“先进制造技术——高端工业母机”论坛成功召开

论坛成功召开

2025年1月11日，“先进制造技术——高端工业母机”论坛在济南成功召开，论坛由机床杂志社和山东大学联合主办。

“先进制造技术——高端工业母机”论坛由山东大学机械工程学院院长万熠教授、副院长宋清华教授、卓越工程师学院副院长姚鹏教授、副蔡玉奎等分段主持。山东大学党委副书记陈宏伟、通用技术集团机床工程研究院副院长黄祖广分别做了致辞。

陈宏伟、黄祖广致辞

万熠、宋清华、姚鹏、蔡玉奎主持

论坛邀请了来自国内知名高校、企业的专家做了精彩报告：

《高性能数控机床技术创新及未来发展思考》

北京航空航天大学 刘强 教授

刘强教授的报告指出，从高铁和新能源汽车的成功经验中可以看出，掌握核心技术并确保供应链自主权是产业升级的关键所在。作为工业母机的数控机床，在推动工业革命中发挥了重要作用。从1952年第一台数控机床发明至今，技术已历经从NC到CNC，再到智能化发展的演变，这一跨越式进步与计算机、自动控制等先进技术的深度融合密不可分。从单轴控制到多轴联动，从机械传动到直接驱动，数控机床技术正不断迈向智能化与高效化。当前的技术基础主要以传统插补控制为主，难以完全满足现代工业对高精度、高动态性能的需求。

未来，数控机床的发展将聚焦智能化和核心技术的创新突破。智能化发展方面，数控机床将迈入基于人工智能和工业互联网的新智能化周期，突出数字孪生、信息互联以及多轴联动的技术革新。全新一代智能控制机床的核心技术：工艺定义结构配置替代经验类比结构设计；伺服系统直接驱动替代机械传动驱动环节；网驱控一体化集成替代三环伺服串级闭环；直接轨迹状态控制替代传统插补多轴联动；智能控制系统结构替代数字程序控制模式；数据驱动数字孪生替代CAD/ CAM串行集成。此外，绿色制造受到更多关注，强调能效管控以支持可持续发展。

他指出，未来机床发展的十大新需求和挑战是：机械运动直驱化、多轴驱控一体化、功能定义软件化、现场信息物联化、操作值守无/少人化、多机单元协同化、能效管控最优化、实体-赛博孪生化、能量应用多样化、参数调补适应化。

《航发涡轮叶片气膜冷却孔智能制造系统》

上海交通大学 赵万生 教授

赵万生教授介绍上海交通大学特种加工团队与合作单位一起，针对航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的加工难题，研制了一套智能制造系统，以应对涡轮叶片气膜孔加工中“测不精、对不准、打不好”等一系列技术难题。研究团队提出了全新的智能制造技术解决方案，采用基于激光测量技术的“虚拟基准”取代传统的“六点定位”法和单机自动化的技术路线，并有针对性地开发了专用的MES系统。大幅度提升了产品加工的精度与合格率，获得了应用单位的高度认可。

当前已研发了两种不同构型气膜冷却孔智能制造生产线（临港-Ⅰ型、临港-Ⅱ型），使叶片制孔走向智能制造轨道。该智能制造系统集成了先进的数控技术、智能传感、自适应加工和自动化技术，为气膜冷却孔的高效、高质量加工提供了经过实战检验的完整解决方案。

系统的成功应用不仅解决了传统加工中的难点、痛点问题，还使我国在叶片制孔智能制造领域走出了具有我国鲜明特色的发展路径。为新一代航空发动机核心部件的制造奠定了坚实基础，同时展示了工艺创新和智能制造系统的巨大潜力。

《数控机床精度保持性加速测评》

大连理工大学 王永青 教授

王永青教授介绍高端数控机床是国家的基础性、战略性装备，具有超越经济价值的战略地位。机床“四性”（可靠性、精度保持性、精度稳定性、工艺适应性）的不足，是国产高端机床竞争力弱的主要原因。其中，精度保持性方面的差距尤为显著。

从世界机床发展史看，国外知名机床企业大多经过了百余年的发展积累了丰富的经验与数据，保证产品的精度保持性水平。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，需要从基础问题开始协同攻关。团队已研制出国际首套载重20t、可对机床进行振动-温度-速度-静动态力等多应力加载的机床整机精度保持性加速测试装置，研发出主轴综合性能测试装置，开发出机床精度退化历程多源信息监测系统，初步制定了机床及关键功能部件精度保持性快速测试方案，初步开展了精度加速退化试验。

