瞄准“十大技术难题”之第一难 ——龙城实验室致力“工业母机”精度快速测评技术研究

□本报首席记者 姜小莉

7月底，在智能制造龙城实验室的机床精度保持性研究与性能测试基地，技术人员正加紧开展动态载荷下栓接结合面接触参数演化规律测试、工业母机主轴精度加速退化试验、振动条件下工业母机整机精度加速退化试验。

一台高达6米的巨型设备，不间断地运行着。这是由龙城实验室与大连理工大学联合研发的全球首套载重20吨的工业母机精度保持性快速测试装备。借助它，工程师们可以通过设置温度、振动、湿度等参数，连续高强度模拟机床的实际工作环境，监测与测试各种条件下的机床运行状态与精度状况，并对机床出现的精度退化情况开展原因剖析。

龙城实验室的研究人员希望通过大量的试验和测试，最终能突破工业母机精度保持性快速测评技术。

“工业母机精度保持性的快速测评”，不久前被中国科协评为2024中国“十大工程技术难题”之首。

精度为何如此重要？

工业母机是对金属或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所需形状、尺寸和表面质量的机器。通常可以把工业母机理解为“制造机器的机器”。

“精度，作为衡量母机性能的关键指标，其重要性不言而喻。它不仅直接关联到加工零件的精确性和最终产品的质量，还深刻影响着企业的生产效率与成本控制。”龙城实验室副主任刘阔说。

一台高精度的母机，就像是一位经验丰富的工匠，能够精细地调控加工过程中的每一个细节，从零件的位置定位到尺寸的精确切割，再到形状的完美塑造，每一步都力求精准无误。这种高精度不仅减少了因加工精度超差导致的返工和材料浪费，还显著提升了产品的整体质量和一致性，有助于增强企业的市场竞争力。

但是，如果工业母机的精度较低或者无法长时间保持，加工出的零件可能会出现尺寸偏差、形状扭曲等问题，导致产品无法达到预期的性能要求。在航空航天、国防军工、汽车等精密制造行业中，这种质量问题可能会引发严重的安全隐患，甚至导致灾难性后果。

刘阔介绍，影响工业母机精度保持性的因素众多，从机械结构上来说，大体可分三大类，即基础件的蠕变、静结合面的松动、动结合面的磨损。

为什么难？

“保持工业母机精度之所以成为一项复杂且极具挑战性的技术难题，根源在于其涉及时间和空间维度上以及内外部工作条件的相互作用与影响。”刘阔说。

首先，工业母机的精度项繁复多样，包括但不限于定位精度、直线度、垂直度、主轴回转精度等，每一种精度指标都直接关联到工业母机的加工质量与效率，但各自对加工性能的贡献方式和影响程度又不相同。

其次，精度保持性与工业母机的结构设计、构件材料、装配工艺、服役工况等各方面息息相关。受服役过程中温度、振动、切削力等多种载荷交互作用，工业母机设计制造过程中的微小偏差，会在长期服役过程中逐渐放大，对精度造成不可逆的影响。

因此，工业母机精度的长时保持不仅需要深厚的理论基础作为支撑，还需要先进的测试技术与维护手段的配合。

据了解，德国、日本等国家，工业母机研制起步早，积累了大量的精度退化数据，支撑产品经过数轮迭代升级，精度保持能力国际领先。我国工业母机研制起步较晚，产品迭代升级滞后，精度退化数据严重匮乏，难以支撑国产工业母机设计、制造等方面的快速迭代优化。

如何突破？

作为我市重点打造的创新平台，龙城实验室的主要研究方向之一就是“工业母机精度保持性的快速测评”。

目前，实验室18000平方米的机床精度保持性研究与性能测试基地已完成建设，整机与主轴精度保持性加速测试平台、多种机床专用智能监测与调控系统等自主研发的仪器设备都已安装完毕。“在以前的精度保持性测试中，我们需要在服役环境下对机床进行跟踪监测，测试时间动辄数月乃至数年。现在通过这些大型设备，可以在一个月甚至一周的时间内，加速机床及其功能部件的精度退化过程，为国产机床的加速迭代提供数据支撑，让我们更快地追赶国际先进水平。”智能制造龙城实验室技术人员赵地说。

事实上，国内对工业母机精度退化规律与机制的研究远远不够，精度保持性快速测评技术的突破需要进行大量的试验尝试。

目前，龙城实验室正在全力攻关工业母机多应力加速退化试验技术，并持续研制系列工业母机关键功能部件精度保持性快速测试装置。未来，实验室将逐步构建工业母机精度保持性快速测评理论体系与技术框架，配套建立“云脑”数据库，为行业提供数据支撑与智能分析，更好服务工业母机领域新质生产力发展，力争打造国际领先的工业母机精度保持性快速测试基地。