2022年機床工具專業(yè)“機械工業(yè)科學技術(shù)獎”項目申報及獲獎情況分析
2022-11-4 來源：機床協(xié)會 作者：-
日前，2022年度機械工業(yè)科學技術(shù)獎評獎公示期結(jié)束，業(yè)界人士注意到，有多項機床工具項目獲獎，今對“2022年度機械工業(yè)科學技術(shù)獎”機床工具專業(yè)申報及獲獎情況做簡要分析。
一、項目申報情況
2022年度機械工業(yè)科學技術(shù)獎機床工具專業(yè)組申報項目合計41項，與上年度相比增加7項，增幅20.6%。今年機械工業(yè)科學技術(shù)管理委員會增加了網(wǎng)評流程，網(wǎng)評通過率整體控制在70%，通過網(wǎng)評的會評項目29項。在29個項目中，有4個項目申報技術(shù)發(fā)明獎，25個項目申報科技進步獎。
2011年至2022年申報機械工業(yè)科學技術(shù)獎（機床工具專業(yè)）項目數(shù)量情況見表1。
表1 2011-2022年機械工業(yè)科學技術(shù)獎（機床組）項目申報數(shù)
在進入會評的29個項目中，企業(yè)申報的項目22項，占比75.9%，企校（校企）聯(lián)合申報7項，占比24.1%，企業(yè)成為2022年申報“機械工業(yè)科學技術(shù)獎”的主要力量，體現(xiàn)了企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的主體。
參與評審的項目在行業(yè)和專業(yè)屬性方面，金切機床類項目10項，占比34.5%；金屬成形類項目8項，占比20.6%；鑄造類項目5項，占比17.2%；工具類（刀具、磨料磨具）項目2項，占比6.9%；自動控制和生產(chǎn)線類項目2項，占比6.9%；機床功能部件和附件類項目2項。參評項目在行業(yè)和專業(yè)覆蓋面上比較廣，金切機床、成形機床和鑄造類項目是申報機床工具組科技獎的主力軍，鑄造類項目今年增加比較多。
二、獲獎情況及分析
經(jīng)機械工業(yè)科學技術(shù)獎機床工具專業(yè)評審組評審以及機械工業(yè)科學技術(shù)獎評審委員會審核批準，申報單位確認，最終確定16個項目獲獎，獲獎比例為39%。16個獲獎項目中，特等獎1項，一等獎1項、二等獎7項、三等獎7項。2022年度機械工業(yè)科學技術(shù)獎機床專業(yè)獲獎項目見表2，2011-2022年歷年機床工具專業(yè)獲獎情況見表3。
表2 2022年機械工業(yè)科學技術(shù)獎（機床工具專業(yè)）獲獎項目
表3 2011-2022年機床工具專業(yè)歷年獲獎情況
盡管2022年度機械工業(yè)科學技術(shù)獎機床工具組申報項目不多，但項目質(zhì)量較高，獲得特等獎1項，一等獎1項。獲獎結(jié)果具有以下幾個特點：
第一、本年度獲獎項目比例歷年偏低。獲獎比例低或?qū)⒊蔀榻窈髾C械工業(yè)科學技術(shù)獎評選中的常態(tài)。其原因，一是由于獎勵辦公室執(zhí)行國家相關(guān)政策要求，對于獲獎項目比例有嚴格要求。二是今年執(zhí)行新的規(guī)定，本年度各等級指標數(shù)根據(jù)申報單位在申報時所填報的等級予以設定，申報單位可以選擇一等獎以上、一等獎或二等獎、二等獎、二等獎或三等獎、三等獎和均可6種選項，如果發(fā)生評審等級低于提名等級的項目不予確認。2022年度，機床工具組會評項目中，有7個項目由于申報的等級高于實際評審的等級，項目申報單位對于項目獲獎有較高的期望，從而放棄獲得低于申報等級的獎項。由于規(guī)則是按本行業(yè)申報項目總數(shù)的一定比例分配獲獎名額，為爭取更多的行業(yè)創(chuàng)新成果獲得表彰的機會，還需要行業(yè)企業(yè)、研究機構(gòu)、大專院校更加廣泛的參與。
