高铁精密测量技术

高铁精密测量技术

高铁精密测量技术 篇1

【摘要】本文重点对高速铁路精密工程测量的内容、精密工程测量的特点的论述，并简要介绍了高程控制网的复测，同时提出了高速铁路的运营和养护维修测量，需要进行进一步的研究，以确保高速铁路的安全运行。

【关键词】高速铁路；精密测量；技术体系

为了达到高速铁路的高速行驶条件，高速铁路轨道精度要保持在毫米级的范围以内，传统的铁路工程测量技术已不能满足高速铁路建设的要求。高速铁路的测量方法、测量精度与传统的铁路工程测量完全不同。

1高速铁路精密工程测量

为了满足上述要求，应根据线下工程和轨道铺设的精度要求设计高速铁路的各级平面高程控制网测量精度。高速铁路精密工程测量的目的是通过建立各级平面高程控制网，在各级精密测量控制网的控制下，实现线下工程按设计线型准确施工和保证轨道铺设的精度能满足旅客列车高速、安全行驶。

高速铁路精密工程测控贯穿于高速铁路工程勘测设计、施工、竣工验收及运营维护测量全过程，包括以下内容：高速铁路平面高程控制测量；线下工程施工测量；轨道施工测量；运营维护测量。

2高速铁路精密工程测量的特点

2.1高速铁路各级平面高程控制网精度应满足勘测设计、线下工程施工、轨道施工及运营养护的要求

由于过去铁路建设的速度目标值较低，对轨道的线型和平顺性要求不高，在勘测、施工中没有要求建立一套适合勘测、施工、运营维护的完善的控制测量系统。控制网测量的精度指标主要是根据满足线下土建工程的施工控制要求而制定，轨道的铺设不是以控制网为基准按照设计的坐标定位，而是按照线下工程的施工现状采用相对定位进行铺设，这种铺轨方法由于测量误差的积累，往往造成轨道的几何参数与设计参数相差甚远。

2.2高速铁路精密测量控制网按分级布网的原则布设

高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设，第一级为基层平面控制网（CPI），主要为勘测、施工、运营维护提供坐标基准；第二级为线路平面控制网（CPⅡ），主要为勘测和施工提供控制基准；第三级为轨道控制网（CPⅢ），主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

高速铁路工程测量高程控制网分二级布设，第一级线路水准基点控制网，为高速铁路工程勘测设计、施工提供高程基准；第二级轨道控制网（CPⅢ），为高速铁路轨道施工、维护提供高程基准。

高速铁路工程测量平面控制网应在框架控制网（CPO）基础上分三级布设，是因为测量控制网的精度在满足线下工程施工控制网测量要求的同时必须满足轨道铺设的精度要求，使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。

2.3高速铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系

高速铁路工程测量精度要求高，施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。由于地球是个椭球曲面，地面上的测量数据需投影到施工面上，由曲面的几何图形在投影到平面时，不可避免会产生变形。采用国家3°带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到340mm/km，这时无砟轨道的施工是很不利的，对工程施工的影响呈系统性。从理论上来说，边长投影变形值越小越有利。根据武广线、郑西线无砟轨道CPⅢ控制网的测量实践表明，在满足边长投影长度变形值不大于10mm/km的条件下，线下工程施工时，可不进行边长投影改正直接利用坐标反算距离进行施工放线，CPⅢ观测距离不需进行投影改化进行平差计算就可以满足CPⅢ控制网的精度要求。

2.4高速铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系

高速铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能不同分为了勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。我们把高速铁路工程测量这三个阶段的控制网，简称“三网”

勘测控制网包括：CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、二等水准基点控制网。

施工控制网包括：CPⅠ控制网、CPⅡ控制网、水准基点控制网、CPⅢ控制网。

运营控制网包括：CPⅡ控制网、水准基点控制网、CPⅢ控制网、加密维护基标

为保证控制网的测量成果质量满足高速铁路勘测、施工、运营维护三个阶段测量的要求，适应高速铁路工程建设和运营管理的需要，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准。即勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网均采用CPⅠ为基础平面控制网，以二等水准基点网为基础高程控制网。简称为“三网合一”。“三网合一”是高速铁路采用坐标进行线路的勘测设计、工程施工以及运营维护管理的前提。在“三网合一”基础上，线路及其附属建筑物的里程和坐标一一对应，每一个里程只有一个唯一的坐标（x、y、h），使施工和运营维护能够严格按照设计的线型进行施工和养护，保证高速铁路轨道的平顺性，同时也为工务管理信息化和构建数字化铁路创造了条件。“三网合一”是高速铁路工程测量技术体系的基础和核心。

3高程控制网的复测

为了保证控制点提供的高程基准的正确性，在工程建设的过程中，经常需要对已有高程控制点进行复测和检测，确保高程控制点的稳定。复测和检测在进行平差数据处理时，引入的高程基准应与原成果一致。

常用的复测和检测成果分析方法有两种：高差比对和高程比对。高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差，可以反映出地表相对高程变化；高程比对用以比较分析相同高程点的高程，可以反映出地表整体的高程变化。无论那种比对方式，只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时，才能说这种高差或变化是显著的，并考虑更新高程成果。否则，应沿用原高程成果。

复测、检测与成果取舍：较差（闭合差）限制原则、成果最新原则、平均性原则、端点外推原则。测段复测与原测时间超过了三个月，且复测高差与原测高差之差超过检测限差时，须进行测段两端点可靠性的检测。检测测段长度小于1km时，按1km计算。高程比对分析与增补点成果应用。实际水准测量中使用高精度仪器进行低等级水准观测时，如果计算得到的每公里水准测量的偶然中误差没有达到仪器应有的标称精度，则应怀疑仪器的工作状况不正常，即使总体上水准等级的精度指标满足了，对水准观测的数据应该慎重使用。因为，一台工作不正常的仪器，提供的观测数据是不可靠的。

4结束语

随着我国多条高速铁路的相继竣工，大规模地投入运营。高速铁路的运营及养护维修测量将是一个迫切需要我们解决的问题，而如何利用已有的CPⅢ控制网和铺轨基标快速完成高速铁路的运营和养护维修测量，目前还是一个空白，需要进行进一步的研究，研究一套适合我国客运专线铁路轨道的运营维护测量保障体系，确保高速铁路的安全运行。

