仿生表面织构起源 传统摩擦学认为光滑表面具有较低摩擦力和磨损，反之，非光滑表面会带来较大的摩擦力和磨损。而自然界进化过程中，某些生物的表面微观结构具有优异的自润滑和抗磨减磨性能，如鲨鱼皮表面微沟槽表现的超低流体阻力，穿山甲表面微结构的优异耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其机理，则可进行工业应用。 钻头轴承及压裂泵柱塞密封系统仿生织构润滑减磨设计及应用 织构化钻头轴承 钻头作为破碎岩石形成井眼的重要工具之一，在高温高压、冲击动载及贫脂润滑的恶劣环境下，其核心部件钻头滑动轴承易发生黏着磨损从而最终导致钻头整体失效破坏，亟需降耗增寿的新技术来为其安全、可靠使用和延寿经济运行保驾护航。 发明了基于多物理场耦合的超快激光精准高效制备的冰霜辅助超快激光刻蚀分束技术（US17026096，ZL202011229792.1），形成了钻头轴承轴径曲面仿生织构的纳秒/皮秒的激光加工与表征评价方法；目前正在与中国科学院上海光学精密机械研究所和中石化江钻石油机械有限公司开展钻头轴承织构工业化的超快激光加工与质量检测流水线建设和现场应用研究测试，可满足织构化钻头2000支的年产量需求。 建立了织构钻头轴承润滑减磨性能优化设计的理论研究与实验测试评价方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系数、磨损量、油膜厚度、温升和无量纲承载能力等为评价指标，基于理论研究、单元实验和全尺寸的台架实验，模拟测试工况下初步优选的圆形、椭圆形、人字形沟槽织构可使钻头轴承减磨性能和寿命提升50%以上。 织构化柱塞密封系统 柱塞动密封系统是油气增产压裂作业实施中压裂泵装备的关键部件之一，其在超高压、冲击动载及交变往复运动工况下，压裂泵柱塞动密封系统易发生磨损失效而导致密封刺漏等失效，是制约压裂泵工作性能、可靠性和作业成本的关键因素， 亟需创新的设计方法来提升压裂泵柱塞动密封系统的寿命及可靠性。 发明了柱塞表面仿生织构大尺寸拼接刻蚀工艺规划及参数优化设计方法（ZL201910892024.5）， 创新研发了柱塞织构批量化激光分束加工的软件控制系统和配套夹具系统。 发明了表面织构化压裂泵柱塞及其动密封系统性能抗磨减磨性能优化设计的理论研究与试验测试评价方法(ZL201310423514.3)，基于理论模拟、单元及全尺寸台架实验，初步优选的圆形和椭圆形织构布置于压裂泵柱塞表面可实现柱塞动密封系统的摩擦系数和温升降低45%以上，寿命延长30%以上，目前正在与中石油第四石油机械有限公司和中油国家钻井装备工程技术研究中心有限公司开展现场应用试验测试。 未来应用前景及市场规模预测 该技术垂直应用领域为油气勘探开发装备、油气集输装备、通用机械装备的润滑、密封、抗冲蚀与减阻等领域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的装备失效是由磨损引起的。两者造成的损失相当于GDP2%-7%，2019年我国的GDP为99万亿元，按5%计算约为4.95万亿元。

项目简介 行走装置增加一个辅助定位机构并采用视觉系统，能实现机器人精确移动和定位； 控制系统采用了无线收发模块，去除了传统网络中的传输线缆，利用微波、射频(RF) 等 无线技术构成网络，收发数据，这就解决了连线多，易出故障，安装较繁琐，布线不便 的问题；采用目前最低功耗和较低成本的短距离无线通信 ZigBee 技术，ZigBee 技术拥有 低数据速率和快速反应的特点。目前应用在数控机床上的无线通信技术主要有无线局域 网技术、蓝牙技术，由于无线局域网技术在抗干扰方面的不足，以及蓝牙协议的

