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2021年中國機械工業科學技術獎機床工具專業項目獲獎情況分析

  • 分類:行業動態
  • 作者:符祚鋼(協會市場部)
  • 來源:中國機床工具工業協會cmtba
  • 發布時間:2022-01-14 14:28
  • 訪問量:

【概要描述】一、獲獎項目 日前,2021年度中國機械工業科學技術獎評獎公示期結束,業界人士注意到,公示的366項建議鼓勵的項目中,有14項由機床工具專業評審組評審推薦的項目獲獎(見下表),其中一等獎3項、二等獎4項、三等獎7項。這些項目均經中國機械工業科學技術獎評審委員會審核批準,申報單位確認。

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  2021年中國機械工業科學技術獎(機床工具專業)獲獎項目

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  二、獲獎情況分析

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  本年度參評項目獲獎比例偏低,獲獎項目數量不多,但項目質量較高,一些優秀項目因為受限于一等獎比例限制而只能按照排序規則授予二等獎。

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  今年獲獎結果呈現以下幾個主要特點:

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  第一、本年度獲獎項目比例較低。獲獎比例限制或將成為今后中國機械工業科學技術獎評選的常態。其原因,一是由于中國機械工業科學技術獎勵工作辦公室執行國家相關政策,對獲獎項目質量提出了更高的要求,因此對于獲獎項目比例越來越嚴格,并有進一步壓縮獲獎比例的趨勢。二是從2020年開始執行新的規定,要求項目授獎等級需要得到項目完成人的認可。有的項目對于獲獎等級期望較高,從而影響實際獲獎比例。

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  第二、獲獎項目覆蓋的行業和學科廣泛。金切機床、成形機床、工具類(刀具、磨料磨具)、數控系統及控制、鑄造機械項目均有獲獎。

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  第三、產學研用相結合的項目獲獎比例高,且高校、科研院所聯合企業申報的項目,獲得高等級獎項的比例較高。本年度獲得一等獎的3個項目中,有2個項目來自校企聯合申報。

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  第四,2021年申報中國機械工業科學技術獎(機床工具組)的項目質量較高,競爭激烈。因評獎規則規定,必須嚴格遵守按申報項目數量的比例授獎,受此限制,很多優秀項目落選,令人惋惜。建議行業企業以及高校、科研院所積極申報,增加參評項目的數量。

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  此外,從今年項目申報情況看,企業成為主要力量,體現了企業逐步成為技術創新的主體。在參評的項目中,企業申報以及企業聯合高校和科研院所申報項目占比82.4%。在行業和專業屬性方面,2021年度參與評審項目中,金切機床類項目占比47.1%,金屬成形類、工具類(刀具、磨料磨具)、鑄造類、數控系統和自動控制類、竹木加工機床類項目共占52.9%。

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  三、部分獲獎項目簡介

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  1.多維超聲精密加工系統設計理論與方法

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  榮獲技術發明一等獎,由河南理工大學、中南大學、北京工研精機股份有限公司、北京衛星制造廠有限公司共同完成。該項目面向國家高端裝備零件對高性能制造的迫切需求,針對超精密高效加工、高性能齒輪表面高效率強化、高性能增材制造等面臨的挑戰和難題,開展了超聲加工系統精準設計理論與調控方法研究,突破了多項重大關鍵技術,研發了關鍵功能部件及裝備,打破了國外對超聲加工技術的壟斷,形成了完全自主知識產權的技術成果,實現了航空航天、國防、精密光學、3C?等領域關鍵零部件的高效精密制造,推動了我國特種加工技術與裝備領域的技術進步。

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  主要技術發明點包括:

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  (1)多界面復相材料聲學系統設計理論與方法。創建了均質單相和多界面復相材料聲學系統精準統一設計理論,填補了纖維/顆粒增強復合材料、硬質合金等多界面復相介質聲學系統設計理論的空白,研發了該類材料組成的耐高溫超聲刀柄、微孔螺紋超聲加工、超聲ELID復合加工等系統,為難加工材料關鍵零部件的精密高效超聲加工及微鑄鍛增減材復合制造提供了裝備支撐。

