[00938809]超重型桥式龙门数控机床设计与制造关键技术及应用

该项目属于金属切削机床领域。超重型桥式龙门数控机床是核电、航空航天、风电、船舶等重点领域关键零部件加工的重要装备。此类机床具有大尺寸与高精度并重的特点，自重高达500吨以上（≥100吨即为超重型机床），要求在1个篮球场左右(15m×30m)的工作空间内加工精度达到50µm，研制难度极大。世界上仅有德国、意大利等少数国家掌握关键技术，但其产品对我国明令禁运，因此必须突破高精度超重型桥式龙门机床的设计与制造技术。在国家科技重大专项等立项资助下，历经10年“产学研用”攻关，形成了具有自主知识产权的组合式设计与跨尺度制造核心技术，成功研制出国内首台首套、世界最大规格超重型桥式龙门镗铣复合机床等产品。主要创新内容如下： (1)首次提出了超大尺寸结构件组合式设计、反变形加工与髙刚度装配成套解决方案。建立了超重型机床结构件组合式模块化创新设计方法，攻克了超长导轨自重变形下预起拱补偿及约束变形下的加工修正技术，通过揭示结合面微-宏尺度接触机理解决了超大组合件高刚度装配难题，所设计的超重型桥式龙门镗铣床加工宽度可达13.5m，且能保证工作行程中定位精度稳定在20µm以内。 (2)攻克了高速重载静压支承系统跨尺度制造技术。揭示了多源强扰动下静压油膜形成机制，形成了跨尺度高精加工工艺与油膜波动抑制方法，提出了静压支承系统分析与制造成套解决方案，使直径9.5m转台在400吨超大负载下回转精度达到10"以内。 (3)攻克了复合地基基础健康状态评估与系统精度预测技术，针对金属机床-混凝土基础-土层地基多介质结构系统不均匀沉降引起超重型机床精度降低技术难题，建立网状加筋层与片状混凝土层结合的复合基础本构力学模型，在不完备信息下健康状态评估与精度预测基础上提出全生命周期精度补偿方案。 (4)提出了兼具测量精度与效率的大尺寸几何精度测量方法。针对超重型机床大尺寸精度测量中误差累积和不确定性较大的难题，探明了关键几何精度与整机综合精度的内在映射关系，确定了5m以上结构的最佳测量间距为500mm，制定的行业标准推动了重型机床行业大尺寸测量技术发展。 项目获授权发明专利55件、软件著作权13项，发表SCI/EI论文122篇，形成行业标准3项，企业标准10项，研发出超重型车（镗）铣复合机床和立式车床2类产品，成功用于核电低压内缸、大型航天器筒段、风电轴承等超大核心零件加工，形成销售69台，其中2台出口到韩国斗山重工业，创造直接经济效益7.10亿元(近三年3.31亿元)，国内超重型桥式龙门机床市场占有率达35%。 专家鉴定认为，成果整体技术达到国内领先、国际先进水平。获得2018年度北京市科学技术奖一等奖、2016年度中国机械工业科学技术奖一等奖以及2012年度黑龙江省科学技术奖一等奖，核心技术被列为04专项十大关键技术之 推动了超重型机床行业技术进步，改变了产品依赖进口局面，满足了重点领域关键产品研制需求，对保障经济建设与国防安全具有十分重要的战略意义。