国内外大科学工程研究中如激光聚变，空间光学，天文望远镜等，都对大口径光学元件提出了较大的需求和较高的要求，而国内大口径光学加工制造能力还远落后于美国，欧洲等国家。随着国内对大口径光学元件的需求越来越大，精度越来越高，口径越来越大，孔径也不断增大，适用于大尺寸、非球面、高效、精密的柔性加工技术已成为制约其发展和亟待解决的关键问题。利用智能化自动化技术生产取代传统手工低效率研磨已经成为必然趋势。为适应大口径光学元件的加工，结合现有成熟工业机器人技术条件，先进制造装备及控制实验室开展了多工具柔性磨抛复合加工技术的研究，利用工业机器人模拟手工研磨镜面加工技术，通过在末端关节安装的专门研发磨抛工具头对各型大口径平面及曲面类光学元件进行高效率研磨加工，还能根据光学元件面形检测得出的误差结果，专门开发了自主知识产权的软件能智能化地在光学表面相应的区域自动选择修正工具，并自动通过高效叠代算法得出合适的磨抛材料去除函数，并生成高精度光学表面加工程序，有效地控制加工大口径光学元件过程中产生的各种误差，特别是能有效克服“蹋边问题”，该成套技术不仅能大大提高大口径光学元件的抛光效率和加工精度，另外与采用精密数控机床加工相比还能有效降低企业设备采购与维护成本。 应用领域： 核聚变、空间光学、天文光学望远镜、光学镜头等涉及光学元件制造行业 技术指标： ？ 实现直径1米的大口径光学元件磨抛加工； ？ 直径500mm的平面反射镜有效口径范围面形精度达到PV=0.387λ、rms=0.063λ。

国内外大科学工程研究中如激光聚变，空间光学，天文望远镜等，都对大口径光学元件提出了较大的需求和较高的要求，而国内大口径光学加工制造能力还远落后于美国，欧洲等国家。随着国内对大口径光学元件的需求越来越大，精度越来越高，口径越来越大，孔径也不断增大，适用于大尺寸、非球面、高效、精密的柔性加工技术已成为制约其发展和亟待解决的关键问题。利用智能化自动化技术生产取代传统手工低效率研磨已经成为必然趋势。为适应大口径光学元件的加工，结合现有成熟工业机器人技术条件，先进制造装备及控制实验室开展了多工具柔性磨抛复合加工技术的研究，利用工业机器人模拟手工研磨镜面加工技术，通过在末端关节安装的专门研发磨抛工具头对各型大口径平面及曲面类光学元件进行高效率研磨加工，还能根据光学元件面形检测得出的误差结果，专门开发了自主知识产权的软件能智能化地在光学表面相应的区域自动选择修正工具，并自动通过高效叠代算法得出合适的磨抛材料去除函数，并生成高精度光学表面加工程序，有效地控制加工大口径光学元件过程中产生的各种误差，特别是能有效克服“蹋边问题”，该成套技术不仅能大大提高大口径光学元件的抛光效率和加工精度，另外与采用精密数

成果简介： 国内外大科学工程研究中如激光聚变，空间光学，天文望远镜等，都对大口径光学元件提出了较大的需求和较高的要求，而国内大口径光学加工制造能力还远落后于美国，欧洲等国家。随着国内对大口径光学元件的需求越来越大，精度越来越高，口径越来越大，孔径也不断增大，适用于大尺寸、非球面、高效、精密的柔性加工技术已成为制约其发展和亟待解决的关键问题。利用智能化自动化技术生产取代传统手工低效率研磨已经成为必然趋势。为适应大口径光学元件的加工，结合现有成熟工业机器人技术条件，先进制造装备及控制实验室开展了多工具柔性磨抛复合加工技术的研究，利用工业机器人模拟手工研磨镜面加工技术，通过在末端关节安装的专门研发磨抛工具头对各型大口径平面及曲面类光学元件进行高效率研磨加工，还能根据光学元件面形检测得出的误差结果，专门开发了自主知识产权的软件能智能化地在光学表面相应的区域自动选择修正工具，并自动通过高效叠代算法得出合适的磨抛材料去除函数，并生成高精度光学表面加工程序，有效地控制加工大口径光学元件过程中产生的各种误差，特别是能有效克服“蹋边问题”，该成套技术不仅能大大提高大口径光学元件的抛光效率和加工精度，另外与采用精密数控机床加工相比还能有效降低企业设备采购与维护成本。 应用领域： 核聚变、空间光学、天文光学望远镜、光学镜头等涉及光学元件制造行业 技术指标： 实现直径1米的大口径光学元件磨抛加工； 直径500mm的平面反射镜有效口径范围面形精度达到PV=0.387λ、rms=0.063λ。

本发明公开了一种多轴数控机床通用后置处理方法，包括如下步骤：(1)根据机床结构建立机床运动变换链(2)根据步骤(1)中所建立的机床运动变换链，建立从刀具到工件的变换矩阵 QWT(3)输入初始刀位点 CL1 的机床各平动轴运动坐标Δ1(4)计算出所述初始刀位点 CL1 后续的任一刀位点 CLi+1 的平动轴运动坐标Δi+1(5)判断 i 的值是否小于n，如果小于 n 则返回步骤(4.1)，将 i 增加 1 后继续计算，否则，计算结束，输出各刀位点对应的机床平动轴运动坐标和旋转轴运动坐标。本发明克服了一般后置处理方法中机床各轴运动坐标计算公式需要手工推导的缺点，可以满足各类多轴数控机床的后置处理需求，具有求解速度快、求解精度高的优点。