第二、獲獎項目覆蓋的行業(yè)和學科廣泛。金切機床、成形機床、鑄造機械、工具類（刀具、磨料磨具）、控制技術(shù)及生產(chǎn)線、功能部件和附件項目均有獲獎。
第三，高等級獲獎項目集中來自企校、校企聯(lián)合申報項目。本年度獲得特等獎和一等獎的項目來自企校和校企聯(lián)合申報。獲得二等獎的7個項目中，5個項目來自企校聯(lián)合申報，2個來自企業(yè)申報。獲得三等獎的7個項目全部來自企業(yè)申報。企業(yè)在編寫申報材料時，有可能對技術(shù)描述集中在應用效果方面，而對技術(shù)理論和數(shù)據(jù)上的分析有欠深入，今后申報時需多加注意。
第四，2022年申報機械工業(yè)科學技術(shù)獎（機床工具組）的項目質(zhì)量很高，競爭激烈。由于各個等級對獲獎比例有嚴格要求，同時，發(fā)生評審等級低于提名等級的項目不予確認，使得很多優(yōu)秀的項目落選，令人惋惜。
三、部分獲獎項目介紹
1．強激光光學元件超精密制造技術(shù)、成套裝備研究及應用
榮獲技術(shù)進步特等獎。由中國工程物理研究院激光聚變研究中心、中國兵器科學研究院寧波分院、哈爾濱工業(yè)大學、廈門大學、中國工程物理研究院機械制造工藝研究所、上海中晶企業(yè)發(fā)展有限公司、北京微納精密機械有限公司、中國工程物理研究院共同完成。項目遵循工藝牽引、裝備與工藝深度融合的總體思路，提出基于超精密形面創(chuàng)成的確定性控形流程制造新方法，創(chuàng)新高動態(tài)特性超精密光學制造機床設計，發(fā)明高性能工具及核心功能部件，構(gòu)建強激光光學元件超精密制造技術(shù)體系，自主研發(fā)成套裝備，社會效益巨大。創(chuàng)新點如下：
（1）提出“光學表面超精密創(chuàng)成+全空間頻段誤差確定性控制”的強激光光學元件全流程工藝方法，自主研制了 26 臺套超精密光學元件加工系列裝備，建成了平面、非球面等3條強激光光學元件先進制造示范線，實現(xiàn)了納米級形狀精度、納米級波紋度、亞納米級粗糙度的大口徑強激光光學元件高效高精度制造。
（2）研制了高精度快速拋光機床，解決了基準面精密快速成形加工問題；研制了單點金剛石超精密機床，解決了大口徑晶體亞納米表面粗糙度切削加工難題。
（3）針對非軸對稱非球面光學元件高效制造，發(fā)明了特殊的拋光算法，研發(fā)出氣囊、磁流變、離子束等系列數(shù)控拋光設備，保證了元件高效制造需要。
（4）發(fā)明了大尺寸柔性拋光盤形狀誤差在位檢測及精密修整技術(shù)，研制了平面快速拋光機床和全口徑補償拋光機床，提高了拋光材料去除效率，大幅提升了平面類元件制造效率。
2．高速精密數(shù)控機床誤差控制關(guān)鍵技術(shù)及應用
榮獲技術(shù)發(fā)明一等獎。由西安交通大學、廣州數(shù)控設備有限公司、浙江海德曼智能裝備股份有限公司、寶雞機床集團有限公司、武漢華中數(shù)控股份有限公司、無錫超通智能制造技術(shù)研究院有限公司共同完成。項目在國家973及04專項等支持下，圍繞機床熱誤差、空間輪廓誤差、主軸高速不平衡誤差等影響數(shù)控機床精度及穩(wěn)定性的難題，在機床空間及動態(tài)誤差的建模與補償批量化工程應用、主軸高精度在線動平衡等方面取得了首創(chuàng)性技術(shù)突破，實現(xiàn)了國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)等功能部件誤差控制能力和機床精度及穩(wěn)定性的顯著提升，開發(fā)自主可控的國產(chǎn)數(shù)控機床，解決了航空航天、精密模具、汽車制造等行業(yè)關(guān)鍵零部件的精密制造難題。主要發(fā)明如下：