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  (2)多維復雜聲學系統局部共振設計理論與方法。提出了多維超聲振動系統的局部共振設計理論與準則,突破了系統末端件必須嚴格按半波長整數倍設計的局限,發明了齒輪齒廓高效超聲加工與強化方法、大直徑軸承精密高效超聲磨削系統、大直徑精密缸體超聲珩磨系統等,解決了多維復雜聲學系統工程應用的精準快捷設計等難題,為航天軸承、高鐵齒輪、船舶大型油缸等高性能制造提供技術支撐。

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  (3)非對稱結構復雜聲學系統統一設計理論與方法。提出了結構對稱與非對稱復雜聲學系統的統一設計方法,發明了超聲縱扭、徑扭、縱徑、雙彎曲等多維振動加工新技術,實現了同源同頻單/雙激勵超聲空間橢圓振動超精密加工,研發了多維振動超聲刀柄和異型刀具,為3C?產品和光學器件的高效精密低損傷制造提供了技術手段和裝備基礎。

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  (4)多維復雜聲學系統設計共性技術。發明了工具工作面振動定向控制技術,提出了多維超聲振動系統穩定性判斷準則與調控技術,實現了超聲加工系統工具工作面振幅的均勻穩定控制,保證了高性能零件加工表面一致性;研發了一體化刀柄及高效無線傳輸系統,突破了超聲裝備工程化應用的局限,解決了高速加工、空間受限以及自動換刀等工程應用難題;實現了超聲裝備與超聲刀柄的系列化與標準化,為在航空航天、精密工程、3C?等領域的大規模推廣應用奠定了基礎。

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  2017年,匯??萍技瘓F股份有限公司與河南理工大學展開產學研合作,應用該項目成果研發了系列超聲高速精密雕銑中心,HSK32E、ISO20、ISO25、BT30、BT40?等多系列超聲刀柄,全系列超聲口罩機焊接系統,大功率超聲電源及換能器系統等。部分產品成功應用于藍思科技、伯恩光學、比亞迪集團等3C?零件的精密加工,市場份額80%以上,并出口到美國、日本、德國、印度、英國等全世界多個國家。

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  2.數控機床及其關鍵功能部件可靠性技術與試驗裝備

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  榮獲科技進步一等獎,由吉林大學、沈陽機床股份有限公司、沈陽機床(集團)有限責任公司、煙臺環球機床裝備股份有限公司、長春禹衡光學有限公司共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金、國家“863”計劃課題,針對數控機床的可靠性理論與技術開展研究,歷經20?余年的產學研合作與持續積累,凝練出數控機床全生命周期可靠性技術路線,研發了數控機床及其關鍵功能部件的可靠性關鍵技術、研制了可靠性試驗裝備并工程化應用。

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  主要技術成果有:

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  (1)創新提出并研發了數控機床可靠性廣義設計技術。提出了針對數控機床技術特點的可靠性廣義設計技術理念,開發了基于模糊綜合和區間層次分析的可靠性分配設計技術、采用區間層次分析和相似比較法的可靠性預計設計技術、基于故障分析的可靠性增長設計技術和基于設計缺陷故障機理溯源與設計經驗積累的可靠性設計準則。

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  (2)創新提出并開發了數控機床可靠性綜合試驗技術。包括基于Bootstrap重抽樣和當量樣本法的可靠性現場試驗技術、靶向強化與主動激發故障隱患的早期故障試驗技術、源于現場工藝數據和切削試驗的數控機床多維載荷譜系編制技術、基于載荷譜步進應力的可靠性臺架加速試驗技術。四項技術構建了數控機床可靠性綜合試驗技術體系,為規范、高效地獲取可靠性數據提供了技術支撐。

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  (3)發明了利用電液伺服和發電測功技術進行靜動態切削力與切削扭矩模擬等系列的應力模擬新方法,研制了一批國內首創的能夠模擬復雜實際工況的關鍵功能部件可靠性測試與加速試驗系統。實現了國內對故障率最高的機械與電主軸、數控與動力伺服刀架、盤式與鏈式刀庫、編碼器與光柵尺等四大類關鍵功能部件在模擬復雜實際工況條件下進行可靠性加速試驗的能力從“0?到1”的突破。