本发明公开了一种数控机床铣削加工刀具破损监测方法，该方 法通过获取机床主轴电机电流信号，预处理后经过奇异谱分析与特征 值提取过程，建立刀具破损监测模型，实现对刀具破损状态的监测， 达到通过电流信号预测刀具破损的目的。本发明采用电流信号作为监 测信号，具有信号获取容易，传感器成本低，安装方便等特点，奇异 谱分解可以有效提取信号中与刀具状态相关的成分，并且奇异谱是基 于信号内部结构的分解方法，计算速度快，节省时间；特征值是基于 统计方法方差进行提取，可以有效反应刀具破损状态，并且也具有计 算速度快的特点；支持向量机在小样本、非线性模式识别中表现出许 多特有的优势，识别准备率较高。 

项目概况 钢筋桁架楼板是楼板建筑的新技术，具有省时、省料、省工及结构强度高等特点，在欧美等地被广泛采用，现国内只有杭萧钢构从奥地利引进了8条生产线，年产楼板400万平米，远远不能满足国内10余亿平米的市场需求。主要特点 我们自主开发的钢筋桁架楼板及其数控全自动加工焊接生产线，申请了多项国家专利，具有核心自主知识产权。技术指标1、可加工钢筋φ6-4mm;桁架尺寸,宽×长×高576×1000-14000×70-270mm；2、成型机弯曲半径误差≤0.5mm,角度误差≤0.1°,“N形”形状准确，弯形速度60弯/分；3、支座钢筋之间及支座钢筋与下弦钢筋焊点抗剪承载力≥6000N，支座钢筋与上弦钢筋焊点抗剪承载力≥13000N；市场前景    该项目规模推广后，可年销售设备20套，年产楼板1000万平米，达到设备产值2亿元/年，楼板产值20亿元/年的市场规模

随着航天发动机性能和技术指标的不断提升，涌现出叶轮、机匣、舱段、壁板等大量服役于高温、高应力恶劣工况的高性能复杂结构件，此类零件结构整体成形、型腔封闭狭小、型面精度苛刻、薄壁易于变形、材料难于切削、极低损伤要求，迫切需要解决高速切削机理、刀具设计制造、刀具路径规划、加工颤振抑制等制约高速切削加工效率、精度、稳定性的瓶颈问题。 项目在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、国家自然科学基金的支持下，系统掌握了航天特种难加工材料高速切削工艺规律，提出了五轴铣削刀具“结构-参数-动态特性”一体化设计与无瞬心包络刃磨方法，提出了多轴铣削刀具路径高阶切触规划和精度控制方法，提出了多轴铣削加工过程稳定性预测与颤振在线抑制方法，掌握了多轴加工的装备工艺交互行为及其动态演变规律，揭示再生效应和过程阻尼对加工稳定性的影响，通过刀具结构模态耦合调整工艺系统阻尼，实现颤振在线抑制，显著扩大了极限稳定区域。 形成了完整和自主可控的多轴加工稳定性控制技术体系，应用于“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项五轴加工中心、车铣复合加工中心和数控系统换脑工程，显著提升了国产高档装备和精密刀具对于航天复杂结构件精密制造的适用性和可靠性，获北京市科技奖二等奖1项、中国专利奖优秀奖1项。

随着航天发动机性能和技术指标的不断提升，涌现出叶轮、机匣、舱段、壁板等大量服役于高温、高应力恶劣工况的高性能复杂结构件，此类零件结构整体成形、型腔封闭狭小、型面精度苛刻、薄壁易于变形、材料难于切削、极低损伤要求，迫切需要解决高速切削机理、刀具设计制造、刀具路径规划、加工颤振抑制等制约高速切削加工效率、精度、稳定性的瓶颈问题。 项目在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、国家自然科学基金的支持下，系统掌握了航天特种难加工材料高速切削工艺规律，提出了五轴铣削刀具“结构-参数-动态特性”一体化设计与无瞬心包络刃磨方法，提出了多轴铣削刀具路径高阶切触规划和精度控制方法，提出了多轴铣削加工过程稳定性预测与颤振在线抑制方法，掌握了多轴加工的装备工艺交互行为及其动态演变规律，揭示再生效应和过程阻尼对加工稳定性的影响，通过刀具结构模态耦合调整工艺系统阻尼，实现颤振在线抑制，显著扩大了极限稳定区域。 形成了完整和自主可控的多轴加工稳定性控制技术体系，应用于“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项五轴加工中心、车铣复合加工中心和数控系统换脑工程，显著提升了国产高档装备和精密刀具对于航天复杂结构件精密制造的适用性和可靠性，获北京市科技奖二等奖1项、中国专利奖优秀奖1项。