（1） 提出了機床熱誤差標準化建模與智能優(yōu)化方法，發(fā)明了具有參數(shù)自校正功能的熱誤差建模和補償軟硬件模塊，首次實現(xiàn)了同類機床熱誤差模型的批量化穩(wěn)定應用。
（2） 發(fā)明了機床摩擦動態(tài)誤差自適應控制技術(shù)，提出了考慮刀具空間矢量的機床空間幾何誤差測量與辨識方法，解決了機床配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的空間輪廓誤差補償批量化應用難題，使普通機床體對角線誤差＜25μm、圓度誤差＜2.5μm，達到精密機床等級。
（3） 提出了一種基于動力學傳遞系數(shù)的主軸不平衡矢量的無試重辨識方法，發(fā)明了高效精密噴液式在線平衡終端和系統(tǒng)，實現(xiàn)了機床電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)30000r/min下的在線動平衡，精度超過G0.4級，主軸在線動平衡誤差控制處于國際先進水平。
（4） 發(fā)明了誤差智能建模與補償模塊、在線動平衡裝置等軟硬件系統(tǒng)，突破了國外主流數(shù)控系統(tǒng)誤差補償接口限制，提升了廣數(shù)和華中等國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)誤差控制能力，開發(fā)了GSK25i等4款國產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)，在海德曼、寶雞機床等20余種國產(chǎn)機床上實現(xiàn)批量化工程應用。
3．功能微結(jié)構(gòu)精密磨削用金剛石仿形砂輪關(guān)鍵技術(shù)及應用
榮獲技術(shù)進步二等獎。由鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司、哈爾濱工業(yè)大學、河南省力量鉆石股份有限公司、河南黃河旋風股份有限公司共同完成。金剛石仿形砂輪是實現(xiàn)高性能功能微結(jié)構(gòu)器件制造的核心，其加工精度和質(zhì)量對微結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮具有決定性作用。項目攻克了高端金剛石仿形砂輪核心關(guān)鍵原材料設計制備、微細仿形結(jié)構(gòu)高精度加工與檢測、超聲流固復合磨拋工藝和裝置等核心技術(shù)，取得了如下創(chuàng)新成果：
（1）構(gòu)建了砂輪動態(tài)硬度及載荷分布模型，揭示了仿形砂輪磨損失效及形性演變機制；開發(fā)了新型結(jié)構(gòu)金剛石高效合成技術(shù)和新型結(jié)合劑，實現(xiàn)了金剛石磨粒與粘結(jié)劑界面的化學冶金鍵合。
（2）開發(fā)了金剛石仿形砂輪精密成形技術(shù)、自適應往復交叉加工和摩擦驅(qū)動修整與檢測技術(shù)，實現(xiàn)了高精度制造與檢測。
（3）提出了微結(jié)構(gòu)磨削角概念，建立了面向微結(jié)構(gòu)的超聲復合磨削模型，揭示了在其影響下的磨粒動態(tài)軌跡演變和低損磨削機制；開發(fā)了裂紋損傷在線預警監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)表面裂紋崩碎損傷的有效監(jiān)控；發(fā)明了低損高效超聲流固復合磨拋工藝及裝置，加工效率和質(zhì)量顯著提升。
4．伺服冷精鍛自動化智能生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應用
榮獲技術(shù)進步二等獎。由江蘇興鍛智能裝備科技有限公司、江蘇大學共同完成。本項目重點在冷精鍛裝備的伺服化、自動化生產(chǎn)線集成，智能化技術(shù)應用等方面進行創(chuàng)新，實現(xiàn)了高強度鋁合金鍛件高節(jié)拍、高精度、高穩(wěn)定、自動化生產(chǎn)的目標。主要科技創(chuàng)新工作包括：