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  (4)創建了包括樣本觀測值、點估計與區間估計等三類評估參數和覆蓋大樣本、小樣本與單機樣本等三類樣本容量的數控機床可靠性建模與評估技術體系。

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  (5)創建了具有可靠性建模、評估與故障分析功能的數控機床可靠性數據庫,積累了10余年來96萬臺時現場試驗與臺架加速試驗的4806條故障與維修數據。

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  3.航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統及應用

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  榮獲科技進步一等獎,由北京動力機械研究所、科德數控股份有限公司、清華大學、蘇州千機智能技術有限公司、武漢華中數控股份有限公司、北京市電加工研究所、北京理工大學共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金課題,開展了航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統的研究及應用。

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  創新成果有:

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  (1)創建了五軸高效數控編程與變余量補償技術方法。建立曲面光順優化方法與變軸擺線銑、粗精組合銑編程策略;提出變余量補償加工的在機測量路徑自動規劃、型面測量點云自動配準、模型重構與理論刀軌修正方法;開發出國產五軸CAM?系統,顯著減少試切迭代次數,實現在機測量加工一體化,編程與加工效率提升20%。

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  (2)提出了復雜構件加工精度綜合保障與主動控制方法。突破了機床零位快速標定與漂移修正、機床動態誤差分析與補償、溫度形變自動補償等綜合保障技術;發明了薄壁結構顫振在線抑制、偏心正交車銑變形補償、接刀痕跡消除等加工精度主動控制方法,顯著提升弱剛性構件的加工精度,復雜曲面輪廓精度達到0.06mm。

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  (3)發明了多信息傳感與融合的復雜構件智能加工技術。提出了主軸與伺服參數自適應控制算法、雙NURBS?曲線平滑插補與速度優化控制方法、工序參數智能決策算法,構建了多源信息動態感知與實時處理的智能全閉環加工系統,解決了“連續-離散-連續”生產過程導致的效率和精度損失問題,綜合生產效率提升30%。

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  (4)攻克了高效精密加工系統集成與故障診斷技術。突破了多品種、變批量柔性生產線規劃設計方法,解決了工件配送協同、離線裝配找正、換裝在線檢測難題,實現混流、柔性、拉式生產,OEE?指標提升至65%;提出了數控機床多類型故障診斷模型和可靠性迭代提升方法,MTBF?提升至2200小時。

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  項目建成國內首條全國產航天復雜構件數字化柔性生產線,完成9?類、10萬余件序批量生產,打破了國外高端制造工藝與裝備的技術封鎖,實現了航天動力復雜構件關鍵制造技術自主可控。

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2021年中國機械工業科學技術獎機床工具專業項目獲獎情況分析

【概要描述】一、獲獎項目 日前,2021年度中國機械工業科學技術獎評獎公示期結束,業界人士注意到,公示的366項建議鼓勵的項目中,有14項由機床工具專業評審組評審推薦的項目獲獎(見下表),其中一等獎3項、二等獎4項、三等獎7項。這些項目均經中國機械工業科學技術獎評審委員會審核批準,申報單位確認。

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  2021年中國機械工業科學技術獎(機床工具專業)獲獎項目

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  二、獲獎情況分析

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  本年度參評項目獲獎比例偏低,獲獎項目數量不多,但項目質量較高,一些優秀項目因為受限于一等獎比例限制而只能按照排序規則授予二等獎。

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  今年獲獎結果呈現以下幾個主要特點:

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  第一、本年度獲獎項目比例較低。獲獎比例限制或將成為今后中國機械工業科學技術獎評選的常態。其原因,一是由于中國機械工業科學技術獎勵工作辦公室執行國家相關政策,對獲獎項目質量提出了更高的要求,因此對于獲獎項目比例越來越嚴格,并有進一步壓縮獲獎比例的趨勢。二是從2020年開始執行新的規定,要求項目授獎等級需要得到項目完成人的認可。有的項目對于獲獎等級期望較高,從而影響實際獲獎比例。

