【陕西网】陕西高档位数控机床实现工业技术“金石为开”

  “机床”这一工业化器械，很多80、90后小时候或多或少都听过，上个世纪，各个城市都有机床厂，如今的机床技术已经进入数控时代，但多年以来我国数控机床始终依赖进口，高端数控机床的自给率甚至不足10%。

  作为制造业“航空母舰”的高端数控机床，其精密核心技术无法攥在自己手里，我们何以撑起“制造业大国”这样的头衔，从而为其后的工业转型升级奠定基础？

  破题的关键从2003年起开始萌芽。那一年，现任西安交通大学机械工程学院教授的梅雪松，利用前期在日本留学时开展的机床摩擦误差研究积累，建立了与日本相关国际机床实验室的深入合作关系，在国内率先实现了数控机床摩擦误差补偿技术开发与应用。

  机床界的“奢侈品”——高档位数控机床，从立体多角度的制造业雕刻工艺，开始为我国制造业发展加工未来。

  从手机电脑到高铁飞机，高端数控机床的身影无处不在，通过控制高端数控机床，我们利用这把“利剑”开辟出了当代中国工业化的蓝图。

  中国工业母机被“卡脖子”，其核心问题在于工业母机对工业加工底蕴要求极高，尽管我们有几十年的工业积累，能自产各种型号的高铁动车、新能源汽车甚至国产大飞机，但用来制造这些高端装备精密零部件的高端数控机床依然只能依赖进口。

  研究显示，热、动力学等引起的动态误差占精密机床误差来源的70%，且随机床工况、结构呈强非线性、时变特征，是影响机床精度及其稳定性的关键因素，需要从机床设计、制造与使用等全生命周期加以控制。

  精度是高档数控机床引领性指标，必须确保其最优先的达成度。多年来，我国在高端数控机床上有三方面技术短板，即由于机床结构形状复杂，难以建立准确的动力学与热特性模型，导致国产机床力-热平衡设计方面长期存在仿真计算失真的问题；机床装配过程复杂、质量管控数字化程度低，装配质量一致性难以保证，对整机动态性能产生重要影响，导致装配过程质量管控不精；机床运行过程中随着加工工况和环境温度的变化，空间误差非线性且时变，难以建立精确的误差预测模型，导致实际使用中误差补偿模型不准。

  这三大技术短板，造成国产高档数控机床的精度及其稳定性与国际水平差距显著，成为机床工具行业亟待解决的重大技术难题。

  为了突破技术短板，制造出我们自己的高端数控机床，梅雪松教授团队从2009年起先后承担了20余项国家重点研发计划项目，突破了高档数控机床设计、制造、使用各环节中影响精度提升的制约因素，形成了具有自主知识产权的技术成果，并利用承担国家重大项目的契机，全面展开了与国内高档数控机床以及高档数控系统龙头企业的产学研合作。

  为了达成数控机床领域可持续发展的目的，2017年起，梅雪松教授团队与国内市场占有率第一的国产数控系统生产商-广州数控设备有限公司建立了长期合作关系，设立了校企联合研究院进行技术攻关和人才培养。

  经过项目团队的不懈研发，2020年梅雪松教授科研成果“高端数控机床”整体技术成果进入推广阶段，在航空航天、汽车制造等重点装备制造领域解决了自主可控难题，应用项目技术成果开发的数控机床及数控系统产品远销欧美亚等20多个国家和地区，获得了显著的经济和社会效益。

  在近期召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会和中国科学院第二十一次院士大会、中国工程院第十七次院士大会上，梅雪松教授团队的“高档数控机床精度及其稳定性提升关键技术与应用”获得国家科学技术进步二等奖。

  精确数控机床的各种误差和精度谈何容易？除了技术把关过硬外，这更是对人的“持久战”。

  以机床误差测试与补偿验证试验为例，需要连续采集几周甚至几个月的数据才能对建模方法的稳定性进行验证，团队老师带领学生在实验室或车间一线，不分昼夜，轮班“战斗”，确保实验数据的连续性和实验环境的规范性。

  梅雪松教授项目团队科研人员经常出差到企业解决工程现场实际问题，一呆就是几个月，尤其是在进行机床热特性研究过程中，往往需要长达十几天昼夜不间断坚守，在测试仪器旁边确保实验数据的准确性，体现了团队成员艰苦奋斗、严谨治学的求实精神。

  秦川机床为了解决进给系统振动，加工产品始终达不到技术要求的问题，企业找到了梅雪松教授团队后，师生们在现场测了一个多星期，最终发现并解决了企业的难题。

  团队在开展科研工作的过程中，始终秉承求真务实的工作、科研作风，坚持对科学真理的不懈追求。以西迁精神为指引，传承西迁前辈的胸怀大局、爱国奉献、以身作则的优秀品质。

  在科研工作过程中，梅雪松教授团队形成了良好的传帮带氛围，老中青成员形成梯队，长者发扬甘为人梯、奖掖后学的育人精神，将知识和技术积累毫无保留地传授给中青年人才，努力为青年人才创造承担重大科研项目的历练机会，培养青年人快速成长成才。

  同时，团队科研人员潜心研究机床方向二十余年，矢志不渝突破国外在高端数控机床方面的“卡脖子”。在国内机床行业不景气、研究经费短缺的困难时期，仍然坚守初心使命、坚持自强自立，淡泊名利、潜心奉献。

  此次梅雪松教授团队的“高档数控机床精度及其稳定性提升关键技术与应用”获奖项目首次提出了基于控制反馈信息的数控机床动态特性监测方法并发明了动态误差测控系统。

  姜澄宇、 丁汉院士为组长的陕西省科技厅鉴定意见：“开发的数控机床动态特性测试仪达到了国际先进水平，数控机床动态误差在线测量技术国际领先”。

  此外，项目首次实现了具有摩擦、空间和热误差功能的国产高端数控系统开发，填补了国产高端数控系统误差控制功能的空白，突破了国外主流数控系统补偿接口的限制，显著提高了国产机床的质量稳定性，热误差建模与补偿、高速主轴动平衡、摩擦误差控制达到国际领先水平。

  作为工业领域的“航空母舰”，高档位数控机床的核心技术务必牢牢把控，越精密越强大的理念正在深入人心，引领着当今数控机床及整个工业世界的发展。

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