[00723583]数控机床误差测量与实时智能补偿关键技术及应用

该项目属于数控机床及加工领域。数控机床是装备制造业的“工作母机”，其加工精度及智能化程度直接决定一国制造水平。但国内机床与国外先进水平相比差距巨大。误差补偿是经济有效的解决手段，更是智能机床的必要功能，然而机床构型及误差来源繁杂、热特性复杂、旋转轴误差相互耦合，导致误差模型复杂、鲁棒性差以及旋转轴误差测量困难，同时补偿控制的高实时性(10ms级)与数控系统的封闭性，严重制约了机床开展几何-热-力综合误差智能补偿的批量应用。 项目组在04专项、国家自然科学基金等项目支持下，持续近20年围绕数控机床误差测量、分析与智能补偿开展共性技术研究，取得了如下创新成果： 1、建立了3-5轴机床统一的多误差综合数学模型：首次考虑几何、热、力等多误差源，建立了机床多误差综合模型，进而采用一种新的奇异函数，建立了3-5轴不同构型机床统一形式的多误差统一模型，实现了产线中不同机床构型、不同来源的机床误差自动化统一建模，提高了建模精确性和快捷性。 2、创建了温度传感器优化布置理论及多种高鲁棒性热模型：给出了机床内-外热源对热变形误差的作用机理，提出温度传感器优化布置理论，最大限度降低了所需传感器数量；考虑多种内外热源，创建了基于热传导作用机理和温度-变形滞后性分析的多种自学习、自修正热误差智能建模方法。模型典型应用于高速高精模具加工中心，实现了自适应抑制热误差影响，动态精度全天候稳定达到5～6um，超过世界一流日本牧野同类机床的精度指标。 3、建立了3-5轴数控机床误差测量体系和辨识方法：提出了基于矢量多步的激光干涉测量和基于复合轨迹的综合误差测量方法，高效精确辨识出5轴数控机床全部46项误差，在国内外首次建立了完整测量体系。 4、创建了数控机床及产线的多误差综合实时智能补偿方法及装置：研制了集所有主流数控系统补偿功能的多误差综合实时补偿器，补偿精度高于现有高端数控系统补偿精度，并可在插补周期内(约8ms)实现对综合误差的实时补偿，提高单机精度65％以上，最高可达95％。开发了基于补偿器架构和雾计算的产线实时数据交互和分析平台，实现产线各数控设备加工状态的智能感知、交互式关联补偿和精度智能自愈，成果典型应用于沈阳机床高速车削中心智能生产线等。 项目获发明专利15件、实用新型6件，软著权3项，出版专著1部，SCI论文61篇。成果已批量应用于数控装备、航空航天、汽车零件、3C等行业，并服务于多种军工产品制造，用户包括上海机床厂、日发精机、沈阳机床、宁波天瑞精工、西安嘉业航空装备等40余家企业，累计独家批量应用超过1000台。成果先后获得全国优博奖和上银优博奖。近3年新增产值7.55亿元，新增利税1.85亿元，节约资金2.86亿元，机床出口英国、德国等国家，创汇1080万美元，取得了巨大经济和社会效益。该项目显著提升中国数控机床与智能产线精度至国际一流水平，引领了国内外机床误差补偿技术的发展。