下一步拟解决设计、材料、装配、测试和服役等基础问题。未来将研究数字物理融合的测试技术，探索更为高效、低耗的测试方法。

《重型数控机床关键技术》

吉林大学 刘志峰 教授

刘志峰教授表示，聚焦关键领域典型零件的加工需求，如第三代核电低压内缸、高精度舰船螺旋桨以及大火箭框桁结构的加工任务，这些都必须依赖重型数控机床才能完成。

重型数控机床作为“超级工业母机”，不仅是满足上述复杂加工需求的唯一选择，更是保障国防和产业安全的重要战略装备，对提升国家制造业水平和综合竞争力具有重要意义。他详细介绍了重型数控机床的关键技术，包括机床正向设计技术、静压支承系统技术、地基基础技术、高性能装配技术、可靠性技术以及机床数字孪生技术。

未来，重型数控机床的发展将围绕创新设计高性能、高稳定性机床展开，同时注重多功能复合化、关键功能部件与整机的智能化升级，以及制造过程的绿色化转型，为制造业高质量发展提供有力支撑。

《大型曲面薄壁件加工过程控制研究进展》

上海交通大学 毕庆贞 教授

毕庆贞教授的报告主要围绕航空航天大型薄壁件与加工工艺、大型曲面薄壁件五轴镜像铣、大型曲面薄壁件五轴加工过程控制三个方面展开。

航空航天大型薄壁件的加工面临诸多难点，包括薄壁件切削过程中剧烈的变形导致壁厚精度失控、大型薄壁件成形和装夹中整体变形导致定位基准失效，以及极端弱刚性切削中容易发生颤振和振动失稳等问题。针对加工难点和挑战，团队研制了系列化双五轴镜像铣装备，其技术创新主要集中在三个方面：一是壁厚实时闭环控制，开发了实时跟踪工件法向的超声动态稳定测厚与集成高频率观测器的闭环控制技术，测厚精度达0.01 mm，可加工最薄壁厚达0.8 mm；二是变形轮廓补偿，提出了柔性变形曲面轮廓特征和设计特征的高精度等距匹配原理与方法，研制了曲面在机测量-柔性匹配加工的成套工艺系统与软件；三是切削振动抑制，通过研究射流支撑的力、质量、刚度和阻尼对薄板动态性能的影响，设计了随动支撑结构，有效提升了切削稳定性。

未来，团队计划进一步研究机床服役过程中的空间精度主动补偿技术，目标是在服役状态下实现多因素作用下的空间误差自适应补偿。研究将针对慢时变因素开发空间误差在位测量与离线补偿技术，对快时变因素则采用关键状态变量在线监测与实时补偿的方法，全面提升机床在实际服役中的精度控制能力。

《山东大学机械学科及工业母机发展》

山东大学 万熠 教授

万熠教授回顾了山东大学机械工程教育90余年的发展历程，介绍了山东大学机械工程学院的主要研究方向：数字化设计与自主工业软件的开发；高性能刀具设计理论、方法及应用；机电产品绿色低碳设计与再制造关键技术；微纳机电系统测控理论与技术；流体动力控制与海洋工程装备技术应用；特种机器人研究与应用。

他还介绍了学院近年来在人才培养、科学研究、服务社会等方面所取得代表性成就。他认为，工业母机是制造业的基础和核心设备，工业母机的发展水平直接反映了一个国家的工业技术水平。山东省是工业母机制造大省，近期出台了《山东省工业母机产业科技创新行动计划（2025—2027年）》，科技创新、产学研深度融合是工业母机高端化、绿色化、智能化的必由之路。

工业母机方向是山东大学机械工程学院现在和未来主要布局方向之一，专用机床和专用数控系统是主攻方向，需要形成差异化的核心竞争力和自主可控。欢迎更多科研院所和其他兄弟高校与学院加强人才引育和合作交流。

《复杂微结构超精密加工工艺与装备技术及应用》

哈尔滨工业大学 陈明君 教授

陈明君教授介绍了超精密加工技术的应用背景、发展趋势和研究实例。超精密加工技术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要标志，也是保障国家安全、国防地位提升的重要支撑。

当前，超精密加工极限已进入原子尺度制造。同时，他以实际应用案例详细介绍了其在精密超精密加工领域的系列创新研究成果，包括大口径熔石英光学元件表面微缺陷快速检测与CO2激光快速蚀除与熔融精修、大口径KDP晶体元件表面微缺陷检测与金刚石微刀具超精密修复、微球靶与台阶靶的超精密加工机理和工艺装备研制等，研发的系列化复杂微结构超精密加工与检测装备已应用于聚变装置等国家重大科学工程。

《精密数控机床热平衡设计与热稳定性调控方法》

天津大学 高卫国 教授

高卫国教授介绍了精密数控机床热特性建模、热平衡设计方法和精密机床热稳定性调控技术。精密机床是重点领域精密零件加工的工作母机，是实现国家产业升级、提升国家实力和国际竞争力、保障国家战略安全的重要基础装备。