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  第二、獲獎項目覆蓋的行業和學科廣泛。金切機床、成形機床、工具類(刀具、磨料磨具)、數控系統及控制、鑄造機械項目均有獲獎。

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  第三、產學研用相結合的項目獲獎比例高,且高校、科研院所聯合企業申報的項目,獲得高等級獎項的比例較高。本年度獲得一等獎的3個項目中,有2個項目來自校企聯合申報。

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  第四,2021年申報中國機械工業科學技術獎(機床工具組)的項目質量較高,競爭激烈。因評獎規則規定,必須嚴格遵守按申報項目數量的比例授獎,受此限制,很多優秀項目落選,令人惋惜。建議行業企業以及高校、科研院所積極申報,增加參評項目的數量。

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  此外,從今年項目申報情況看,企業成為主要力量,體現了企業逐步成為技術創新的主體。在參評的項目中,企業申報以及企業聯合高校和科研院所申報項目占比82.4%。在行業和專業屬性方面,2021年度參與評審項目中,金切機床類項目占比47.1%,金屬成形類、工具類(刀具、磨料磨具)、鑄造類、數控系統和自動控制類、竹木加工機床類項目共占52.9%。

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  三、部分獲獎項目簡介

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  1.多維超聲精密加工系統設計理論與方法

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  榮獲技術發明一等獎,由河南理工大學、中南大學、北京工研精機股份有限公司、北京衛星制造廠有限公司共同完成。該項目面向國家高端裝備零件對高性能制造的迫切需求,針對超精密高效加工、高性能齒輪表面高效率強化、高性能增材制造等面臨的挑戰和難題,開展了超聲加工系統精準設計理論與調控方法研究,突破了多項重大關鍵技術,研發了關鍵功能部件及裝備,打破了國外對超聲加工技術的壟斷,形成了完全自主知識產權的技術成果,實現了航空航天、國防、精密光學、3C?等領域關鍵零部件的高效精密制造,推動了我國特種加工技術與裝備領域的技術進步。

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  主要技術發明點包括:

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  (1)多界面復相材料聲學系統設計理論與方法。創建了均質單相和多界面復相材料聲學系統精準統一設計理論,填補了纖維/顆粒增強復合材料、硬質合金等多界面復相介質聲學系統設計理論的空白,研發了該類材料組成的耐高溫超聲刀柄、微孔螺紋超聲加工、超聲ELID復合加工等系統,為難加工材料關鍵零部件的精密高效超聲加工及微鑄鍛增減材復合制造提供了裝備支撐。

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  (2)多維復雜聲學系統局部共振設計理論與方法。提出了多維超聲振動系統的局部共振設計理論與準則,突破了系統末端件必須嚴格按半波長整數倍設計的局限,發明了齒輪齒廓高效超聲加工與強化方法、大直徑軸承精密高效超聲磨削系統、大直徑精密缸體超聲珩磨系統等,解決了多維復雜聲學系統工程應用的精準快捷設計等難題,為航天軸承、高鐵齒輪、船舶大型油缸等高性能制造提供技術支撐。

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  (3)非對稱結構復雜聲學系統統一設計理論與方法。提出了結構對稱與非對稱復雜聲學系統的統一設計方法,發明了超聲縱扭、徑扭、縱徑、雙彎曲等多維振動加工新技術,實現了同源同頻單/雙激勵超聲空間橢圓振動超精密加工,研發了多維振動超聲刀柄和異型刀具,為3C?產品和光學器件的高效精密低損傷制造提供了技術手段和裝備基礎。

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  (4)多維復雜聲學系統設計共性技術。發明了工具工作面振動定向控制技術,提出了多維超聲振動系統穩定性判斷準則與調控技術,實現了超聲加工系統工具工作面振幅的均勻穩定控制,保證了高性能零件加工表面一致性;研發了一體化刀柄及高效無線傳輸系統,突破了超聲裝備工程化應用的局限,解決了高速加工、空間受限以及自動換刀等工程應用難題;實現了超聲裝備與超聲刀柄的系列化與標準化,為在航空航天、精密工程、3C?等領域的大規模推廣應用奠定了基礎。

