刀头高速旋转稳定推进，刀下坚硬的金属仿佛黄油般伏贴顺滑，伴随屑料与切削液飞溅，锃明瓦亮的零件从金属坯料中被解放出来，再装配成机器——尺寸分毫不差的零件们一环扣一环，彼此间绝无松动却又运转丝滑……

即使不是从事有关行业的朋友，看到如此严整的加工、制造过程，都会感到满足。带来这种严谨又丝滑的愉悦感的，主要就是两个字——“精度”，而精度高，则意味着机器效率更高，寿命更长。不少要紧的机械设施，都对精度有着极高的需要。

近日，中国科协发布的2024重大科学问题、工程技术难点和产业技术问题，其中的十大工程技术难点便包含了“工业母机精度维持性的迅速评测”，那样工业母机的“精度”为什么这样要紧？维持精度又为何这么难？

为此，大家咨询了大连理工大学机械工程学院教授刘阔，对这类大众关切的问题进行知道读。

工业母机：精度为什么这样要紧？

所谓“上梁不正下梁歪”“没规矩不成方圆”，这两句俗语充分说明有了正确的基准，做出来的东西才不会跑偏。而工业母机，恰恰承担了如此的重任。

工业母机，是指对金属或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所需形状、尺寸和表面水平的机器。一般可以把工业母机理解为“制造机器的机器”，尽管它并不直接生产终端商品，而是为其他设施提供基础零部件或模具，从而间接地影响各种制造行业。

图中这类都是典型的工业母机

工业母机制造的典型复杂零件

也正由于这样，工业母机的精度和精度的维持至关要紧。所谓“精度”，用通俗的话讲就是“按图加工”准确到什么程度——假如零件加工出来跟图纸需要完全一样，横平竖直，形状精准，尺寸分毫不差，那样就可称得上精度高。

举个简化的例子，对车床来讲，车一根 0.5 米直径的金属圆柱外圆，误差小于 5 微米的话，就可算得上是精密加工了，而 5 微米，大约等于大家头发直径的 1/16。而其他类型的母机，则各有标准。

一台高精度的母机，就像是一位资深的工匠，可以精细地调控加工过程中的每个细节，从零件的地方定位到尺寸的精确切割，再到形状的完美塑造，每一步都力求精准无误。这种高精度，不只降低了因加工精度超差致使的返工和材料浪费，还显著提高了商品的整体水平和一致性。

精度降低，都有什么缘由？

不少朋友都有如此的经验：崭新的自行车骑起来又安静又省力，可是骑了成千上万公里之后，这车就可能这儿响那儿晃，蹬起来阻力也大了。这其实也与“精度降低”有关，而类似的事情，也会在工业母机上发生。

大家看到的不少机械加工视频，都可以用“削铁如泥”四个字来形容，虽然看着轻松，事实上机器设施受力很大。

在这样的情况下，工业母机的床身-立柱、床身-导轨等螺栓连接界面，在工作过程中，就可能发生界面微动磨损、螺母旋转松动、螺栓杆蠕变等问题，导致螺栓预紧力的衰退，引起结合面处产生微小形变，导致母机精度衰退。

除此之外，工业母机加工零件的时候，会有很多能移动的运动部件，譬如非常容易见到的丝杠与螺母，滑块与导轨等等，伴随工业母机的长期运转，运动部件接触界面会渐渐磨损，使得原来的精密配合状况发生改变，导致母机精度衰退。

精密齿轮切割机。版权图库图片，转载用可能引发版权纠纷

那样，母机不工作、少工作就能降低磨损和精度降低了吗？

并不是这样。

工业母机的床身、立柱等大型结构件，需经铸造、粗加工、精加工等工序，基础件内部总是残留着很多的应力，若未经过充分的时效处置，在工业母机服役过程中内部应力将渐渐释放，不管母机工作不工作，都会致使原有安装基准发生改变，引起机床精度的衰退。

假如工业母机精度出现问题，那样就会干扰加工零件的准确性和最后商品的水平——加工出的零件或许会出现尺寸偏差、形状扭曲等问题，致使商品没办法达到预期的性能需要。

这类加工不够准确的零件，安装到机械中去的话，会致使效率降低，磨损、振动和噪音增加等问题，这既影响机器的性能和正常用，又会减少机器寿命，甚至带来事故隐患。

尤其是在航空航天、国防军工、汽车等精密制造行业中，这种水平问题或许会引发紧急的安全隐患，甚至致使灾难性的后果。

也正由于这样，大家需要按期检查、维护母机，以确保精度。比较容易想到，假如大家能改进工业母机，让它们在非常长一段时间内都维持精度的话，就能提升效率，减少本钱，对行业意义巨大。