【参考文献】

[1]杨晓莉;;美国铁路发展现状及启示[J];综合运输;2010年02期

[2]李峥辉;;CRTSⅡ型板式无砟轨道系统铺板后的检测方案[J];现代城市轨道交通;2010年01期

高铁精密测量技术 篇2

1平面测量测设应用方案

1.1随着社会经济的不断发展, 人们对于生活品质的要求越来越高, 通过对高铁建设体系的优化, 可以满足人们社会生活的诸多要求。为了满足人们对于高铁交通的要求, 必须要进行高铁速度因素、安全性因素、舒适性因素等的分析, 保证精密测量工程体系的健全。在高速铁路测量应用中, CPIII控制网应用扮演着重要的地位。

通过对铁路工程高精度控制网络的优化, 可以有效提升日常工程的施测要求。在施工过程中, 需要进行自动化观测模式的应用, 这需要不断健全高铁铁路建设体系, 满足我国的相关工程测量规范要求, 进行新型技术及方案的应用, 从而有效提升高铁工程的精度, 满足现代社会工作的要求。

1.2 CPⅢ测量技术体系具备良好的施工效率及施工精度性, 该技术的应用需要借助全站仪等设备, 从而进行网点的测量工作。在工作过程中, 需要进行自由设站边角交会网法的应用, 从而满足实际施测工作的要求。在实践应用过程中, 全站仪具备良好的应用效益, 其能够进行目标的动态化探索, 能够进行自动化的观测, 进行相关工程信息的自动记录, 该方法也具备良好的精度性, 能够进行方向测量误差的良好控制。在观测过程中, 需要注意施工环境的温度及气压, 实现对温度计量测精度的控制, 实现气压计量测精度的控制, 保证棱镜检测工作的良好开展, 实现对固定棱镜的应用, 以满足实际工作的要求。

自由设站的站间距离为120米, 在自由设站应用过程中, 需要保证相关数量CPIII点的设置, 积极做好网点的重叠观测 (转下页) 工作, 保证对其视距的有效观测, 自由设站的具体情况如图1。

自由置镜位置由中间黑点表示, 中间点引出的方向线就是CPIII点。

在工程应用过程中, 通过对自由站的应用, 实现对CPIII的测量, 保证CPII线路可视控制点密度的控制, 从而满足实际工程的应用要求。

CPII点和CPIII点应用一致性的棱镜, 在应用过程中, 需要进行多次CPIII点的联测, 这也需要保证联测长度的控制。在自由设站观测上进行CPII点联测工作的开展, 做好联测过程中的自由站的设置。

2高程测量测设方案的应用

2.1在高程测量测设方案的应用过程中, 需要做好该控制网的外业观测工作, 做好相关的观测工作细节。通过对独立往返精密水准测量方法的应用, 实现对CPIII点及上级水准点的有效联测, 具体联测情况如图2-3。

2.2在CPIII的测量过程中, 需要根据工程的实际规范要求, 做好路段的分段测量工作, 进行分段长度的有效控制。在测段过程中, 需要做好CPIII网络相对精度的控制工作, 做好相邻测段的衔接工作, 做好一定数量的CPIII点的重复观测工作, 将其作为重叠观测区, 从而保证测段之间的良好连接性。在重复观测点的确定过程中, 需要按照工程的相关测量规范进行工作, 实现每个点的观测次数的控制。

为了提升高铁工程的应用效益, 我们需要进行CPⅢ控制网技术方案的优化, 保证该控制网具备良好的精度性及其均质性, 实现不同作业段落间的平顺性, 确保不同工作步骤的良好协调性。在实践过程中, 施工工程单位需要做好相邻施工区段的CPⅢ点测量工作, 具体的搭接测量步骤如图4。

在工程实践中, 需要保证不同测段的链接质量, 保证前后测段独立平差坐标差值的控制, 保证CPII控制点、CPI控制点及其CPIII控制点坐标工作的协调性。在高程数据的处理过程中, 需要保证测段前后独立平差高程差值的控制, 进行相关平差方法的应用。在此应用前提下, 如果个别点出现较大的偏差状况, 就必须进行该测点位移状况的核实。

2.3在工程测量应用中, 需要做好测量数据信息的平差工作, 做好CPIII轨道控制网平面数据的处理工作, 在工作过程中, 需要进行专业数据处理软件的应用, 在软件处理过程中, 需要实现不同环节的控制网数据处理环节的协调, 从而满足实际工作的要求。 (表1-2)

为了满足高铁工程的应用要求, 进行CPIII控制网精度的提升是必要的, 从而满足CPIII控制网的工作要求, 保证相关观测操作工作的开展, 要积极做好建网及相关施工工作。在CPIII控制网测量应用过程中, 坐标系统的应用需要满足测量工作的要求, 从而进行无砟轨道控制网体系的健全, 保证其良好的精度性及网型稳定性, 满足高铁铁路的工程应用要求。

3结论

在高铁精密控制网工作应用中, CPIII测量技术具备良好的施工效益, 能够满足高铁控制网的诸多工作要求, 具备较高的工作效率。

参考文献

[1]高速铁路工程测量规范TB10601—2009.

[2]国家一、二等水准测量规范GB12897—2006.

高铁精密测量技术 篇3

【关键词】GPS定位技术；精密工程测量；应用

近些年来，在精密工程测量中，GPS定位技术的广泛应用也属一项重要变革，是对测量技术的创新性发展。GPS定位技术是在基于对空间卫星优势利用的基础上，借助于对信号的接受，继而实现在地理空间中寻找并确定测量点，就此方面来看，GPS定位技术的应用更具高精准、高效率的优点。同时，该技术的应用存在极强的抗干扰性以及保密性，可确保在整个测量过程中的实时性与持续性，不会较大的受到外界因素干扰。相较于其他传统的测量技术，GPS定位技术无论是在航空还是在资源调查中都有了越来越广泛的应用，同时在工程测量中的应用也被人们普遍接受。对在精密工程测量中GPS定位技术应用的相关内容进行分析具有重要意义。

一、关于GPS定位技术的技术特性分析

GPS定位技术作为当前最具系统化的一项定位技术，其在精密工程测量中应用的技术特性主要表现在以下几个方面：

（一）区域范围不大，网中基线边较短，通常来说都不会在5km以上，且工作的GPS接收机的卫星信号一般也是存在相应相同的误差特性，例如卫星钟差或者是对流层折射误差等等，借助于差分结算，这些普遍存在的公共误差便能在极大程度上获得抵消。借助于GPS定位技术，只需要进行对观测方案合理、规范的设计，便能够得到精准度极高的观测成果。

（二）精密卫星星历的使用，在借助于精密定位的基础之上，采用精密卫星星历，借助于此，实现对囊括GPS卫星轨道参数、卫星轨道信息等诸多种类信号的分量，更进一步为获取精准的观测值、控制测量误差出现奠定了基础。

