北京工业大学成果推介（第十一期）

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高速双面锁紧BT刀柄系统

成果单位：北京工业大学

项目简介：

随着数控机床向高速高精方向发展，其主轴转速已经达到每分钟1万-2万转以上。由于主轴高转速带来的巨大离心力等因素的影响，普通的刀柄系统已不能满足高速精密数控机床的要求。项目跟北一圣和精密工具有限公司合作，采用基础实验与理论研究相结合的方式，在引进、消化、吸收国外新型高速刀柄系统的基础上进行创新，形成了高速双面锁紧BT刀柄系统实验装置的设计以及测试技术，高速双面锁紧BT刀柄系统的辨识、建模与分析技术，高速双面锁紧BT刀柄系统对比实验与分析技术，高速双面锁紧BT刀柄系统仿真与优化技术，协助北一圣和成功开发出三个双面锁紧刀柄系列产品。

市场分析：

目前，高速高效高精切削技术的快速发展对数控刀柄提出了更高的要求，传统的采用单锥面约束夹紧、带有7:24锥度的工具系统已经不能满足要求，双面锁紧刀柄的设计制造大大提高了接触刚度和传递扭矩，能够大幅提升刀具的夹持精度和切削动力传递精度，该系列刀柄可满足高速、复合切削的要求，适用于国内高速精密数控加工中心，其推广应用及进一步的制造闭环系统完善，将推动并加快我国数控工具系统和数控刀柄开发制造的进程，极大提升我国刀柄产品的国际竞争力。

知识产权和产业化分析

课题组所研发的三种双面锁紧刀柄系列产品已经向国内数控机床及功能部件制造企业推广应用，为用户带来现实的经济效益和长远市场发展潜力，同时为我国装备制造业的技术自主创新能力和核心竞争力提供了理论与技术支持。

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机器人工作空间轨迹规划控制方法

成果单位：北京工业大学

项目简介：

高铁组基础设施中螺栓结构处处可见，大量螺栓松弛检测和拧紧工作依靠人工操作，不仅费事费力且易漏检漏测，为了降低劳动强度、提高工作效率和准确度，需设计一种专用双臂机器人替代作业者进行螺栓校验和紧固工作。项目包括柔顺轨迹规划控制、协同紧固操作控制及环境和对象特征提取等诸多研究难点。

项目基于该需求已经在轨迹规划控制方面做了大量研究，其中建立了关节刚度模型，并提出了考虑运动和动力约束下的轨迹优化方法，基于该方法能够对机器人实现快速、平稳、准确的轨迹运动控制，从而达到提高操作效率和操作精度的目的。

市场分析

机器人运动控制。

知识产权和产业化分析

该轨迹规划算法须结合视觉系统采集的特征信息实现在非结构环境下的自主轨迹规划，搭建双臂机器人紧固螺栓实验平台预计投资金额60万元。采用该控制方法能够减少高铁维护人员投入，同时提高操作效率和准确度，具有重要的社会和经济效益。

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3

高档数控机床与基础制造装备-精密立、卧式加工中心

成果单位：北京工业大学

项目简介：

精密立、卧式加工中心是国家“高档数控机床与基础制造装备”的重要组成部分。发展自有技术、自主知识产权的高精度机床是增强我国制造业水平的必要条件。课题根据“十一五”期间国家科技重大专项重点实施项目的要求，与北京工研精机股份有限公司合作，开展了精密机床结构优化设计、精度设计和可靠性设计，主轴、数控回转工作台等精密功能部件设计等研究，形成了精密机床整机及关键功能部件的数字化设计与优化技术、整机精度设计技术、整机误差补偿技术，协助北京工研精机实现精密立、卧式加工中心的成功研制，并具有高精度和高可靠性，替代了进口产品。

市场分析

目前，制造业是国民经济的重要支柱和基础，在加快推进工业化进程中，其发展尤为重要;高档数控机床作为制造业的基础设备，集微电子技术、测量技术、自动控制技术、计算机技术、人工智能技术以及传感器技术等新技术于一体，是新一代具有高科技含量的先进机械制造装备;为国民经济的各个部门提供装备动力和保障。