热平衡正向设计、热特性主动控制以及热误差补偿技术是目前最为广泛研究和应用的热特性调控与提升的技术手段。热平衡设计方法旨在快速预估和准确评价不同设计方案及热源工况对机床热特性的影响规律，从而形成最佳的热源布局与温控能力匹配的设计方案。这是实现高精度、快速响应的热态主动控制的基础技术要求。热稳定性调控技术则以保持初始温度场稳定为目标，针对热态工况的变化，主动施加动态匹配的温度场，以实现热变形的稳定控制。他介绍通过主动温度源的散热功率动态调整，提出了热误差主动控制原理，从而保持机床热态的稳定性。

《复杂曲面零件机器人随形顺应加工的轮廓精度和表面质量控制》

华中科技大学 杨吉祥 教授

杨吉祥教授的报告指出，航空发动机机匣、整体叶盘等复杂曲面零件的形位精度和表面质量直接影响其动力学特性和疲劳寿命，制约装备整体性能。

复杂曲面零件的形位精度和表面质量直接影响其动力学特性和疲劳寿命，制约装备整体性能。杨吉祥教授团队针对复杂曲面零件个体余量差异大，难以采用固定式铣削刀路的问题，提出了多几何目标约束的余量优化分配方法，有效保障复杂构件不同几何特征区域的余量约束；通过开展机器人铣削轨迹优化、轮廓误差预测补偿等工作，实现了复杂零件加工余量的高效率高精度去除；针对高表面质量要求，开发了刚柔耦合力控执行器，并通过开展曲面柔性磨抛的材料去除机理、材料去除精度与表面质量混合约束下的机器人磨抛工艺优化与力位控制等研究，实现了复杂曲面零件的表面质量调控。

《金属成形高端装备现状及发展趋势》

济南二机床集团有限公司 王传英 总经理助理

王传英博士从四个方面展开报告，包括企业简介、金属成形装备概述、关键技术及现状分析以及未来展望。

据介绍，济南二机床大型冲压线关键技术达到国际先进水平，实现了由快速机械线到高速伺服线的跨越，开创了国产高端成形装备批量出口欧、美、日等发达国家的先河，实现了进口规模替代和国外市场占领。汽车制造的四大工艺包括冲压、焊接、涂装和总装，而济南二机床在冲压工艺全套装备领域已实现完全国产化。

他还介绍了关键技术及现状分析：伺服直驱及传动技术，采用低速大扭矩伺服直驱技术结合杆系机构的优化，实现压力机的高动态响应，工作节拍提升至20SPM以上；冲压线能量管理技术，针对大功率伺服系统实时性，同步性，重构性等参数进行评测优化，实现了伺服压力机的高动态同步控制，提出了面向能量平衡的储能系统控制方法研究，降低伺服系统瞬时峰值功率70%；冲压设备整机刚度仿真，基于装配有限元、流固解耦等方法，准确预估整机刚度并制定刚度标准，制定了成形装备的刚度标准；专用送料机械臂，研发具有完全自主知识产权冲压专用机器人，解决了在高速重载下的抖动问题，最大负载达100kg，重复定位精度0.2mm，实现进口替代。

他认为，未来汽车制造将朝着轻量化、绿色化、智能化和个性化定制的方向实现高质量发展。成形材料将更加多样化、高强化、轻量化，零件的形状也趋于复杂化。同时，高强钢的切割、折弯与成形工艺将成为探索方向，复合材料成形成套装备的研发以及节能技术的开发与应用也将持续推进，为行业发展注入新动力。

《数控机床热误差智能建模技术与补偿应用》

西安交通大学 颜宗卓 博士 代表梅雪松教授团队

颜宗卓博士的报告指出，国家支柱产业对精度要求逐渐提升，对高速微米级精度及其稳定性的需求尤为迫切。而热误差是影响高速高精数控机床加工精度的重要因素，不仅严重影响加工精度和产品质量，还迫使加强人工干预，与工业生产向自动化和高效化发展的方向相悖。

随着自动化产线和无人加工技术的快速发展，机床热误差补偿的重要性日益凸显。数控机床的热误差智能建模技术旨在构建以温度和工况为输入、热误差为输出的预测模型，从而实现误差控制与补偿。工业生产对热误差模型的要求包括高精度、稳定性和鲁棒性。在智能产线中，机床误差控制架构需要依托多设备、多源异构大数据智能技术，构建网络化系统，提升热误差长、短期影响因素与作用规律的识别和挖掘能力，实现小样本下难以辨识规律的建模补偿。为实现热误差补偿与工程应用，需开发开放式自适应热误差建模与补偿系统，形成集热误差检测、建模与补偿为一体的系统化解决方案。

未来，精密数控机床需要更加关注热误差机理问题，并通过与数据驱动融合方式提高误差补偿模型的鲁棒性和范化性。同时，工业互联网与大数据技术也将显著影响智能数控系统架构与误差控制模式，有助于进一步克服小样本数据构建误差模型的缺陷。

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