（三）更易获取到较高的相对精度。基于WGS-84坐标的前提下，借助于GPS测量技术，可以更易取得到更高的相对精度，同时若采取了得当的观测方法，再借助于一定的数据处理技术手段，在经由网平差之后，GPS点的相对定位精度便可以达到毫米级，更精准的甚至可以达到亚毫米级，进而满足精密工程测量在精度方面提出的严格要求。

（四）对通视方面提出的要求并不严格，且可灵活进行工作点的选择。就常规的测量方法来说，都要求相邻的观测工作点之间可实现相互通视，基于这样条件的约束，也使得工作点的选择在很大程度上受到工程条件的制约，有时候还必须要增加连接点来满足此项要求，这不仅会带来更大的工作量，而且还会影响到精度的准确性。而在GPS测量中，就不需要对站点间实现可通视这一条件进行考虑，不仅强化了选取工作点的灵活性，而且更确保了测量精准度。

（五）具有极高的自动化程度，可全天候自动观测。GPS系统属于一种单程的系统，通常来说，用户只需要做好GPS卫星发射信号的接收工作就可以了，实现信号的接收便可以实现昼夜的观测，即使是面对小雨或者是有雾等情况常规测量无法实现有效观测的条件，GPS也不会受到任何不利影响。除此之外，GPS定位技术还具有外业观测操作简便的优点，通过计算机来自动完成信号的内业处理，这样一来便更显现出其低成本、高效率、自动化等诸多应用优势。

二、GPS定位技术在精密工程测量中应用的误差来源与应对举措

（一）关于对误差来源的分析

通常，在精密工程测量中，GPS定位技术应用存在的误差可将其主要分成以下三类：第一是与卫星存在相关联的误差，这种误差主要是指卫星的轨道偏差以及钟差；第二，与卫星信号传播存在关联性的误差，这种误差主要是指对载波相位周跳以及多路经效应的影响而产生的误差；第三，与接收设备存在关联性的误差，主要是指观测信号中存在的分辨误差，接收机钟差以及接收天线相位中心存在的位置偏差。

（二）关于控制误差的应对举措分析

基于在精密工程测量中对GPS定位技术提出的高精度这一要求，必须要在实际工作中，借助于相应的作业手段，在最大程度上将这些可能存在的误差进行抵消或者是彻底消除，基于对上文中几点常见误差的分析，提出下列几点相应的应对举措。

1.求差多台接收机的同步观测值

实现对多台接收机同步观测值的求差，便可以抵消存在相同或者是相似误差特性的误差，尤其是在基线边相对较短的精密工程测量工作中，应用优点更为显著。例如卫星与接收机之间的误差，卫星轨道误差等等。

2.构建观测值改正模型

通过观测值改正模型的构建，可实现对部分观测值误差的进一步修正。该种改正模型主要包括：表征卫星轨道偏差的改正模型（如果是在相当短的时间中，可视卫星轨道偏差改正参数为常亮），电离层模型（通常来说是为导航电文的提供）；对流层模型以及接收机钟差改正模型。

3.有效借助双频观测

GPS卫星信号受到来自于电离层的影响主要可通过信号频率的函数来进行表现，通过使用频率各不相同的电磁波信号进行观测，可对其产生的影响进行确定，继而更进一步修正观测值。

4.精密卫星星历的使用

尽量选取更为适应的观测方案，并确定卫星条件较好的观测时段，可进一步减小GDOP及PDOP值，对由于电離折射、卫星信号误差以及载波相位周跳等误差所带来的影响可进一步减少。

5.长时间、多时段的持续观测

通常来说，在借助于相对静态定位的方法下，完成对一条基线相对定位所需要的观测时间，是以精准度的各不相同来决定的，一般来说在1～3h左右，同时应该使用2个时段的观测。

6.观测点的选择

对观测点进行正确的选择，确保拥有良好的卫星观测条件，无论是对数据的检核还是处理都要严格进行。在进行观测点选择的时候，应避免由于信号噪声、多路径效应或者是信号遮挡等因素造成的影响。于基线向量进行初步计算之后，对相位双残差曲线图进行调处，并对其发生的变化进行密切观察，对波动起伏超过限差要求的部分应予以重新测量；就个别卫星在某个时间段失常者，应予以做删除处理，之后再做基线向量解算工作，再一次相应的调出重算后的相应双残差曲线，确保基线向量的每一个指标都能完全符合相关要求。

在进行平差的计算之前，应使用工程设计精度指标，实现对重复基线的较差工作，实现对环、异步环各坐标分量闭合差的同步工作，同时检核全长闭合差，分析超限原因，采取一定的补测举措，以此来进一步保证网的精准度。

三、GPS定位技术在精密工程测量中的具体应用分析

精度设计：依据工程实际，确定城市GPS网为控制网。一般边长平均设定在超过1000米，最弱变差应不超过1/10000，固定误差应在15mm以内。

基准、网形的设计：一般设置12个控制网点，3台接收机，在进行网形的布设时，应呈边连式。

观测时段：通常确定观测时段应依据大气条件。若卫星分布条件较好，那么相应的测量时所获取精度也就更好。一般是将卫星颗数与分布作为依据的，4颗以上、分布较均匀的条件下可进行作业安排。

选点：基于各个站点之间可不通视的优点，可进行灵活选点，继而布网条件也非常便利。

观测：基于作业调度出发来进行观测的安排，使用静态相对定位。就3点以上的，应相应的安排3台接收天线来实现对气象的测量，在指标达到相关要求之后，再将数据输入到接收机之中，其便会实现自动化的记录。依据外业数据做相应的处理，解算合格的向量构成基线，继而得到网点坐标。

结束语

相较于传统的测量技术，GPS定位技术无论是在测量精准度方面还是适用性方面都更具应用优势，可进一步提高工程测量质量与效率。在精密工程测量中实现GPS定位技术的普遍应用，为测量工作更进一步打开了新的局面，属工程测量的创新性改革，极具重要意义。

参考文献

[1]蒲正川.GPS定位技术在精密工程测量中的应用研究[J].环球人文地理，2014，（14）：50-50.

[2]修玉县，赵浩，冉怡静等.GPS定位技术在精密工程測量中应用及其优缺点分析[J].大科技，2015，（20）：139-140.

[3]姜云中.GPS定位技术在精密工程测量中应用初探[J].黑龙江科技信息，2014，（21）：154-154.