（1）突破了多電機伺服直驅(qū)架構(gòu)下高剛性機架與高剛性傳動機構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，使用低速大扭矩直驅(qū)技術(shù)，研制出了16000kN 肘桿式冷溫精鍛伺服壓力機。
（2）提出了四電機直驅(qū)高效率傳動技術(shù)方案，突破了四電機同步驅(qū)動與控制技術(shù)，解決了齒隙非線性等關(guān)鍵技術(shù)難題。
（3）研制了具有接觸感知功能的伺服直驅(qū)三次元十軸步進梁機械手和伺服冷精鍛自動化智能生產(chǎn)線。
（4）開發(fā)了基于工控機和國產(chǎn)實時操作系統(tǒng)（SylixOS）的伺服壓力機控制系統(tǒng)及智能化生產(chǎn)線運維服務平臺。
（5）研發(fā)了6000Nm～35000Nm峰值扭矩的內(nèi)嵌式（IPM）低速大扭矩伺服電機系列產(chǎn)品和高過載、大功率伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品。
5．超大超重型轉(zhuǎn)子槽高效精確銑削加工機床關(guān)鍵技術(shù)及應用
榮獲技術(shù)進步二等獎。由通用技術(shù)齊齊哈爾二機床有限責任公司完成，項目針對電機、汽輪機制造企業(yè)的生產(chǎn)需求和超大超重型轉(zhuǎn)子槽高效精確銑削加工機床設計制造中存在的突出問題，研發(fā)超大超重型轉(zhuǎn)子槽高效精確銑削加工機床關(guān)鍵技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大超重型轉(zhuǎn)子銑削加工專機設計制造與裝調(diào)工藝技術(shù)，研制電機和汽輪機超大超重型轉(zhuǎn)子銑削加工專機產(chǎn)品，通過成果推廣應用，解決超大超重型轉(zhuǎn)子槽高效精確銑削加工中亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問題，為大型能源裝備研制和生產(chǎn)提供技術(shù)保障。主要創(chuàng)新點如下：
（1）超大超重型轉(zhuǎn)子槽高效精確銑削加工機床設計制造技術(shù)。研制出基于立柱的箱中箱整體結(jié)構(gòu)、主軸箱中心熱對稱分布、四導軌冗余結(jié)構(gòu)的重型轉(zhuǎn)子輪槽銑床，轉(zhuǎn)子加工范圍最大長度15000mm，最大直徑3400mm，工件重量300t，實現(xiàn)了超大超重型轉(zhuǎn)子槽銑削加工機床設計制造技術(shù)上的突破。
（2）超大超重型轉(zhuǎn)子自適應靜壓支撐與回轉(zhuǎn)精度保障技術(shù)。轉(zhuǎn)子主支撐采用靜壓球面軸瓦技術(shù)，保證了軸瓦與轉(zhuǎn)子軸的接觸面積，降低了調(diào)整難度，確保支撐更加安全可靠。
（3）超大超重型轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)進給分度系統(tǒng)與精度可靠性保證技術(shù)。該系統(tǒng)由伺服電機直聯(lián)高精度、低背隙減速機驅(qū)動，采用雙列圓柱滾子軸承與雙角接觸球軸相結(jié)合，使系統(tǒng)主軸獲得高剛度，通過雙左右旋轉(zhuǎn)齒輪相互嚙合，利用碟簧預緊調(diào)整齒輪軸向距離，消除主軸的轉(zhuǎn)動間隙，保證了回轉(zhuǎn)進給分度系統(tǒng)的無間隙傳動，分度最大扭矩達到 175680Nm，分度精度達到±3"。針對轉(zhuǎn)子外圓加工誤差、撓曲變形和轉(zhuǎn)子滑動引起的分度誤差對轉(zhuǎn)子槽加工精度的影響，研發(fā)出雙反饋系統(tǒng)誤差檢測校驗技術(shù)。