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  2017年,匯??萍技瘓F股份有限公司與河南理工大學展開產學研合作,應用該項目成果研發了系列超聲高速精密雕銑中心,HSK32E、ISO20、ISO25、BT30、BT40?等多系列超聲刀柄,全系列超聲口罩機焊接系統,大功率超聲電源及換能器系統等。部分產品成功應用于藍思科技、伯恩光學、比亞迪集團等3C?零件的精密加工,市場份額80%以上,并出口到美國、日本、德國、印度、英國等全世界多個國家。

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  2.數控機床及其關鍵功能部件可靠性技術與試驗裝備

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  榮獲科技進步一等獎,由吉林大學、沈陽機床股份有限公司、沈陽機床(集團)有限責任公司、煙臺環球機床裝備股份有限公司、長春禹衡光學有限公司共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金、國家“863”計劃課題,針對數控機床的可靠性理論與技術開展研究,歷經20?余年的產學研合作與持續積累,凝練出數控機床全生命周期可靠性技術路線,研發了數控機床及其關鍵功能部件的可靠性關鍵技術、研制了可靠性試驗裝備并工程化應用。

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  主要技術成果有:

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  (1)創新提出并研發了數控機床可靠性廣義設計技術。提出了針對數控機床技術特點的可靠性廣義設計技術理念,開發了基于模糊綜合和區間層次分析的可靠性分配設計技術、采用區間層次分析和相似比較法的可靠性預計設計技術、基于故障分析的可靠性增長設計技術和基于設計缺陷故障機理溯源與設計經驗積累的可靠性設計準則。

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  (2)創新提出并開發了數控機床可靠性綜合試驗技術。包括基于Bootstrap重抽樣和當量樣本法的可靠性現場試驗技術、靶向強化與主動激發故障隱患的早期故障試驗技術、源于現場工藝數據和切削試驗的數控機床多維載荷譜系編制技術、基于載荷譜步進應力的可靠性臺架加速試驗技術。四項技術構建了數控機床可靠性綜合試驗技術體系,為規范、高效地獲取可靠性數據提供了技術支撐。

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  (3)發明了利用電液伺服和發電測功技術進行靜動態切削力與切削扭矩模擬等系列的應力模擬新方法,研制了一批國內首創的能夠模擬復雜實際工況的關鍵功能部件可靠性測試與加速試驗系統。實現了國內對故障率最高的機械與電主軸、數控與動力伺服刀架、盤式與鏈式刀庫、編碼器與光柵尺等四大類關鍵功能部件在模擬復雜實際工況條件下進行可靠性加速試驗的能力從“0?到1”的突破。

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  (4)創建了包括樣本觀測值、點估計與區間估計等三類評估參數和覆蓋大樣本、小樣本與單機樣本等三類樣本容量的數控機床可靠性建模與評估技術體系。

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  (5)創建了具有可靠性建模、評估與故障分析功能的數控機床可靠性數據庫,積累了10余年來96萬臺時現場試驗與臺架加速試驗的4806條故障與維修數據。

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  3.航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統及應用

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  榮獲科技進步一等獎,由北京動力機械研究所、科德數控股份有限公司、清華大學、蘇州千機智能技術有限公司、武漢華中數控股份有限公司、北京市電加工研究所、北京理工大學共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金課題,開展了航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統的研究及應用。

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  創新成果有:

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  (1)創建了五軸高效數控編程與變余量補償技術方法。建立曲面光順優化方法與變軸擺線銑、粗精組合銑編程策略;提出變余量補償加工的在機測量路徑自動規劃、型面測量點云自動配準、模型重構與理論刀軌修正方法;開發出國產五軸CAM?系統,顯著減少試切迭代次數,實現在機測量加工一體化,編程與加工效率提升20%。

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  (2)提出了復雜構件加工精度綜合保障與主動控制方法。突破了機床零位快速標定與漂移修正、機床動態誤差分析與補償、溫度形變自動補償等綜合保障技術;發明了薄壁結構顫振在線抑制、偏心正交車銑變形補償、接刀痕跡消除等加工精度主動控制方法,顯著提升弱剛性構件的加工精度,復雜曲面輪廓精度達到0.06mm。