[4]敖小冲.GPS定位技术在精密工程测量中的应用[J].大科技，2015，（20）：125.

[5]孙明，韩晓竹.浅谈GPS技术在精密工程测量中的应用[J].大科技·科技天地，2011，（5）：189-190.

作者简介

论精密工程测量及其应用 篇4

给出精密工程测量的定义,阐述精密工程测量的特点,论述它的理论、技术和方法、数据处理方法、专用仪器以及软件研制等内容,用实例说明其用处.

作 者：张正禄 邓勇 罗长林 刘祖强 杨红 ZHANG Zheng-lu DENG Yong LUO Chang-lin LIU Zu-qiang YANG Hong 作者单位：张正禄,邓勇,罗长林,ZHANG Zheng-lu,DENG Yong,LUO Chang-lin(武汉大学,测绘学院,湖北,武汉,430079)

刘祖强,杨红,LIU Zu-qiang,YANG Hong(长江水利委员会,三峡勘测研究院,湖北,宜昌,443003)

高铁精密测量技术 篇5

学科名称：081600测绘科学与技术（工学）、081601大地测量学与测量工程（工学）考试科目：3012-精密工程测量

类型：专业基础课

试卷分值：100分

参考书目：

1.《特种精密工程测量》吴翼麟等编著，北京：测绘出版社1993

2.《精密工程测量技术及其应用》，华锡生等编著，南京：河海大学出版社，2002 考试内容：

一、精密工程测量学的基本概念10分

二、精密工程测量数据处理基础25分

三、精密工程测量控制网20分

四、精密工程测量仪器和方法25分

五、精密工程测量的自动化15分

六、其它5分

考试要求：

一、精密工程测量学的基本概念

1.精密工程测量学的概念、主要研究内容和服务领域；

2.精密工程测量的现状与发展趋势；

3.国内、外精密工程测量的实践。

二、精密工程测量数据处理基础

1.精密工程测量数据处理的特点；

2.近代平差理论及方法在精密工程测量数据处理中的应用；

3.变形监测网的平差与变形分析方法。

三、精密工程测量控制网

1.精密工程测量控制网的布设原则和特点；

2.几种特殊的精密工程测量控制网；

3.精密工程测量控制网的机助设计方法；

4.精密工程测量控制网质量分析的理论。

四、精密工程测量仪器和方法

1.精密角度、距离、高程测量方法和仪器；

2.精密角度、距离、高程测量的误差分析及对策；

3.准直及变形监测专用仪器

4.工业测量系统的理论与方法

五、精密工程测量的自动化

1.自动控制和控制系统的基本理论和概念；

2.位移传感器及其应用；

3.测量机器人的基本原理。

六、其它

1.新技术在精密工程测量中的应用；

2.计量仪器在精密测量中的应用；

3.GPS高精度测量与定位技术；

高铁控制测量技术研究 篇6

基础GPS网采用国家坐标系统或地方城市坐标系统, 采用的起算点为国家坐标系统或地方城市坐标系统的控制点, 因此其约束平差也是在国家坐标系统或地方城市坐标系统进行, 得到所有基岩点的国家坐标或地方城市坐标。采用斜轴圆柱投影时, 将基岩GPS网的控制点通过投影计算转换到相应的斜轴圆柱投影平面上的平面坐标系统中, 作为施工控制网的基础。

1 高速铁路精密控制测量技术

1.1 高速铁路测量技术要求

高速铁路轨道分为有砟轨道和无砟轨道。无砟轨道是以钢筋混凝土或者沥青混凝土道床取代了有砟轨道的散粒体道砟床的整体轨式结构。与有砟轨道相比无砟轨道具有良好的结构稳定性、连续性和平顺性, 良好的结构的耐久性和少维修性等特点, 但无砟轨道对基础要求比较高, 一旦基础变形下沉, 修复比较困难, 因此在测量精度方面要求比较高。为了适应高速铁路高速行车的平顺性和舒适性的要求, 高速铁路轨道必须具有较高的铺设精度, 甚至精度要保持到毫米级范围内。同时, 对于无砟轨道而言, 轨道施工之后除了依靠扣减进行微量调整外基本不具备调整的可能性, 这就要求为防止测量误差的积累, 提高测量精度的高速铁路轨道控制网测量必须具备更严格的控制网标准。

1.2 德国高速铁路控制测量网布设方案

德国的平面控制网共分为四级:PSO、PS1、PS2和PS4。德国的高速铁路线路采用大地测量基准是以德国土地测量管理部门的ETRF89为基础的DB_REF, 采用七参数转换到局部参考椭球体, 使用3°高斯一克吕格投影将球面投影转换到平面上。

(1) PS0是在联测德国国家控制网点 (网点的间距为30~50 km) 的基础上采用GPS大地测量方法测定的三维网络, 其控制点一般分布在线路交汇的范围内, 尽量保证能被多条线路应用, 它构成了德国高速铁路网的坐标框架。 (2) PS1是在PS0的基础上采用全站仪和水准的方法建立的大地测量三维网。 (3) PS2建立在PS1和PS0基础上, 只是采用全站仪大地测量方法建立的平面控制网, 其控制点以永久的控制点标准设立。 (4) PS4则是根据需求设立的其他测量方式获得的控制网。 (5) 德国的高程网只有一种PS3, 其控制点只建立在适宜的大楼和建筑物处, 是采用联测国家水准点, 建立的水准网。同时, 对于上述维数少于三的控制网, 需要用分米级精度标称缺少的维数。

1.3 我国高速铁路控制网布设方案

依据误差分析理论和仿真试验, 借鉴德铁的技术标准, 并考虑我国的技术力, 我国高速铁路轨道测量平面控制网是建立在ITRF2000或者ITRF2005框架下选用北京54或者西安80参考椭球体, 通过地区的具体情况, 选择抵偿带坐标系统任意中央子午线系统、任意中央子午线的较窄宽度带横轴墨卡托或者斜轴墨卡托投影到平面上其一般共分为四级:第一级为结合第二级的基础平面控制网 (CPⅠ) , 主要为测、施工、运营维护提供坐标基准;第三级为线路控制网 (CPⅡ) , 主要为勘测和施工提供控制基准;第四级为基桩控制网 (CPⅢ) , 为轨道铺设和运营维护供控制基准。