6．智能化液態(tài)、半固態(tài)模鍛液壓機生產(chǎn)線
榮獲技術(shù)進步二等獎。由天津市天鍛壓力機有限公司、天津大學、天津職業(yè)技術(shù)師范大學、天津中德應用技術(shù)大學共同完成。本項目應用輕量化車輪鍛造技術(shù)與數(shù)字化控制系統(tǒng)，所建成的鍛造生產(chǎn)線以液態(tài)模鍛液壓機為核心技術(shù)裝備，優(yōu)化了智能模鍛液壓機的主機結(jié)構(gòu)設計、鍛造過程的速度和壓力的控制算法；再進行輔助裝置的集成研發(fā)；最后，通過MES和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)生產(chǎn)線的數(shù)字化控制，保證了液態(tài)模鍛鋁合金輪轂產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。主要創(chuàng)新點如下：
（1）研制出液態(tài)、半固態(tài)模鍛專用液壓機，并基于MES系統(tǒng)，依據(jù)鋁合金輪轂成形工藝技術(shù)要求，將液壓機與定量爐、取料機器人、冷卻系統(tǒng)、自動噴淋裝置、稱重裝置、刻字裝置等集成，形成液態(tài)模鍛工序生產(chǎn)單元。
（2）開發(fā)了恒升壓速率與變升壓速率的液態(tài)、半固態(tài)模鍛成形控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了液態(tài)、半固態(tài)模鍛鋁合金輪轂一次成形。
（3）開發(fā)了具有配方信息、工件信息和工藝數(shù)據(jù)智能化運維數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了液態(tài)、半固態(tài)模鍛鋁合金輪轂的工藝分析和質(zhì)量追溯。
7．大型高精度數(shù)控立式磨床開發(fā)與應用
榮獲技術(shù)進步二等獎。由無錫市明鑫數(shù)控磨床有限公司、無錫市明鑫機床有限公司共同完成。項目開發(fā)了5軸數(shù)控雙立柱定梁機床結(jié)構(gòu)、高精度大直徑重載荷閉式靜壓工作臺、高精度高剛性磨頭主軸、高靈敏度進給系統(tǒng)、高剛性砂輪修整器等機床部件，滿足了超大型風電主軸軸承的精密加工要求；研發(fā)了磨架液壓自動平衡、斷電自鎖保護等關(guān)鍵技術(shù)以及帶有二次開發(fā)交互界面的數(shù)控系統(tǒng)。產(chǎn)品具有高效率、高精度、高承載能力、自適應、大型化等特點。項目的主要創(chuàng)新點如下：
（1）單工位多復雜型腔精密立式磨床結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計。設計了雙立柱定梁、雙磨架和高精度數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)的布局方式，考慮承受動靜態(tài)交變載荷的高剛度底盤及立柱設計，研究了放射狀磁極電永磁吸盤T形槽排布規(guī)律、電磁有效吸力與工件重量之間的參數(shù)匹配、導磁塊安裝方式等，開發(fā)了磁力調(diào)整與消磁裝置。
（2）高性能大型精密功能部件的研究開發(fā)。高精度高剛性磨頭主軸系統(tǒng)，高剛性砂輪修整器，高剛性高精度靜壓工件回轉(zhuǎn)主軸，進給系統(tǒng)剛性和靈敏度設計。