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  (3)發明了多信息傳感與融合的復雜構件智能加工技術。提出了主軸與伺服參數自適應控制算法、雙NURBS?曲線平滑插補與速度優化控制方法、工序參數智能決策算法,構建了多源信息動態感知與實時處理的智能全閉環加工系統,解決了“連續-離散-連續”生產過程導致的效率和精度損失問題,綜合生產效率提升30%。

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  (4)攻克了高效精密加工系統集成與故障診斷技術。突破了多品種、變批量柔性生產線規劃設計方法,解決了工件配送協同、離線裝配找正、換裝在線檢測難題,實現混流、柔性、拉式生產,OEE?指標提升至65%;提出了數控機床多類型故障診斷模型和可靠性迭代提升方法,MTBF?提升至2200小時。

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  項目建成國內首條全國產航天復雜構件數字化柔性生產線,完成9?類、10萬余件序批量生產,打破了國外高端制造工藝與裝備的技術封鎖,實現了航天動力復雜構件關鍵制造技術自主可控。

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  • 分類:行業動態
  • 作者:符祚鋼(協會市場部)
  • 來源:中國機床工具工業協會cmtba
  • 發布時間:2022-01-14 14:28
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  一、獲獎項目

    

  日前,2021年度中國機械工業科學技術獎評獎公示期結束,業界人士注意到,公示的366項建議鼓勵的項目中,有14項由機床工具專業評審組評審推薦的項目獲獎(見下表),其中一等獎3項、二等獎4項、三等獎7項。這些項目均經中國機械工業科學技術獎評審委員會審核批準,申報單位確認。

    

  2021年中國機械工業科學技術獎(機床工具專業)獲獎項目

    

  

    

  二、獲獎情況分析

    

  本年度參評項目獲獎比例偏低,獲獎項目數量不多,但項目質量較高,一些優秀項目因為受限于一等獎比例限制而只能按照排序規則授予二等獎。

    

  今年獲獎結果呈現以下幾個主要特點:

    

  第一、本年度獲獎項目比例較低。獲獎比例限制或將成為今后中國機械工業科學技術獎評選的常態。其原因,一是由于中國機械工業科學技術獎勵工作辦公室執行國家相關政策,對獲獎項目質量提出了更高的要求,因此對于獲獎項目比例越來越嚴格,并有進一步壓縮獲獎比例的趨勢。二是從2020年開始執行新的規定,要求項目授獎等級需要得到項目完成人的認可。有的項目對于獲獎等級期望較高,從而影響實際獲獎比例。

    

  第二、獲獎項目覆蓋的行業和學科廣泛。金切機床、成形機床、工具類(刀具、磨料磨具)、數控系統及控制、鑄造機械項目均有獲獎。

    

  第三、產學研用相結合的項目獲獎比例高,且高校、科研院所聯合企業申報的項目,獲得高等級獎項的比例較高。本年度獲得一等獎的3個項目中,有2個項目來自校企聯合申報。

    

  第四,2021年申報中國機械工業科學技術獎(機床工具組)的項目質量較高,競爭激烈。因評獎規則規定,必須嚴格遵守按申報項目數量的比例授獎,受此限制,很多優秀項目落選,令人惋惜。建議行業企業以及高校、科研院所積極申報,增加參評項目的數量。

    

  此外,從今年項目申報情況看,企業成為主要力量,體現了企業逐步成為技術創新的主體。在參評的項目中,企業申報以及企業聯合高校和科研院所申報項目占比82.4%。在行業和專業屬性方面,2021年度參與評審項目中,金切機床類項目占比47.1%,金屬成形類、工具類(刀具、磨料磨具)、鑄造類、數控系統和自動控制類、竹木加工機床類項目共占52.9%。

    

  三、部分獲獎項目簡介

    

  1.多維超聲精密加工系統設計理論與方法

    