(1) 基准网和CPⅠ是采用B级GPS静态测量布设的, 其中基准网点间间距一般50~100 km左右设置一站。CPⅠ则是在联测基准网点的基础上, CPⅠ则是的基础上, 一般按3~4 km布设一个单点, 困难地段点间间距不得小于10 m, 同时应在特长隧道进出口和特大桥附近应增设CPⅠ控制点。CPI网的邻点应尽可能通视, 每个控制点至少保证有1个相邻的通视方向, 或者增方向辅助点, 以达到“三网合一”的目的;控制点的点位以便于加密布设CPⅠ导线和施工、运营检测需要为原则沿线路布设。为了与国家坐标或地方坐系建立关系, CPⅠ控制网至少应该联测3个国家或城市控制点。以便确定相互的转换关系。 (2) CPⅡ可同时使用全站仪建立附合导线和C级GPS静态测量两种形式布设。点间距或者导线间的距离一般为500~1000 m, 困难地段不短于600 m。沿路走向布设网点, 网点应选在离线路中线50~100 m, 观测条件比较好的方。 (3) CPⅢ应在联测CPⅡ的基础上, 平面采用沿线路两侧布设五等导线测量的法进行施测, 高程控制是在联测一等水准或者国家二级以上水准点的基础上, 布设三等水准。其控制点一般采用在墙体侧面嵌入螺栓或者桥梁点防护墙上方埋点的方式, 其中嵌入墙体侧面的点位和高程位置均为轨道标记螺栓前缘的上侧。 (4) 我国高速铁路高程控制网也采用分级布网、逐级控制的方式布设, 用二等水准路线联测每隔50~1 0 0 km左右布设, 离线路中心至少2 0 0 m的基岩标, 顺便联测沿线的每隔25 km布设, 离中线150 m的深埋水准点, 并至少需要联测两个或以上的国家不低于二等的国家水准点, 以将高程统一到国家85高程系统中, 或建立两者的关系。在此基础上, 布设三等水准路线, 联测各个浅埋水准点, 附合在一、二等水准点上。其中, 浅埋水准点尽量与CPI、CPⅡ、CPⅢ控制点公用。

1.4 高速铁路控制测量中需要注意的若干问题

(1) 高速铁路精密工程控制网布设方案。 (2) GPS控制网优化设计。 (3) 各级控制网数据采集方法和预处理。 (4) 基线解算及其质量控制。 (5) GPS网三维无约束平差, 质量控制, 内符合精度的评定。 (6) 起算数据检查和计算基准的选择。 (7) GPS网三维约束平差, 质量控制, 外符合精度评定。 (8) 二等水准精度评定和GPS水准方法研究。

2 勘测设计阶段控制测量工程概况

为满足某段高速铁路客运专线无砟轨道施工、运营以及后期复测和维护需要, 保证高速铁路运营的高平顺性, 按照分级布网、逐级控制的原则, 在该段铁路客运专线全线建立高精度的平面和高程控制网。下面主要针对严格按照技术规范获取的某高速铁路控制测量数据进行处理分析, 研究高速铁路精密控制网测量的方法和技术。

2.1 己有测量成果

该段勘测设计工作开始, 既有工程控制测量数据资料情况如下。

(1) 国家A、B级GPS点7个, 间隔为50 km左右, 各点基本与既有一等水准路线公用, 但其坐标框架不统一, GS43、GTIO、GS51、HDOI是ITRF93参考框架下的, 其余三个为0016、0017和1169都是工TRF97参考框架下的。 (2) 国家三角点9个, 其中国家工等三角点两个:9014和9055;国家11等三角点七个, 分别为:9012、9013、9056、9023、9003、9004和9021。 (3) 测技中心布设GPS点2个, 分别为:JSGPS125, JSGPS126。

2.2 施工坐标系选择

在观测过程中, 联测上述点, 进行基准网的测设。由于观测条件限制, HD01采用了偏心观测, 经过兼容性分析, 参考框架JTRF93:GS43、GT10、GS51、HD01四点与参考框架JTRF97:0016、0017、1169三点兼容性较差, 最终处理方案为:全线约束国家GPS点四个, 分别为:WGS-84椭球、参考框架ITRF97:0016、0017、1169和参考框架ITRF93:HD01。并且对HD01进行了框架改化。

2.3 己有测量成果的评价和利用

本线在勘测设计阶段己经充分考虑了投影变形的影响, 因此本次精密控制测量的坐标系统可以利用原勘测阶段的坐标系统参数。但是由于采用框架不同, 原来定测采用的是97框架, 所以原有设计资料可能会修改。既有工程控制网坐标系统设计参照依据为《高速铁路测量暂行规定》相关要求, 在精度等级、分布密度、规格和埋深都与无碴轨道施工控制网要求存在较大差距, 不能满足无碴轨道铺设技术要求, 需在全段建立满足无碴轨道铺设要求的精密工程控制网。本段联测的国家三角点兼容性差。因此应重新建立B级GPS框架网——基准网, 以便作为后续精测网的起算约束点。但是要与原有约束点进行联测, 以确保新建精测网资料与既有勘测设计资料保持一致。

3 高速铁路测量平面控制网处理实例分析

3.1 基准网基线解算

(1) 基准网网中的GPS基线向量采用精密星历和精密基线解算软件Gamit进行平差计算, 其解算的精密基线的同步环闭合差严格为0。 (2) GPS的基线解算质量主要通过重复边和异步环闭合差检核。 (3) 基准网严格按照技术要求进行观测, 在内业数据处理时, 分三种方式进行基线向量解算。

(1) 24小时作为一个时段, 整体计算。 (2) 将24小时分成两个时段, 每个时段16个小时, 中间重复4小时。 (3) 24小时分成四个时段, 每个时段6小时。

经过对比分析, 三种方法计算结果差值均小于10 mm, 最终成果采用将24小时分成两个时段的计算结果。

由于两种约束网平差坐标成果之间存在较大差异。点位空间三维坐标分量差值最大达到9 mm, 基线长度差值最大达到5 mm。这一差异主要由双方选用坐标位置基准和约束平差方法的不同而产生的。为了保证该段精密工程控制测量的CPO控制网坐标基准的统一, 采用精测网评估验收专家组建议该段铁路客运专线工程CPO控制网坐标采用评估验收专家组计算的CPO约束网平差计算的坐标成果统一平差。

3.2 CPⅠ和CPⅡ基线解算

该段高速铁路CPⅠ和CPⅡ均是采用GPS静态差分技术, 按照相关规范布设的。限于精度要求, 它们一般选用L e i c a或者trimble双频GPS接收机来采集数据。数据采集完成后, 经预处理没有任何问题后, 将所有原始观测文件 (trimble数据需转化为rinex数据) 输入商用软件LGO, 再对点号、天线量高方式、天线高复核后进行基线解算基线解算前, 考虑以最佳的方式构网。数据采集过程一般采用四台GPS在各自的测站上, 同时观测相应的时间, 便完成一个时段测量;然后, 以边连的方式, 其中两台不搬站, 另外两台仪器翻滚推进或者四台仪器分两组共同推进, 准备进行下一个测段。其中翻滚推进方式的两个处于不搬站的仪器应改变仪器高。

