重型龙门数控机床面实验、研究与应用

信息来源：发布时间：2021-12-18 09:51:00

重型龙门数控机床面实验、研究与应用

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	本课题以 2780、2890 与 28105 三种类型的重型机床国产化开发的实际需求为背景，对重型龙门数控机床结合面动静态特性进行试验研究与应用，建立与完善结合面实验研究装置，对结合面动静态特性进行测试与分析，研究结合面动静态特性辨识与建模方法及工具，建立结合面的特性实验数据库与模型库、机床动静态模型库和机床动静态特性测试与评价数据库，开发相应的分析、建模、求解工具以及数据库与模型库管理工具
应用范围	为5-12米跨距的动梁和定梁重型移动式龙门车铣复合机床提供分析与设计的基础力学特性和结合面应用平台。已有应用情况：完成 3 台龙门跨度分别达到 8 米、9 米和 10 米的重型桥式龙门数控机床的开发与制造，形成针对大型龙门机床的建模仿真与分析计算的工具一套。
技术优势	课题完成了3台龙门跨度分别达到8米、9米和10米的重型桥式龙门数控机床的开发与制造，合同造价超过2亿元人民币。课题成果在上述三种型号的重大专项产品应用的基础上，还可为重型立车、落地镗等其他类型的重型机床及大型结构件与功能部件的动静态特性建模与分析提供借鉴

1.重型龙门数控机床面实验、研究与应用

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	本课题以 2780、2890 与 28105 三种类型的重型机床国产化开发的实际需求为背景，对重型龙门数控机床结合面动静态特性进行试验研究与应用，建立与完善结合面实验研究装置，对结合面动静态特性进行测试与分析，研究结合面动静态特性辨识与建模方法及工具，建立结合面的特性实验数据库与模型库、机床动静态模型库和机床动静态特性测试与评价数据库，开发相应的分析、建模、求解工具以及数据库与模型库管理工具
应用范围	为5-12米跨距的动梁和定梁重型移动式龙门车铣复合机床提供分析与设计的基础力学特性和结合面应用平台。已有应用情况：完成 3 台龙门跨度分别达到 8 米、9 米和 10 米的重型桥式龙门数控机床的开发与制造，形成针对大型龙门机床的建模仿真与分析计算的工具一套。
技术优势	课题完成了3台龙门跨度分别达到8米、9米和10米的重型桥式龙门数控机床的开发与制造，合同造价超过2亿元人民币。课题成果在上述三种型号的重大专项产品应用的基础上，还可为重型立车、落地镗等其他类型的重型机床及大型结构件与功能部件的动静态特性建模与分析提供借鉴

2.钛合金复杂梁框类构件五轴加工机床与工艺

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	本项目针对飞机复杂结构钛合金梁、框类零件加工，研制大型、大扭矩五坐标联动数控机床，同时针对钛合金梁、框类复杂零件的加工，研究重切削工艺系统的动刚度与抑振技术、切削参数优化技术、五轴加工编程技术、轨迹误差补偿技术以及机床综合性能测试技术，提出提高本类机床可靠性和精度稳定性的具体方法，设计了一套综合性能验证性实验和实验操作规范，对设备进行整体性能评估。并在沈飞大型复杂飞机结构复杂零件制造中应用，为航天航空制造业提供机床装备与制造工艺等全套解决方案。
应用范围	目前，国内机床行业虽然在五轴联动机床研发方面取得了一定的进展，但总体而言，与国外五轴联动数控设备相比，还存在差距，对五轴联动机床加工工艺的研究与应用更是鲜有成功案例。而国产航空飞机结构件呈现出“大型钛合金结构件比例逐渐增大、高性能复杂曲面整体结构大件增多，结构越来越复杂，几何精度要求不断提高”的发展趋势，这使得大型钛合金复杂梁框类结构件的数控加工已成为航空工业新机研制的瓶颈。因此，市场对钛合金五轴联动机床与配套工艺的需求量巨大。
技术优势	课题完成了钛合金复杂梁框类构件五轴加工机床与工艺的攻关项目，通过 5 年攻关，课题重点突破了重型、大扭矩五轴数控龙门铣床的结构设计与部件配置、可靠性与精度控制技术、钛合金切削工艺与抑振技术、机床性能分析与误差补偿技术以及钛合金材料复杂构件五坐标编程与加工技术，成功地研制出了用于飞机大型梁、框等钛合金复杂结构件加工的重型、大扭矩数控五轴龙门铣床

