程中的轨迹计算复杂的问题。

    3、智能化操作软件开发:根据被加工零件工艺要求以及车滚刀的各种参数，解决车滚复合数控系统的自动生成可执行代码，进行傻瓜化的操作加工的软件开发。

    4、多源融合信息监测平台：解决机床结构振动加速度、刀具磨损等数控机床装备系统的动态参数实时监测平台的开发问题。

    5、全直驱高速高精密车滚复合数控机床装备控制系统软硬件的开发：根据复杂信息环境下机电－多源信息叉互动行为机制出发，建立高精度车滚复合数控系统整体部件的传感、反馈和控制网络模型，从理论上探讨实现高精度车滚复合数控系统的高效智能传感-控制方法及信息的调度策略。

    6、减振降噪材料与振动抑制技术：针对高精度车滚复合加工机床开展多领域仿真的振动试验，进行数控算法及机床结构优化， 采用数字化设计、仿真计算及样机试验相结合的方式研究机床结构系统的稳定性，采用动力学、运动学分析与模态分析，降低数控机床主轴、床身刚度等部件对高精度零件加工的影响因素及改进研究。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-21

包宋建

重庆文理学院

文理学院导师

综合评价

重点产业共性关键技术创新整合利用了科技资源，实施集成创新，推动了重点产业转型升级和快速发展在多个行业或领域广泛应用，并对整个或多个产业形成瓶颈制约作用的技术，研发难度大、周期长，是当前我国推动制造业高质量发展和国家综合竞争力提升的关键内容。发展重点产业关键技术创新，对于推动经济发展具有重要作用。首先，关键共性技术创新是工业革命长波发展周期的核心驱动力，是保证我国不会错失历史机遇期的技术基础。

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