科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

作为高端制造业的核心装备，重型数控机床的加工精度历来备受学术界和产业界的关注。影响重型数控机床精度的众多因素中，热误差以其作用的显著性、热-力耦合的复杂性以及扰动因素的随机性成为国际机械学科研究的热点。本项目面向高精度重型数控机床热误差监测与补偿的迫切需求，针对重型机床结构与热源复杂、多点多场监测以及温度随机扰动补偿困难的难题，研究1）重型数控机床发热行为、零部件热变形机理及热误差成因；2）面向重型数控机床的高精度光纤光栅温度测量方法与分布式测量准则；3）基于测量数据的温度场重建方法、温度（温度场）-热误差映射关系与重型数控机床热误差预报通用模型；4）基于嵌入式技术的实时补偿方法，建立一套重型数控机床的热误差监测与实时补偿系统，形成基于光纤光栅传感的重型机床热误差监测与基于嵌入式技术的实时补偿新原理和新方法。研究成果可为现代制造系统热误差监测与实时补偿提供重要技术支撑和开辟新的有效途径。

需解决的主要技术难题

研究表明，在精密加工中由机床热变形引起的制造误差占总误差的40%～70%，对机床精度影响巨大，有必要对机床进行热误差补偿。目前，国外有很多高端数控机床都具备热误差补偿功能，技术成熟。而国内此项技术的研究处于起步阶段，在重型数控机床尚无应用。 技术合作及需求内容包括： （1）数控机床整机及关键部件热分布研究，研究对象误差数学模型的建立； （2）研究对象误差的测量、分析与精度控制关键误差源识别； （3）热误差对加工精度影响分析，针对研究对象的现状提出改进设计建议； （4）适应研究对象的误差补偿模块装置开发和应用验证； （5）给出重型机床智能误差补偿系统及技术，并安装调试，达到技术指标要求。

期望实现的主要技术目标

2021年，完成典型机床热误差分布、数学模型、误差测量、分析与精度控制关键误差源识别等关键技术研究，并进行热误差补偿模块装置开发； 2022年，完成误差补偿模块装置开发和应用验证，给出重型机床智能误差补偿系统及技术通用方法及准则。 误差智能补偿控制模块及技术的指标和参数应达到： （1）温度采集子模块：8通道数字温度信号输入/可扩展16通道数字温度信号输入； （2）高精度数字温度传感器的精度指标：±***ºC； （3）高精度数字温度传感器的量程范围：0 ºC ~60ºC； （4）误差补偿模块的最小分辨率：1μm； （5）误差补偿模块的可补偿范围：***~***； （6）误差补偿模块内部工作环境温度检测功能。 经济指标：实现误差智能补偿控制模块在现场3台机床上的实际应用。

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-11-24

黄剑华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

数控机床的精度可分为静态精度和动态精度。静态精度是在不切削的状态下进行检测，它包括机床的几何精度和定位精度两项内容，反映的是机床的原始精度。而动态精度是指机床在实际切削加工条件下加工的工件所达到的精度。 机床精度的高低是以误差的大小来衡量的。数控机床的生产者与使用者对数控机床精度要求的侧重点不同，机床生产者要保证工件的加工精度是很困难的，一般只能保证机床出厂时的原始制造精度。而机床使用者只对数控机床的加工精度感兴趣，追求的是工件加工后的成形精度。

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