3.新型液体压力能回收装置

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	国外压力能回收装置发展较成熟，产品已实现商业化；相比而言我国研究起步晚、差距大，关键技术被国外掌握并受到技术封锁，此外，国内研究局限于重复、效仿国外产品，尚未提出创新性产品。目前国内仍依靠进口价格高昂的国外装置。在分析已商业化产品缺点后，成功研发了一款新型液体压力能回收装置，并对其进行了性能测试。本产品不但可实现压力能回收功能，突破国外技术封锁，而且关键性能达到甚至超越了国外先进产品水平。产品优势如下：1）回收系统紧凑，运行时不需要辅助设备；2）密封性能优异，超越国际平均水平，消除了泄漏对目前产品性能的影响；3）装置压力损失低，回收效率高于国际平均水平；4）初投资低。
应用范围	反渗透海水苦咸水淡化、合成氨、电厂、污水处理等涉及高压液体直接排放或节流处理的各领域。已有应用情况：正在与需求商进行产品应用方案的讨论与协商。
技术优势	本项目寻求有应用需求的企业进行产品推广，并计划引进投资，用以高压工况下装置的中试研究以及产品的初步商业化。由于我国长期依赖进口（一套进口装置价格在几千万元人民币），尚未有自主产品实现商业化，而且本产品性能高、成本低，因此收益情况十分乐观。本项目不但对我国工业发展有一定促进作用，而且可缓解我国淡水危机、造福社会

4.海水液压泵关键技术及产业化

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	水液压传动技术是当前流体传动与控制领域的一个前沿热点研究方向，在高层建筑灭火、食品加工、高压水射流清洗、潜器浮力调节、水下液压机械手及作业工具等方面具有广泛的应用前景。北京工业大学流体传动与控制中心经过长期实验和实践积累，在国内水液压技术方面具有领先优势，通过国家 863、国家自然科学基金等项目资助，已经掌握海水液压泵的关键技术，并成功研制出多台高可靠海水液压泵样机，样机采用全水润滑的盘配流轴向柱塞式结构，其额定工作压力可达 14MPa，额定转速 1500r/min，工作流量在 100L/min 左右，容积效率约为 85%，也可根据需要进行系列化设计，满足不同工作压力和流量需求。
应用范围	作为海水液压系统的动力元件，海水液压泵在反渗透海水淡化系统、水下作业工具系统、高压细水雾灭火系统、核动力装置以及舰船舱底疏水系统等领域具有广泛应用。
技术优势	目前国内海水液压泵主要依赖进口，海水液压泵在海水淡化、高压水清洗等装置中需求量巨大，如果能够实现国产批量化制造，压力 14MPa，流量 100L/min 的高压水泵生产成本应该可以控制在 2.5 万元/台以内，市场销售应该不低于 6 万元/台，具有巨大的市场和利润空间。可以选择灵活的合作方式，技术转让、技术入股、合作开发均可。

5.齿轮测量成套技术及仪器

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	新材料
成果简介	本项目围绕齿轮测量技术与仪器，针对齿轮测量新技术、小模数齿轮测量、齿轮传动误差测量、齿轮测量仪器校准等展开技术攻关，通过研发新仪器解决工业生产中的齿轮测量问题。主要取得了如下成果：①发明了齿轮波度样板（GWA-Shi）；②研制了双球渐开线样板；③针对生产现场大批量成品齿轮的快速测量问题，提出了齿轮双面啮合多维测量原理；④面对小模数齿轮单啮测量这个世界性难点，提出了小模数齿轮单面啮合“双向驱动同步测量”新原理；⑤提出了单齿式齿轮整体误差测量方法；⑥研制了面齿轮测量仪。近 5 年，项目发表论文 65 篇，授权发明专利 8 项，实用新型专利 3 项，获侨界创新成果奖
应用范围	汽车、工程机械及齿轮生产企业等。已有应用情况：部分产品已应用于企业实际生产。
技术优势	我国是世界上第二大齿轮生产国，高端齿轮测量仪器基本依靠进口，本项目投资 500 万元，可实现产业化，预计年销售量在 200 台（套）左右，按每套平均 30 万元计算，年销售额可达 6000 万元。

6.特大型齿轮激光跟踪在位测量系统

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	新材料
成果简介	目前，国内外主要利用三坐标测量机和齿轮测量中心进行大齿轮的测量，这种仪器可测量的齿轮最大直径不超过 5m，且价格昂贵。本项目利用激光跟踪仪的大尺寸测量和三坐标测量机的高精度测量能力，将两者结合起来，利用激光跟踪仪进行被测齿轮和三坐标测量平台定位，利用三坐标平台完成齿轮特征线高精度测量，研制出可测量外径Ф3000~10000mm、最小模数 6mm、精度 6-7 级及以上，具备测量齿轮几何参数、齿廓、齿向（螺旋线）、接触线、齿厚及齿面拓扑误差等功能的特大型齿轮测量系统，填补了直径达 10m 的大型齿轮测量空白。项目获国家发明专利 14 项，软件著作权 7 项，发表论文 20 篇
应用范围	航空航天、工程机械、大型机电设备生产企业等已有应用情况：已在北方重工集团进行示范应用
技术优势	具备三坐标机生产能力的企业，几乎不要额外的投入，该系统可以满足国内对该类仪器的需求，按年需求量 5 台，每台售价 300 万元计算，可实现年销售额 1500 万元左右。