研发团队根据不同的企业需求，开展了精密立、卧式加工中心的结构设计、精度设计、可靠性设计、中间控制、动力学分析和动态测试、电气控制、误差补偿等方面的深入研究，在精密立卧式加工中心研究方面积累了很好的经验和技术储备;团队研制的精密卧式加工中心已经在安徽天长缸盖有限公司以及浙江省的多家机械加工企业进行了应用，替代了进口产品，为提高重型数控机床国产机床性能和水品具有重大战略意义和工程价值。

知识产权和产业化分析

研发团队开发的精密立卧式加工中心具有高精度和高可靠性的特点，形成了精密机床整机及关键功能部件的数字化设计与优化技术、整机精度设计技术、整机误差补偿技术;协助北京工研精机实现精密立、卧式加工中心的成功研制，替代了进口产品，增强企业的生产能力，提高国产精密立卧式机床在高端市场的占有率;已成功销售精密立卧式加工中心数十台，实现销售收益近千万元，具有重要的社会和经济效益。

成果相关照片

图例说明:

1、卧式加工中心三维建模

2、电主轴热分析图

3、电主轴现场测试

4、转台系统现场测试

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汽车凸轮轴生产线建设-生产线设计与自动化。

成果单位：北京工业大学

项目简介

项目主要为“凸轮轴生产线工艺规划和组线技术研究”课题中凸轮轴生产线产品数据管理系统的研究与开发。开发的凸轮轴产品数据管理系统，能实现对企业原有的产品图文档进行统一建库，统一管理，减小数据冗余，提高数据文档的查询效率和数据共享度，增强数据管理的安全。系统能实现包括图文档管理、产品结构管理、工艺卡片快速检索与编辑生成等模块功能，同时支持车间各个工位端对文档进行下载与浏览，要求工位端软件支持无盘操作。

市场分析

目前，在传统制造向智能制造转型升级过程中，生产管理系统是企业是实现产品制造过程提质增效重要手段之一，凸轮作为汽车发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，需要开发的凸轮轴产品数据管理系统，实现对企业原有的产品图文档进行统一建库，统一管理，减小数据冗余，提高数据文档的查询效率和数据共享度，增强数据管理的安全。在图文档管理、产品结构管理、工艺卡片快速检索与编辑生成等模块功能，支持车间各个工位端对文档进行下载与浏览，与工位端软件支持无盘操作。

课题组开发的“生产线产品数据管理系统”，其中包括B/S管理端和C/S车间工位端两部分，系统已于2010年交付使用，已经在北内集团汽车凸轮轴生产车间应用。

知识产权和产业化分析

《中国智能制造“十三五”规划》确定了两大时间点和十个重要任务，为中国智能制造产业发展指明方向。一系列产业政策和措施亦快速落地，直接推动我国了的智能制造技术及相关产业迎来历史性的发展机遇。生产线管理系统的产业化是智能制造实现中的重要组成部分，可以实现企业在产品制造上的提质增效，带动相关行业的快速发展，缩小与世界先进水平的差距。

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新型液体压力能回收装置

成果单位：北京工业大学

项目简介:

国外压力能回收装置发展较成熟，产品已实现商业化;相比而言我国研究起步晚、差距大，关键技术被国外掌握并受到技术封锁，此外，国内研究局限于重复、效仿国外产品，尚未提出创新性产品。目前国内仍依靠进口价格高昂的国外装置。在分析已商业化产品缺点后，成功研发了一款新型液体压力能回收装置，并对其进行了性能测试。本产品不但可实现压力能回收功能，突破国外技术封锁，而且关键性能达到甚至超越了国外先进产品水平。产品优势如下:1)回收系统紧凑，运行时不需要辅助设备;2)密封性能优异，超越国际平均水平，消除了泄漏对目前产品性能的影响;3)装置压力损失低，回收效率高于国际平均水平;4)初投资低。

市场分析

反渗透海水苦咸水淡化、合成氨、电厂、污水处理等涉及高压液体直接排放或节流处理的各领域。

知识产权和产业化分析

本项目寻求有应用需求的企业进行产品推广，并计划引进投资，用以高压工况下装置的中试研究以及产品的初步商业化。由于我国长期依赖进口(一套进口装置价格在几千万元人民币)，尚未有自主产品实现商业化，而且本产品性能高、成本低，因此收益情况十分乐观。本项目不但对我国工业发展有一定促进作用，而且可缓解我国淡水危机、造福社会。

成果相关图片

图例说明:

1、新型液体压力能回收装置

2、北京市节能环保低碳创业大赛团队组冠军

3、全国青少年科技创意大赛二等奖

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