  榮獲技術發明一等獎,由河南理工大學、中南大學、北京工研精機股份有限公司、北京衛星制造廠有限公司共同完成。該項目面向國家高端裝備零件對高性能制造的迫切需求,針對超精密高效加工、高性能齒輪表面高效率強化、高性能增材制造等面臨的挑戰和難題,開展了超聲加工系統精準設計理論與調控方法研究,突破了多項重大關鍵技術,研發了關鍵功能部件及裝備,打破了國外對超聲加工技術的壟斷,形成了完全自主知識產權的技術成果,實現了航空航天、國防、精密光學、3C 等領域關鍵零部件的高效精密制造,推動了我國特種加工技術與裝備領域的技術進步。

    

  主要技術發明點包括:

    

  (1)多界面復相材料聲學系統設計理論與方法。創建了均質單相和多界面復相材料聲學系統精準統一設計理論,填補了纖維/顆粒增強復合材料、硬質合金等多界面復相介質聲學系統設計理論的空白,研發了該類材料組成的耐高溫超聲刀柄、微孔螺紋超聲加工、超聲ELID復合加工等系統,為難加工材料關鍵零部件的精密高效超聲加工及微鑄鍛增減材復合制造提供了裝備支撐。

    

  (2)多維復雜聲學系統局部共振設計理論與方法。提出了多維超聲振動系統的局部共振設計理論與準則,突破了系統末端件必須嚴格按半波長整數倍設計的局限,發明了齒輪齒廓高效超聲加工與強化方法、大直徑軸承精密高效超聲磨削系統、大直徑精密缸體超聲珩磨系統等,解決了多維復雜聲學系統工程應用的精準快捷設計等難題,為航天軸承、高鐵齒輪、船舶大型油缸等高性能制造提供技術支撐。

    

  (3)非對稱結構復雜聲學系統統一設計理論與方法。提出了結構對稱與非對稱復雜聲學系統的統一設計方法,發明了超聲縱扭、徑扭、縱徑、雙彎曲等多維振動加工新技術,實現了同源同頻單/雙激勵超聲空間橢圓振動超精密加工,研發了多維振動超聲刀柄和異型刀具,為3C 產品和光學器件的高效精密低損傷制造提供了技術手段和裝備基礎。

    

  (4)多維復雜聲學系統設計共性技術。發明了工具工作面振動定向控制技術,提出了多維超聲振動系統穩定性判斷準則與調控技術,實現了超聲加工系統工具工作面振幅的均勻穩定控制,保證了高性能零件加工表面一致性;研發了一體化刀柄及高效無線傳輸系統,突破了超聲裝備工程化應用的局限,解決了高速加工、空間受限以及自動換刀等工程應用難題;實現了超聲裝備與超聲刀柄的系列化與標準化,為在航空航天、精密工程、3C 等領域的大規模推廣應用奠定了基礎。

    

  2017年,匯??萍技瘓F股份有限公司與河南理工大學展開產學研合作,應用該項目成果研發了系列超聲高速精密雕銑中心,HSK32E、ISO20、ISO25、BT30、BT40 等多系列超聲刀柄,全系列超聲口罩機焊接系統,大功率超聲電源及換能器系統等。部分產品成功應用于藍思科技、伯恩光學、比亞迪集團等3C 零件的精密加工,市場份額80%以上,并出口到美國、日本、德國、印度、英國等全世界多個國家。

    

  2.數控機床及其關鍵功能部件可靠性技術與試驗裝備

    

  榮獲科技進步一等獎,由吉林大學、沈陽機床股份有限公司、沈陽機床(集團)有限責任公司、煙臺環球機床裝備股份有限公司、長春禹衡光學有限公司共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金、國家“863”計劃課題,針對數控機床的可靠性理論與技術開展研究,歷經20 余年的產學研合作與持續積累,凝練出數控機床全生命周期可靠性技術路線,研發了數控機床及其關鍵功能部件的可靠性關鍵技術、研制了可靠性試驗裝備并工程化應用。

    

  主要技術成果有:

    