然而，这并非一件容易的事。

维持精度，为何这么难？

以在航空航天、汽车等范围广泛用的精密龙门加工中心和卧式加工中心为例，现在市场上半数以上的国产加工中心在精度维持方面存在明显不足，其精度维持时间总是不足1年，这与海外高档相同种类商品动辄 5 年以上的精度维持性能形成了鲜明对比。

这种差距不只影响了国内高档制造业商品的整体水平，也紧急制约了有关范围的技术进步与进步速度。

那样，为何维持精度这么难做到呢？

第一，虽然大家平常只说“工业母机精度”，但，工业母机其实是一种很复杂的机械，精度项繁复多样，包含但不限于定位精度、直线度、垂直度、主轴回转精度等，每一种精度指标都直接关联到机床的加工水平与效率，但各自对加工性能的贡献方法和影响程度又各不相同。

第二，精度维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有关。受服役过程中温度、振动、切削力等多种载荷交互用途，工业母机设计制造过程中的微小偏差，会在长期服役过程中渐渐放大，对精度导致不可逆的影响。最后，失之毫厘谬之千里，影响到最后的商品。

影响工作母机精度的原因有这么多这么复杂，维持精度这件事自然也就突出一个“步步惊心”了。

迎难而上，解决精度维持问题

前边介绍完了基本的常识，下面就能讲讲大家该怎么样克服精度维持性差的难点了。

通俗地讲，一般优化设施时，大家一般要经过这么几个步骤：搞了解什么地方坏了，总结什么地方容易坏，搞了解为何坏，想方法让它别坏——这样循环，中间积累的常识和经验将会直接应用于下一轮设计和生产工艺当中，尽可能从源头上发现和预防各种问题和弱点，如此设施就能越做越好。

不过，上边的步骤虽然听着简单，实质操作时，对于工业母机这种结构复杂，精度项多的大型设施，就很麻烦。以前总是会采取现场跟踪测试的办法，但这种办法周期过长，没办法迅速测得精度维持性水平与弱点，导致国产工业母机精度维持能力很难在短期内获得飞跃式提高。

那样，又该怎么办这个问题呢？答案就是“加速”。假如可以想方法缩短工业母机精度维持性评测所需的时间，就能在短期内作出改进，提升精度。

工业母机精度现场测试

具体来讲，从理论上，需要搞清不同构型、不同制造工艺和不同服役工况下工业母机精度退化的规律，弄了解工业母机精度退化的微观机理，并打造数学模型，为工业母机精度维持的研究提供理论依据，如此在研究的时候就能更具前瞻性，更有些放矢。

从技术上，则要打造可以让工业母机精度维持性加速退化的平台，像工业母机这种整机级复杂结构机电系统，突破极小子样工业母机整机精度维持性多应力加速退化试验技术，打造可模拟实质工况进行多元载荷加载的工业母机整机精度维持性加速退化试验平台，如此才能更有效率地进行测试。

通俗地讲，就是借助短期的加速退化试验数据，结合仿真和数字化，达成工业母机长期服役过程中精度退化数据的整体判断，如此就能大大提升测试的效率。

不过，国际上，德、日、瑞等国工业母机商品历经了如此百余年的迭代升级，精度维持能力已可达到较高水平，尚未针对工业母机精度维持性展开系统研究。

而国内对工业母机精度退化规律与机制的研究又远远不够，整机级复杂机电系统加速退化试验技术研究仍非常薄弱。精度维持性迅速评测技术的突破需要进行很多的试验尝试，探索出科学、准确的迅速测试办法。

走这条路线，可以说是迎难而上，但，不勇敢地提出并尝试攻克如此的难点，就没法达成短期内提升工业母机精度维持性的目的。

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现在，大连理工大学联合智能制造龙城实验室已研制出国际首套载重 20 吨、可对工业母机进行温度-振动-速度-静动态力等多应力加载的整机精度维持性迅速测试平台，正在全力攻关工业母机多应力加速退化试验技术，并持续研制系列工业母机重点功能部件精度维持性迅速测试装置，力争塑造国际领先的工业母机精度维持性迅速测试基地。

在国家“04”重大专项新一轮的支持下，预计到 2027 年，突破工业母机精度维持性迅速评测技术，拟定系列精度维持性迅速评测国家或行业准则，全方位建成工业母机精度维持性迅速评测基地，支撑部分专项研发商品达到国际先进水平。

预计到 2035 年，持续进步精度维持性迅速评测技术，全方位支撑国产工业母机达到国际先进水平，推进国内工业母机制造技术水平进入革新型国家前列。

策划制作

受访专家丨刘阔 大连理工大学机械工程学院教授 智能制造龙城实验室

整理丨丁崝

策划丨于宏丽 中国机械工程掌握 丁崝

责编丨丁崝

审校丨徐来 林林

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