（3）功能模塊與磨床主結(jié)構(gòu)相互作用下的精度控制。依據(jù)靜力學分析、模態(tài)分析和諧響應分析，開展了磨架和工作臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。建立了磨床主體結(jié)構(gòu)的虛擬樣機，利用有限元分析和實驗相結(jié)合的方法進行磨床主體結(jié)構(gòu)在靜動態(tài)載荷下的優(yōu)化設計和可靠性設計。對整機熱源敏感性進行分析和測試，優(yōu)化機床結(jié)構(gòu)。
（4）考慮動態(tài)多物理場特性的精密磨削工藝改進。對多剛體運動下的幾何誤差和載荷誤差科學評估，創(chuàng)建基于動態(tài)效應和熱變形分析的磨削工藝庫，建立幾何誤差、載荷誤差、熱變形等影響磨床精度誤差的主要誤差源的綜合精度誤差模型。可實時高效、精確地對磨床誤差進行補償，提高磨削精度，提高磨床的工藝性能。
8．高速、精密數(shù)控車磨復合加工機床
榮獲技術(shù)發(fā)明二等獎。由通用技術(shù)集團機床工程研究院北京工研精機股份有限公司、北京航空航天大學共同完成。項目依托04專項，針對汽車CVT自動變速箱關(guān)鍵零件批量加工的需求，從設計、制造、精度與可靠性保障等方面開展了系統(tǒng)研究工作，成功研制出μ4000TG車磨復合機床，可在一次裝夾中實現(xiàn)外圓、端面、內(nèi)孔及內(nèi)溝槽的高效、高精度連續(xù)工序的車削、磨削加工，滿足了零件精密加工要求。主要創(chuàng)新點有：
（1）建立了從零件加工需要與整機結(jié)構(gòu)相適應的整機正向設計技術(shù)體系，設計了車磨復合加工機床。機床采用高剛度、高阻尼性的人造礦物鑄件床身，床身上鑲嵌著各個重要零部件的安裝基面，安裝基面彼此獨立。X向?qū)к墶⒅本€電機及副工作臺固定在安裝基面上；工件主軸固定在十字溜板上，隨十字溜板一起運行；各個加工工位包括內(nèi)孔磨削軸（轉(zhuǎn)速達45000r/min）、硬車削裝置（可車削硬度HRC58～63的零件）、測量裝置、溝槽磨削裝置（轉(zhuǎn)速達36000r/min）、錐面磨削軸（內(nèi)置動平衡及AE聲納系統(tǒng)）等固定在副工作臺上。機床集硬車削、外錐面磨削、內(nèi)孔磨削、球道磨削等多種加工方式于一體，實現(xiàn)了工件在一次裝夾中完成全部加工的要求，確保了批量零件的高精度、高效率加工。
（2）創(chuàng)新性設計了五爪彈性氣動夾緊裝置，解決了軸套類、盤套類零件在硬車削中大切削力下的裝夾精度。該夾具采用雙作用氣缸+矩形彈簧執(zhí)行松開夾緊功能，夾緊安全可靠；應用五角氣缸桿推動五爪活塞軸桿同步運動，夾緊一致性好、導向精度高；中心配置接長冷卻接頭，內(nèi)磨加工時冷卻散熱快，解決了工件磨削時發(fā)熱燒傷問題。
（3）創(chuàng)新性設計了直線型溝槽磨削裝置，解決了小直徑內(nèi)孔溝槽難加工的問題。該裝置由伺服電機、同步帶輪、同步帶、砂輪軸系、底座、砂輪架等組成增速機構(gòu)，變速比為4:1，砂輪的最高轉(zhuǎn)速可達到36000r/min。砂輪架采用38CrMoAl材料經(jīng)鍛造而成，有效提高了砂輪架的剛度，減小了磨削振顫。
（4）加工系統(tǒng)整體溫度控制技術(shù)。通過采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化及整體溫度控制專利技術(shù)，使加工區(qū)的溫度可控，有效控制了機床的熱變形，在使用中降低了機床對于周圍環(huán)境溫度的要求，具有很好的現(xiàn)場適應性。
（5）建立了硬車削及CBN砂輪高精、高速、高效的加工工藝體系，在用戶生產(chǎn)中取得良好的應用效果。
9．高端裝備主軸單元系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及應用