  (1)創新提出并研發了數控機床可靠性廣義設計技術。提出了針對數控機床技術特點的可靠性廣義設計技術理念,開發了基于模糊綜合和區間層次分析的可靠性分配設計技術、采用區間層次分析和相似比較法的可靠性預計設計技術、基于故障分析的可靠性增長設計技術和基于設計缺陷故障機理溯源與設計經驗積累的可靠性設計準則。

    

  (2)創新提出并開發了數控機床可靠性綜合試驗技術。包括基于Bootstrap重抽樣和當量樣本法的可靠性現場試驗技術、靶向強化與主動激發故障隱患的早期故障試驗技術、源于現場工藝數據和切削試驗的數控機床多維載荷譜系編制技術、基于載荷譜步進應力的可靠性臺架加速試驗技術。四項技術構建了數控機床可靠性綜合試驗技術體系,為規范、高效地獲取可靠性數據提供了技術支撐。

    

  (3)發明了利用電液伺服和發電測功技術進行靜動態切削力與切削扭矩模擬等系列的應力模擬新方法,研制了一批國內首創的能夠模擬復雜實際工況的關鍵功能部件可靠性測試與加速試驗系統。實現了國內對故障率最高的機械與電主軸、數控與動力伺服刀架、盤式與鏈式刀庫、編碼器與光柵尺等四大類關鍵功能部件在模擬復雜實際工況條件下進行可靠性加速試驗的能力從“0 到1”的突破。

    

  (4)創建了包括樣本觀測值、點估計與區間估計等三類評估參數和覆蓋大樣本、小樣本與單機樣本等三類樣本容量的數控機床可靠性建模與評估技術體系。

    

  (5)創建了具有可靠性建模、評估與故障分析功能的數控機床可靠性數據庫,積累了10余年來96萬臺時現場試驗與臺架加速試驗的4806條故障與維修數據。

    

  3.航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統及應用

    

  榮獲科技進步一等獎,由北京動力機械研究所、科德數控股份有限公司、清華大學、蘇州千機智能技術有限公司、武漢華中數控股份有限公司、北京市電加工研究所、北京理工大學共同完成。該項目依托國家科技重大專項、國家自然科學基金課題,開展了航天復雜構件五軸高質高效精密加工成套工藝與制造系統的研究及應用。

    

  創新成果有:

    

  (1)創建了五軸高效數控編程與變余量補償技術方法。建立曲面光順優化方法與變軸擺線銑、粗精組合銑編程策略;提出變余量補償加工的在機測量路徑自動規劃、型面測量點云自動配準、模型重構與理論刀軌修正方法;開發出國產五軸CAM 系統,顯著減少試切迭代次數,實現在機測量加工一體化,編程與加工效率提升20%。

    

  (2)提出了復雜構件加工精度綜合保障與主動控制方法。突破了機床零位快速標定與漂移修正、機床動態誤差分析與補償、溫度形變自動補償等綜合保障技術;發明了薄壁結構顫振在線抑制、偏心正交車銑變形補償、接刀痕跡消除等加工精度主動控制方法,顯著提升弱剛性構件的加工精度,復雜曲面輪廓精度達到0.06mm。

    

  (3)發明了多信息傳感與融合的復雜構件智能加工技術。提出了主軸與伺服參數自適應控制算法、雙NURBS 曲線平滑插補與速度優化控制方法、工序參數智能決策算法,構建了多源信息動態感知與實時處理的智能全閉環加工系統,解決了“連續-離散-連續”生產過程導致的效率和精度損失問題,綜合生產效率提升30%。

    

  (4)攻克了高效精密加工系統集成與故障診斷技術。突破了多品種、變批量柔性生產線規劃設計方法,解決了工件配送協同、離線裝配找正、換裝在線檢測難題,實現混流、柔性、拉式生產,OEE 指標提升至65%;提出了數控機床多類型故障診斷模型和可靠性迭代提升方法,MTBF 提升至2200小時。

    

  項目建成國內首條全國產航天復雜構件數字化柔性生產線,完成9 類、10萬余件序批量生產,打破了國外高端制造工藝與裝備的技術封鎖,實現了航天動力復雜構件關鍵制造技術自主可控。

    

   

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