其中A、B、C、D为同步观测的四台接收机。CPⅠ和CPⅡ在LGO软件的构网方式一般采用由三条同时段采集的基线和另一时段公用边基线构成异步环, 各异步闭合环采用边连式连接, 逐环构网。在联测基准网时, 有可能采用三台仪器观测, 此时也应用边连式连接其它异步环。CPⅠ和CPⅡ构网的唯一不同点只是CPⅠ观测了两个时段, 要进行两次异步环的连接。

WGS-84坐标系下基线解算设置一般采用软件系统推荐的系统缺省值, 均解算出整周未知数, 同时存储基线结果, 并将异步环数据导出为.asc格式ASCⅡ码基线文件。然后把.asc格式文件导入软件依次进行闭合环差计算, 无约束平差、建立相应的坐标系, 输入已知点坐标进行约束平差。

3.3 CPI和CPⅡ精度分析

(1) CPⅠ和CPⅡ重复独立基线和异步闭合环误差统计该段高速铁路数据处理过程中, CPI共取独立基线178条, 独立重复基线共38条, 其中较差最大的为8 mm;重复基线均小于限差。

(2) 不同等级GPS网部分同、异步闭合环限差分析。

对CPⅠ、CPⅡ和D级分别建立同、异步闭合环, 在软件tgppsw中进行最小独立闭合环的解算。然后从各级控制网中所有同、异步环中任意选取构网相同的对应闭合环, 进行同、异步环闭合差分量及闭合差统计分析。计算闭合环精度可以得出, CPⅠ同步环与异步环闭合精度和闭合差相当, 而CPⅡ和D级网主体上异步环大于同步环闭合精度和闭合差, 也就是说当同步环满足限差的时候, 异步环不一定能满足, 建立异步环闭合环在精度控制方面优于同步环闭合环。这种优势在所构建闭合环CPⅡl99-CPⅠO51-CPⅡZOO-CPⅡl98-CPⅡl99中体现得比较明显。建议在CPI数据处理时, 同时构建同、异步环进行对网闭合差的检核, 以保证原始数据的可靠性。而对于CPⅡ和D级网, 在数据处理过程中, 可只构建异步环对闭合环的检核。

3.4 平差计算精度分析

(1) 无约束平差及精度分析。

复测基线及异步环满足要求后, 继续在测量软件tgppsw中进行无约束网平差计算。对观测值标准差、后验中误差、残差和点位精度进行统计分析。剔除粗差和明显的系统误差, 同时考察网的内符合精度从网平差报告和上述分析看, CPI无约束平差基线向量改正数最大∆X为3.6 mm, ∆Y为10.6 mm, 业为14.9 mm, 点位标准差基本在2.2~8.8 mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.5 mm, 高程RMS主要分布在0~10 mm, 平面精度控制在0~6 mm以内, 高程精度控制在0~11 mm以内;而CPH无约束平差基线向量改正数最大为∆X 19.7 mm, ∆Y为13.1 mm, ∆Z为7.6 mm, 点位标准差基本在2.5~10 mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.9 mm内, 高程RMS主要分布在0~10 mm平面精度控制在0~6 mm以内, 高程精度控制在0~13 mm以内。其上指标均严格符合限差要求, 说明基线向量网内符合精度很高, 基线向量网的质量十分可靠。

(2) 约束平差。

(1) 不同参考框架下约束平差对CPⅠ和CPⅡ精度分析。

基于该段高速铁路C P I分别在GPS2005坐标框架和2000坐标框架下, 在WGS84坐标系下, 选用114.75度和114.1度为中央子午线经度, 横坐标Y偏移量为500 km, 设置相应的高程异常值和投影面大地高程, 利用基准网在2005框架下的平差结果作为起算基准, 在tgppsw软件中进行约束平差。其中基准网是在GPS2005坐标框架下, 采用WGS-84坐标系, 选用中央子午线经度为117°, Y坐标的加常数为500 km进行平差的。同时, 以CPI平差结果作为起算数据, 应用与相同的方式, 对CPⅡ进行约束平差。

比较CPⅠ和CPⅡ在GPS2000和2005框架下的平差结果, 计算表明, 两种坐标数据间存在几乎固定的相对差值:

∆X=13.4cm, ∆Y=-33.9cm, 固定差值浮动只在1 mm范围内。选用中央经线114.1度进行不同控制网的约束平差, 比较两种参考框架下的坐标, 同样可以得到上述结论。因此, 常规GPS测量中, 选用GPS2000或2005框架进行约束平差都能满足相应工程要求。而对于高速铁路控制网高精度要求而言, 最好选用高分辨率和高精度的GPS2005坐标参考框架。

(2) 最终约束平差结果分析。

C P I起算点选用基准网控制点的成果, 采用任意带高斯正形投影抵偿坐标系在软件上整体平差, 点位中误差xm最大为3.1 mm, ym最大为2.9 mm, 均小于±10 mm的限差, 满足规范要求。基线边方向中误差最大为0.6 3″, 小于1.3″的限差, 满足规范要求。相邻点相对点位中误差最大为3.6 0 mm, 小于 (8+D*lppm) 的限差。最弱边相对中误差最大为均严格小于1/170000的限差, 满足规范要求。

中原量仪：精密测量行业的领军者 篇7

在豫西三门峡市的市区，一座外表平凡的工厂掩映在热闹的街道中，当你走进工厂，了解企业的创业历程后，便会对其产生浓厚兴趣。这就是三门峡中原量仪股份有限公司（以下简称中原量仪）。

百度百科这样介绍量仪，量仪指能够指示量值的座式和上置式等长度测量工具。与量具相比，量仪具有灵敏度高、精度高、测量力小等优点，其结构较复杂。量仪对环境条件要求较高，一般在计量室使用。

量仪是一切精密仪器的检测工具，而精密测量行业是装备制造业的底层基础行业，尤其是在信息化时代，数字测量控制技术和产品是行业发展的高点。

国企改制进军资本市场

中原量仪的前身是中原量仪厂，创建于1965年。在国民经济建设中，国家为了打破精密量仪设备依赖国外进口的状况，提高国家基础工业水平，从日本引进技术建成的我国唯一一家专业精密量仪生产企业。由于三门峡独特的黄土地理条件，国家决定将该套精密量仪设备落户于此。建厂过程中先后得到周恩来总理，李先念、李富春、习仲勋、薄一波副总理的亲自关怀。