7.高功率超短脉冲激光传输光纤

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	北工大基于国家自然科学基金项目，制备了高性能的无节点空芯反谐振光纤，该光纤纤芯为空气结构，这就避免了材料的吸收，可以大大提高光纤的损伤阈值，进而可用来传输高功率超快激光。这种高性能无节点空芯反谐振光纤利用改装的特种光纤拉丝塔通过堆积和拉制的方法拉制而成。目前，国际范围内仅有少数科研单位和一家法国 GLOPhotonics 公司具有制备该光纤的能力，并且销售价格较高（约¥20,000 元/米），阻碍了其工业化应用进程
应用范围	高功率超短脉冲激光柔性传输用于激光精细加工和激光 3D 打印。
技术优势	现有两套光纤拉丝塔，在不耽误正常科研进度的情况下，每周可以拉制长度1km以上的空芯反谐振光纤，完全可以满足市场需求。现阶段需要投入约100万资金用于购买光纤铠装设备和部分光学器件精密加工设备，用于保护光纤和加工激光输出头。另外，每年还需要投入大约20-50 万，用于购买高纯石英材料和拉丝塔的日常维护。随着工业应用的高功率超短脉冲激光技术成熟，超快激光精密加工市场将会呈现突飞猛进的发展，预计高功率超短脉冲激光传输光缆市场规模将会很快突破亿元大关，而目前只有德国PhotonicsTools一家公司在生产这种传输光缆，并且其并不具备光纤拉制能力

8.数控加工设备智能监控技术

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	本项目为了保证机械加工零件的加工精度和零件机械性能，利用压电驱动技术和柔性铰链技术设计三自由度的智能柔度可控精密工作台，通过主动在线监测切削/磨削力调整工作台三个自由度方向的柔度，补偿加工工艺系统因弹性变形导致的加工误差；利用多传感器信息融合对加工过程进行智能监控，快速判别加工异常状态，保证加工过程平稳运行和提高机床使用寿命；利用阻尼减振技术提高切削加工系统抗振性能，降低动态切削力以保证零件加工表面质量；建立数字化加工车间质量及加工设备运行状态网络智能监控系统，实现设备状态和产品质量信息的有效融合，保证设备使用率和产品质量
应用范围	航空航天等领域关键零部件的机械加工及数字化工厂。已有应用情况：在航天及相关制造企业，部分关键成果已得到推广应用。
技术优势	基于该项目成果开发的多种数控机床加工过程精度补偿装置和加工振动控制装置，可以作为相关机床附件或标配件，能够极大提高现有机械加工设备的加工精度和加工质量。

9.埋地钢质管道外腐蚀检测综合评价系统

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	项目是在综合评价埋地钢质管道的土壤腐蚀性、杂散电流干扰、外防腐层状况、阴极保护效果、排流保护效果以及管体剩余强度、剩余寿命等基础上，设计开发的一套具有完全自主知识产权的埋地钢质管道外腐蚀检测综合评价系统，能够针对外腐蚀检测结果对埋地钢质管道的安全状况进行综合评价，给出安全等级，适用于埋地长输油气管道、站场管道、成品油管道、城市燃气管道的外检测综合评价，已纳入“基于风险的埋地钢质管道外损伤检验与评价”和“埋地钢制管道腐蚀防护工程检验”国家标准.获计算机软件著作权 30 余项，获得国家安监总局“安全生产科技成果奖”、国家质检总局“科技兴检奖”等科技奖 5 项以及国家安监总局安全生产科技优秀推广项目
应用范围	可广泛应用于油气长输管道、城市燃气管道、站场管道等埋地钢制管道的不开挖外检测及评价。已有应用情况：项目成果已在天津市燃气高压管网、西宁市燃气管网和上海、南京、海南、珠海、张家口等城市部分燃气管道以及中石油、中石化、中海油长输管道与集输管道上获得推广应用。
技术优势	通过管道现场技术服务以及销售管道外腐蚀评价软件实现投资回收，目前埋地管道的检测费用在 3000 元/千米-10000 元/千米不等，按每千米 5000 元计算，每年承揽 1000 千米的管道检测任务，年效益约 250 万元；每套软件定价 1 万元，每年销售 200 套，年利润 120 万元左右。

10.油井三相自动计量与远程监控系统

	成果完成人	殷晓强 / 邓鈺珂
	所属行业	先进制造
成果简介	油井多相自动计量技术解决了传统分离器计量和人工含水计量存在的计量误差大以及油田进入中后期开发阶段出现的低液量、低含气、间歇出油井无法计量的问题，填补了国内外油井计量的空白。（1）高效分离：柱式旋流分离、重力分离、气液平衡自调节等一体化新技术；（2）三相的准确计量：先进的计量仪表与科学的含水计算方法；（3）适用不同油气比条件下的计量，工况范围广；（4）特殊工况：高含水、低液量、大气量、稠油、稀油、间歇出油等；（5）单井与分队油井实时连续计量；（6）多井控制的定时单井计量；（7）适用范围广，满足油田采用队、计量站、联合站、集输站、海上平台等油井计量的需要。
应用范围	陆上或海上生产油井的油气水多相计量。已有应用情况：已在中石化胜利油田滨南采油厂、河口采油厂、纯梁采油厂、临盘采油厂等多个计量站进行推广示范。
技术优势	油井自动计量系统分为单井计量、多井计量、分队计量、联合站计量、车载式计量几种规格，成本从 5 万元到 50 万元不等，以多井计量为例，单套计量系统在 30 万，投资规模 600 万元以上。