榮獲技術(shù)進步二等獎。由洛陽軸承研究所有限公司、洛陽開遠智能精機有限公司、河南科技大學、西安交通大學共同完成。本項目針對數(shù)控機床等高端裝備所需核心關(guān)鍵功能部件電主軸開展設計及精密加工制造等系統(tǒng)研究，開發(fā)基于智能化需求的高性能數(shù)控機床系列主軸單元及精密軸承。掌握了高端裝備主軸單元及電主軸的設計方法，形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，提高了智能制造等相關(guān)功能部件企業(yè)的競爭力，為國產(chǎn)高性能主軸的推廣打下了堅實基礎(chǔ)。本項目關(guān)鍵技術(shù)如下：
（1）高速電主軸系統(tǒng)工作狀態(tài)的瞬態(tài)動力學分析。基于有限元單元建模方法建立主軸動力學分析模型，提高了建模的快速性和分析的準確性。研究高速電主軸在工作狀態(tài)的固有頻率等動態(tài)性能，為主軸的優(yōu)化設計以及狀態(tài)分析提供依據(jù)。
（2）高剛度電主軸軸系單元系統(tǒng)設計技術(shù)。建立電主軸軸系模型，進行軸徑、支撐跨距和一階臨界轉(zhuǎn)速目標函數(shù)的優(yōu)化設計。采用前端卸荷的軸系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)主動卸荷。此軸系結(jié)構(gòu)緊湊，作用在轉(zhuǎn)軸軸系上的附加質(zhì)量小，且動作可靠。
（3） 高速電主軸電機永磁轉(zhuǎn)子設計技術(shù)。采用主副永磁體結(jié)構(gòu)，能夠平衡主軸在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的應力，在電磁性能方面，磁阻更小，在增加恒功率段弱磁調(diào)速范圍的同時優(yōu)化氣隙磁密波形，減小漏磁，降低電流諧波量，減小轉(zhuǎn)矩脈動，平衡轉(zhuǎn)子各處應力。
（4）超高速軸承長壽命、低功耗優(yōu)化設計技術(shù)。研究了載荷、轉(zhuǎn)速、預緊載荷等工況條件下軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)與軸承溫升和摩擦力矩的關(guān)系，建立了超高速球軸承低功耗設計方法，掌握了工況條件、軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及潤滑參數(shù)對軸承溫升和摩擦力矩的影響規(guī)律，形成了以額定動載荷和摩擦力矩為指標的超高速球軸承長壽命、低功耗設計技術(shù)。
（5）高端裝備主軸單元潤滑及冷卻技術(shù)。建立高速電主軸在脂潤滑下的有限元數(shù)學模型，從轉(zhuǎn)速、填脂量、潤滑脂粘度等多方面，對軸承腔內(nèi)潤滑脂分布、油膜特性進行數(shù)值分析，探明了摩擦和發(fā)熱機理以及電主軸的熱態(tài)性能，確定了特定工況下潤滑脂最佳粘度和填脂量。對于電機部分，在定子外周采用“凹”字形截面的螺旋流道，提高熱交換率，實現(xiàn)電機定子強制冷卻。對于軸承部分，采用外圈軸承座“雙環(huán)形槽”結(jié)構(gòu)，進出油口“三進三出間隔”結(jié)構(gòu)，連續(xù)通過冷卻油，實現(xiàn)均勻、高效強制冷卻。
（6）基于負泊松比材料的高速主軸軸承智能預緊技術(shù)。提出了一種基于泊松比可控結(jié)構(gòu)軸承隔套的預緊力自適應調(diào)節(jié)方法。該隔套在離心力作用下會發(fā)生軸向變形，產(chǎn)生軸向力使軸承預緊力得以改變，從而可實現(xiàn)在不同轉(zhuǎn)速下預緊力的自適應調(diào)節(jié)。
作者：沈華紅（協(xié)會市場部） 責編：張芳麗
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