经过50年的发展，中原量仪已经成为中国精密测量仪行业第一品牌，企业研发实力全国第一，产品市场占有率全国第一，设备、工艺国内行业一流，对民用工业、军工航空航天领域均作出卓越贡献。

公司现有产品七大系列，共计三百多个品种，在国内外拥有4000多家用户，广泛应用于机械制造、轻工电子、汽车、摩托车、冷机、轴承、机车车辆、机床、铁路、纺织、医药、船舶、核工业、分机、军工、航空航天和科研院校等方面。

中原量仪不仅发展气电量仪等基础产品，同时根据用户需求研发了大批专机产品和综合检测仪器，利用精密机械技术、光电技术、气电测量技术和微电子技术研制成功一系列高精尖产品，还实现了手动测量、自动测量和在线综合测量等多种测量方式。尤其为我国航天火箭、神五飞船提供关键检测设备，中原量仪先后受到党中央、国务院、中央军委的联合通令嘉奖。

中原量仪厂作为一家传统的国有企业，由于背负了沉重的时代和体制的负担，在市场经济的浪潮中，发展一度受限。2005年之后经过股权改革，最终形成以卢学郎为董事长的管理层。中原量仪经过由河南衡宝投资控股公司牵头的新三板规范化治理，准备以崭新的姿态步入资本市场，实施新一轮的发展战略。在挂牌规范化治理中，最大的负担是1000多位离退休职工的劳保问题，经过与政府部门、员工的积极协商，职工社保问题得到合理的解决。

占据行业制高点

从世界水平来看，我国量仪生产水平处于中低档次，大约85%的中高端量仪市场被国外所占领。国内中低端市场趋于成熟和饱和，整个量仪市场将进入转型调整期。

精密量仪行业具有技术密集度高、基础设施要求高、研发投入高的特点，国内中小企业实力弱、规模散，很难担当抗衡国外行业巨头的责任。中原量仪进入资本市场后，将利用资本的力量，提高技术，整合行业资源，向高端量仪行业发展，提升中国制造的影响力。

当前公司的研发重点是高精度光栅传感器。自2013年以来，公司与西安交大机械工程学院进行产学研的结合，合作开发大量高精度光栅传感器，样机已通过中国计量院检定，各项精度指标符合设计要求，技术水平国内领先，完全可以替代进口。该产品被教育部技术鉴定为压印精密光栅制造技术，属国际首创，并荣获2014年度高等院校技术发明一等奖。

目前，产品已经进行小批量试制，上市后将带来可观的经济效益。该项目在国内军工行业有着巨大的市场，总装备部专门派人到公司实地考察，中原量仪已经成功被列为军工采购目录，军工资质正在办理之中。

工业机器人项目也成为该公司的重要着力点，工业机器人是集机械、电子、计算机和人工智能等先进技术于一体的现代化自动化装备。中原量仪与西安交大联合研制的机器人自动化测量替代项目正在进行中。该项目未来不仅对量仪行业，而且对整个工业制造市场将具有重要意义。

资源整合是中原量仪做大做强的重要一步。目前，三门峡周边地区常规量仪的年销售额约2亿元，绝大部分是利用中原量仪的品牌在全国销售。其将利用上市契机，采取股权合作模式，集合与中原量仪优势互补的资源，统一市场行为，树立良好品牌形象。

另外，中原量仪和西安交通大学合作的超精密工程基地，是具有国际一流水准的重要项目。西安交通大学刘红忠教授将超精密工程称为国防安全的基石、探知未来的触角、智能制造的法眼、制造强国的必由之路。

什么是精密制造技术 篇8

一、技术概述

精密制造技术是指零件毛坯成形后余量小或无余量、零件毛坯加工后精度达亚微米级的生产技术总称。它是近净成形与近无缺陷成形技术、超精密加工技术与超高速加工技术的综成。

近净成形与近无缺陷成形技术改造了传统的毛坯成形技术，使机械产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变，使外部质量作到无余量或接近无余量，内部质量作到无缺陷或接近无缺陷，实现优质、高效、轻量化、低成本的成形。该项技术涉及到铸造成形、塑性成形、精确连接、热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域。

超精密加工技术是指被加工零件的尺寸精度高于0.1µm，表面粗糙度Ra小于0.025µm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01µm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。

超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理，超精密加工的设备制造技术，超精密加工工具及刃磨技术，超精密测量技术和误差补偿技术，超精密加工工作环境条件。

超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150～1000m/min，纤维增强塑料为～9000m/min。各种切削工艺的切削速度范围为：车削700～7000m/min，铣削300～6000m/min，钻削200～1100m/min，磨削250m/s以上等等。

超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。

二、现状及国内外发展趋势

1.技术发展趋势

近净成形与近无缺陷成形技术在下世纪初有以下发展趋势：

(1)近净成形技术生产的成形件精度会进一步提高，可以做出形状更加复杂的成形件，更加接近于净成形。

(2)近净成形技术会不断有新发展，一方面原来的工艺方法会得到不断改进提高，另一方面综合利用各种成形手段会出现新的复合成形新工艺。

(3)随着新材料的出现，不少材料用传统加工方法很难加工，从而推动了新材料近净成形技术的发展。

(4)计算机的发展、非线性问题计算方法的发展，推动了非线性有限元等技术发展，使数值模拟技术由学校、研究单位走向工厂，将广泛用于成形工艺分析，并且将由宏观模拟进一步向微观的组织模拟和质量预测方向发展。

(5)解决自动化大批量生产与用户对产品个性化要求的矛盾，生产过程的柔性化将会得到发展。

(6)由于高效、节能、节材带来的材料和资源的.节约和有效利用、成形技术和装备的进步、无污染工艺材料的采用，使成形技术由污染大户转变为清洁生产技术。

超精密加工技术的发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展;向大型化、微型化方向发展;向加工检测一体化方向发展;机床向多功能模块化方向发展;不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到纳米加工技术的关键十年。

在超高速加工技术中，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经历高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼(CBN);切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。因此有人认为，随着新刀具(磨具)材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。

