科技日报2018.12.8：报道我校和嘉泰数控科技股份有限公司合作研发的“数控机床创新设计技术及应用推广”项目
他们突破高档数控机床三大“卡脖子”技术
原创 科技日报 2018-12-08 12:23:32
柯怀鸿 曾宪平 科技日报记者 谢开飞
这是国内高档数控机床领域可喜的“突破”：项目实施以来，相关产品相继填补国内空白，突破了国外技术壁垒，取代了进口同类产品，使门型小五轴加工中心价格控制在一百万元以内，同比国外降低20%，510系列钻铣中心价格比国外同类产品更是降低30%以上！
12月7日，记者从福建工程学院获悉，由该校和嘉泰数控科技股份有限公司合作研发的“数控机床创新设计技术及应用推广”项目，获得刚刚颁发的2017年度福建省科学技术奖一等奖。目前，该系列产品获得国际ECM认证，获准欧盟销售，也被瑞声精密、中国南车和比亚迪等企业的采购为生产装备。
填补国内空白的五轴联动加工中心数控机床
他们突破高档数控机床三大“卡脖子”技术
填补国内空白的五轴联动加工中心数控机床
机床作为“工业之母”，是一个国家制造业水平的象征。随着信息技术、网络技术的发展，以数字化制造技术为核心多功能并有的高档数控机床，广泛应用于航天航空、船舶、精密仪器等高端制造领域。由于国内起步较晚，高档数控机床产能不足、严重依赖进口，而且关键核心技术被欧美及日本厂家所垄断，导致产品售价高昂。
“数控机床设计包括五大件结构设计、功能部件设计选择和数控系统选择；而高端数拧机床的设计难点除此以外还包括提升整机动态性能、设计高速控制和远程故障诊断系统，这三大‘卡脖子’技术难点。”项目负责人、福建工程学院机械与汽车工程学院副院长彭晋民说。该项目组从2009年开始，在福建省和泉州市科技部门和经信委的支持下，对高速高精数控机床创新设计技术进行攻关。
数控机床在高速加工时，主轴加工转速在10000r/min以上的工况下会发生高速震颤，极大影响加工精度，这第一个“卡脖子”技术难题如何克服？
“为解决这一技术难题，我们发明了‘导轨结合面测试平台’，建立结合面动态特性数据库并应用于机床动力学模型分析。”彭晋民说，此举突破了可移动结合面刚度和阻尼难以获取的技术瓶颈，解决了机床高速加工中由于颤振造成加工精度低的问题，并以此开发出五轴联动立式加工中心“门型”结构和高速钻铣中心机三轴重叠结构。
此外，机床在高速高精加工下时，常因为数控系统不具备实时，插补算法而造成速度突变并带来额外冲击力。为了保证数控系统实时控制，项目组开发出“面向高速高精加工的NURBS曲线插补器”实现速度平滑插补，解决了速度规划曲线中尖角问题，也能实现参数矢量的快速离散，避免误差累积，还突破了算法难以实现的实时性瓶颈。“该插补器已应用于数控系统，实现了补偿速度突变造成的误差并减小了进给速度的波动幅值。”彭晋民说。
调试门型立式五轴加工中心产品
他们突破高档数控机床三大“卡脖子”技术
调试门型立式五轴加工中心产品
目前，业界常用的机床故障诊断系统大多是现场分布式的且通过数控系统报警获取较少故障类型。由于各类故障表征的信号各不相同，其与故障的对应关系又是整个故障诊断系统最突出的技术难点，采集、传输和诊断数控机床各类信号是故障诊断系统的关键。如何破解？
“项目组开发出的‘数控机床远程故障监控与故障诊断系统’正是解决了这一难点。”彭晋民解释，将机床工作状态数据、环境数据通过嵌入数控系统的终端采集、处理和数据压缩，由局域网或4G模块传输至中心服务器，服务器运用自行发明的“诊断系统软件”，结合故障树分析与规则推理方法，确定故障类型。
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