襄阳华中科技大学先进制造工程研究院
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基于开放式数控系统的机床动态误差补偿技术研究” 项目

襄阳华中科技大学先进制造工程研究院作为主要研发单位,承担了由华中科技大学牵头申报的2014年湖北省科技重大专项“基于开放式数控系统的机床动态误差补偿技术”(2014AAA0007),国拨经费150万,自筹150万。课题由华中科技大学、襄阳华中科技大学先进制造工程研究院、湖北文理学院等三家单位联合完成,通过3年多的项目研发,已经完成了课题全部指标。2018年4月17日湖北省机械工程学会通过鉴定认为:项目对提高我国高端数控机床的设计制造水平具有重要意义,其整体技术达到了国际先进水平,同时项目获得了2018年湖北省科技进步二等奖。
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  项目简介

  襄阳华中科技大学先进制造工程研究院作为主要研发单位,承担了由华中科技大学牵头申报的2014年湖北省科技重大专项“基于开放式数控系统的机床动态误差补偿技术”(2014AAA0007),国拨经费150万,自筹150万。课题由华中科技大学、襄阳华中科技大学先进制造工程研究院、湖北文理学院等三家单位联合完成,通过3年多的项目研发,已经完成了课题全部指标。2018年4月17日湖北省机械工程学会通过鉴定认为:项目对提高我国高端数控机床的设计制造水平具有重要意义,其整体技术达到了国际先进水平,同时项目获得了2018年湖北省科技进步二等奖。

 

  项目亮点

  1、打破国外技术壁垒,掌握了核心知识产权,填补了国内空白

  目前,国外具有代表性的数控系统西门子公司开发了基于单轴的机床误差补偿系统,法兰克公司开发了机床误差综合补偿系统,它们提高了产品加工精度,为应用企业带来了巨大经济效益。然而,在高端装备数控技术领域,国外一直对我国进行技术封锁。为此,项目围绕“充实功能、提升性能、缩小差距、局部超越”的研发思路,对标西门子数控系统840D 补偿技术指标,通过产学研密切合作,以数控加工中心误差的检测方法和补偿实现两个难点为切入口,在突破加工中心全工作空间误差的测量、建模、补偿、系统开发与集成等关键技术基础上,开发了与数控系统集成的机床空间误差补偿系统,满足了高端数控加工中心精密加工的要求,填补了国内空白。项目获得一批重要知识产权,授权发明专利4项,实用新型专利5项,登记软件著作权2项,出版专著2部,发表SCI/EI/核心期刊论文6篇。

  2、加大推广应用力度,产生了显著的经济效益

  项目通过关键技术研发,形成了与数控系统无缝集成的机床空间误差补偿系统,通过测试验证,在功能、性能方面,达到了西门子数控系统误差补偿的技术水平,部分功能实现了创新性超越。截至到目前,项目成果已在机床制造企业、机床用户及以及数控系统企业得到了应用验证,应用企业主要包括武汉华中数控股份有限公司、东风楚凯(武汉)汽车零部件有限公司、沈阳精锐数控机床有限公司、宝鸡机床厂、东风活塞轴瓦有限公司、湖北江山数字设备科技有限公司、湖北万盟数控机床有限公司、北京159厂、北京机床研究所、江西佳时特精密机械有限责任公司、上海交大智邦科技有限公司等,应用四年来实现产值4.2亿元,新增利润超过了2800万。

 

  主要做法

  1、针对加工中心多轴联动耦合所形成的空间误差难以测量的问题,提出了一种可直接测量多轴联动耦合引起的任意位置空间误差的方法,该方法也可以实现加工中心空间4条体对角线三项误差的测量,由此可以用来评价加工中心的精度状况,也可以用来验证加工中心空间误差的补偿效果。通过该方法建立了空间误差模型,有效减少了运算量,提高了实时补偿精度。

  2、针对加工中心热误差与空间误差所形成的综合误差补偿问题,建立了基于空间网格位置分析和实时采集温度场特征的综合误差模型,将加工中心的全工作空间看成若干网格,根据加工中心补偿精度的要求,选择相应的网格大小。该方法综合了加工中心静态几何误差和动态热误差的建模方法,将综合误差模型表达式分离为位置影响项和温度影响项,位置误差影响项采取空间网格的补偿形式,温度误差影响项采取实时采集补偿,通过该方法建立的模型,实现了高精度空间误差综合补偿。

  3、基于华中8型二次开发平台,开发了一种基于交叉轴联动补偿的机床空间误差补偿系统,该系统包含了定位精度补偿、重复定位精度补偿、直线度误差补偿、垂直度误差补偿、角度误差补偿、热误差补偿等模块,通过直接测量获取加工中心全工作空间特征点误差,在加工中心运动时根据加工中心空间位置,采取交叉轴联动补偿机制,实现了加工中心的空间误差实时综合补偿功能,补偿精度更高。

 

1

 

测量仪器与数控系统集成前后对比

 

4

 

补偿误差数据由手工输入改成一键输入

 

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误差补偿系统界面

 

5

 

应用测试现场1

 

2

 

应用测试现场2

 

5

 

  应用测试报告

  与台湾大学名誉教授、长江学者范光照教授开展“导轨多自由度运动误差测量仪器”和“双驱龙门数控机床精度测量系统”项目合作。

 

6

 

  目前,技术成果已在宝鸡机床、工研精机、沈阳精锐、江山华科、苏州胜利精密、东风楚凯、东风活塞、南昌佳时特等上十家机床制造企业和用户单位得到应用。

 

 

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发布时间:2019-04-04 00:00:00

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