2.国内外现状

工业发达国家的近净成形技术在近20多年来有很大发展，已经成为机械制造业主要的制造技术，在铸造、锻压、焊接、热处理和表面改性方面都已占据了总产量的主要地位。在我国近净成形技术在整个成形生产中比重还比较低，成形件精度总体平均要比国外低1～2个等级，一些先进的近净成形技术在我国只有少数企业采用，一些复杂难成形件我国还不能生产，部分先进成形设备、机械手和机器人、很大一部分高水平自动化生产线建线技术，我国还不能全部立足国内，因而总体水平上要比先进国家落后15～25年。每一个专业方向上，国外近来都出现了一批新技术，有一些我们还没有掌握，有一些虽然做了试验研究，还没有用于生产。

过去人们往往侧重于单项技术的发展和应用研究，今天市场竞争激烈，人们为了更好更经济成形零部件，越来越多地注意到多项先进技术的综合运用，可以获得更好的效果。例如利用材料超塑特性进行焊接在航空件成形中的应用，利用低合金成份的非调质钢通过控锻控冷可以取代调质热处理，把铸造和锻压结合起来的半固态成形，粉未烧结的坯料再经过锻造获更好性能近净形零件，都是国外发展较快应用效果好的技术。我国专家把成形辊锻和精锻相结合，用于汽车前梁生产比国外通用技术建设生产线，一条线就可节约上亿投资。

传统的成形技术是建立在经验和实验数据基础上的技术，制定一个新零件成形工艺在生产时还要进行大量修改调试。计算机和计算技术发展，特别是非线性有限元的发展，使得难度很大的成形过程有可能进行模拟分析和数值计算。发达国家在这方面已经开展了大量研究工作，并形成一些商业软件用于成形工艺分析。我国在这方面已经进行了大量研究，一些单位也研制了一些软件，但由于投入不足，形成商业软件的很少。

近净成形与近无缺陷成形技术通常用于大批量生产，要求企业建设不同技术水平的生产线，需要有相应的机械手和机器人。由于工作的条件、环境比较恶劣，对这些机器人的需要数量相对较少、品种较多，所以需要由本专业人员参与研制。当今，人们对产品需求逐步提出了一些个性化要求，所以在建设自动生产线时，提出了建设柔性生产线的要求，国外在近净成形生产方面已经出现了少量柔性生产线，我国必须注意这一动向，应该根据用户需求和投资强度，建设不同自动化程度和满足柔性化需求的生产线。

国外企业为了保证产品质量，一方面加强质量管理，做好生产全过程的质量控制，另一方面通过生产过程中的自动化和智能控制，以保证近净成形生产质量稳定，能作到无缺陷或近无缺陷。

在超高速加工技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作。自80年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000～40000r/min，工作台快速移动速度为36～40m/min。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。近年来，我国在高速超高速加工的各关键领域，如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究，但总体水平同国外尚有较大差距。

在超精密加工技术方面，美国是开展研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件。如美国LLL实验室和Y-12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM-3型，该机床可加工最大零件Φ2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜(包括X光天体望远镜)等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm(半径)，圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。该机床及该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。

日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。

我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025µm的精密轴承、JCS-027超精密车床、JCS-031超精密铣床、JCS-035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动-位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度、可靠性，特别是规格(大尺寸)和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。

3.国内研究基础

在行业需要的关键技术方面我国已经开展了较多单项研究，其中一部分已经实现产业化，但总的说难度高的复杂技术还未能掌握。

三、“十五”目标及主要研究内容

1.目标

(1)通过科技攻关，使近净成形与近无缺陷成形技术主要方面赶上或接近国际先进水平，并结合我国情况在部分技术上有发展创新;关键技术应做到成熟化、成套化、产业化，可以向企业提供成套技术，满足企业技改和生产发展需要。

(2)超高速加工基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40～60m/min，砂轮磨削速度达100～150m/s;超精密加工基本实现亚微米级加工。

2.主要研究内容

(1)近净成形技术研究

①近净成形新技术及其产业化技术

含近净成形无缺陷铸造技术、精确塑性成形技术、优质高效精确连接技术、精确热处理改性技术、优质高效表面改性及涂层技术、复杂高精度模具技术以及上述各项技术的综合运用。应针对行业在下世纪重点需要的、复盖面广的技术开展研究，提供新工艺、新方法、积累、完善相关数据，并达到实用化。

②近净成形工艺模拟分析和优化技术

研究解决成形工艺模拟的关键技术，使三维软件程序完善化、成熟化、商品化。并且宏观分析向微观分析发展。

③成形生产线用机械手和机器人

研究成形生产线所需典型机械手和机器人，使之达到系列化、成熟化，满足企业技术改造的需要。

④近净成形生产自动线和柔性生产线建线技术

以工艺为核心，研究掌握近净成形与近无缺陷成形自动生产线建设技术，侧重研究掌握生产线控制和在线检测，达到根据企业生产纲领和实际资金，建设不同自动化、机械化程度生产线，也要根据发展需要，建设部分柔性生产线。

⑤制造过程的质量控制技术

发展在线智能控制技术，发展无损检测技术和统计过程控制技术，达到对近净成形的全过程质量控制，从而保证最终产品质量和精度。

⑥近净成形技术的虚拟制造和网络制造技术

针对本行业中小企业多的特点，以协会、学会、生产力促进中心为核心，吸收成果所属单位和同行企业参加，建立虚拟制造和网络制造系统，解决企业对信息、技术的需求，企业可以通过网络接受订货，进行技术咨询，从而有利于提高企业整体水平。

(2)超高速加工技术研究

①超高速切削、磨削机理。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。

②超高速主轴单元制造技术。主轴材料、结构、轴承的研究与开发;主轴系统动态特性及热态性研究;柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究;主轴系统的润滑与冷却技术研究;主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究;主轴换刀技术研究。

③超高速进给单元制造技术。高速位置芯片环的研制;精密交流伺服系统及电机的研究;系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究;机械传动链静、动刚度研究;加减速控制技术研究;精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。

④超高速加工用刀具磨具及材料。研究开发各种超高速加工(包括难加工材料)用刀具磨具材料及制备技术，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。

⑤超高速加工测试技术。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部件和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

(3)超精密加工技术研究

①超精密加工的加工机理。“进化加工”及“超越性加工”机理研究;微观表面完整性研究;在超精密范畴内的对各种材料(包括被加工材料和刀具磨具材料)的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。

②超精密加工设备制造技术。纳米级超精密车床工程化研究;超精密磨床研究;关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究;超精密机床总成制造技术研究。

③超精密加工刀具、磨具及刃磨技术。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。

④精密测量技术及误差补偿技术。纳米级基准与传递系统建立;纳米级测量仪器研究;空间误差补偿技术研究;测量集成技术研究。