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性别

男

邮箱

lzf@bjut.edu.cn

学位

博士

职称

教授

学术兼职

北京机电行业协会副会长（2018-至今）

数控机床专项接续发展战略研究编写组专家（2018-至今）

北京智能制造创新联盟副理事长（2018-至今）

机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室副主任    （2017-至今）

中国机械工程学会成组与智能集成技术分会常务委员（2017-至今）

中国机械行业卓越工程师教育联盟副秘书长（2016-至今）

中国机械工程学会机械工业自动化分会委员 （2016-至今）

先进制造技术北京市重点实验室主任 （2015-至今）

全国金属切削机床标准化技术委员会铣床分技术委员会委员    （2013-至今）

中国工程图学制图技术委员会委员（2013-至今）

04科技重大专项评估专家组评估专家（2013-至今）

留学经历

2010.05-2011.04    加拿大麦吉尔大学  访问学者

教学课程

工程图学、新生研讨课、软件开发管理工程

主要研究方向

1.     高端机床装备关键技术

主要内容：

1围绕高端机床装备整机及功能部件的数字化建模、模块化设计、参量化设计以及流数据集成问题，首次实现了面向表面接触压强的大型结合面动静特性预测，突破了耦合结合面特征的整机建模与分析技术，解决了超重型数控机床整机准确、高效建模的技术难题；

2基于多因素关联原则提出了机床模块划分方案，建立了一套完整且通用的模块化设计方法与规范，解决了超重型机床车铣功能并重的复合功能设计问题，缩短了设计与研发周期，提升了快速响应市场需求的能力；

3围绕重型机床静压支撑系统的结构优化、流固耦合、热力耦合、温粘效应、误差均化等问题开展研究工作，在回转类（静压转台）、直线类（静压滑座、静压溜板以及全包静压滑枕等）静压支承功能部件方面形成成套专有技术；

4围绕重型机床地基-基础承载这一交叉学科问题，将土木工程和机械工程技术结合，引入结合面理论、多体系统理论，首次提出了重型数控机床基础的沉降判定方法和基础模型本构力学模型、金属-混凝土结合面接触参数预测模型，建立了国内首个地基基础光纤传感实验台和监控系统，实现了地基变形和沉降实时监控。

主要成果：解决了超重型机床静压支承承载性能提升的瓶颈问题，建立静压系统精度的评价方法与规范，在北一、武重、齐二、齐重等4家重型机床企业应用。有效解决了设备厂商、设计院、施工单位和用户单位的地基工程质量判定问题，并形成了《重型机床基础承载变形计算及检测方法》、《重型机床-地基基础动力参数测试、评价方法》等3项技术标准，在北一、齐重得到了实际工程应用。历经10年“产学研用”攻关，形成了具有自主知识产权的组合式设计与跨尺度制造核心技术，成功研制出国内首台首套、世界最大规格超重型桥式龙门镗铣复合机床等产品。成功用于核电低压内缸、大型航天器筒段、风电轴承等超大核心零件加工经专家鉴定，成果整体技术达到国内领先、国际先进水平，成果获得2018年度北京市科学技术奖一等奖和2016年度中国机械工业科学技术奖一等奖，核心技术被列为04专项十大关键技术之一。推动了超重型机床行业技术进步，改变了产品依赖进口局面，满足了重点领域关键产品研制需求。

2.     机器人关键技术及关键部件

主要内容：

1以机车螺栓检修为任务背景，以六轴机器人为结构基础，通过研究复杂操作环境条件下的“螺栓-环境”特征识别方法、机器人运动学精确建模方法及避障指标定义与建模方法，提出了机器人全关节避障轨迹优化算法和位姿智能匹配控制算法，结合螺栓紧固力矩与关节变量间的映射机理，提出了一种考虑末端决策可靠性与拧紧精度的双闭环智能螺栓拧紧控制算法；

2针对先进电子制造装备中的关键设备硅片自动传输机器人，开展了机械结构设计、轨迹规划与软件控制相关研究，通过拓扑优化方法，解决了机械臂的质量与变形问题，对机器人机械臂进行了优化，采用机器视觉方法对硅片盒中的硅片进行层级分布定位检测；

3针对机器人关节谐波减速器展开研究，基于共轭理论和包络理论完成谐波减速器刚轮齿形设计，用侧隙控制的方法进行齿形修形，修行后齿形传动精度达到30秒，通过柔轮关键尺寸误差分析和变形特点，从柔轮毛坯料的制备到热处理工艺的选取，保证了其塑性、韧性和抗拉强度达到最佳，针对谐波减速器的精度、效率以及寿命等实际因素，设计并完成2套谐波减速器性能参数专用实验装置。

主要成果：形成一套用于螺栓智能检修的系列关键技术，全面提高机器人的操作环境自适应能力，为机车螺栓检修作业提供一套全新的智能控制方案；开发完成具有自主知识产权的单双臂硅片传输机器人，经合作单位试验应用，样机最高速度可达300mm/s，定位精度±0.1mm，最高工作效率实现每分钟15片；完成了SHG-14、20、25三款谐波减速器的设计、分析、制造及应用，样机经第三方检测，三种型号传动比分别为50、100、160，扭矩最高达到87N•M，传动精度小于30秒，达到了国际一流、国内领先水平。

3.     智能制造及生产线

主要内容：基于软件电子信息标签指针的信息动态监控，开展了复杂工况下生产线智能感知与动态监控技术研究，将产品通过图像处理技术获得所需的产品表面缺陷参数和表面尺寸，基于统计过程控制的质量数据统计分析，形成了产品质量智能预测与反向追溯技术；针对柔性单元系统集成，开展了基于多现场总线协议的信息系统拓扑结构优化设计、多现场信息系统协议分析及数据封装和分布式数据采集处理单元开发及实验研究。

主要成果：所形成的生产线智能感知与动态监控技术、产品质量智能预测与反向追溯技术，在模锻成形生产线形成了示范应用。围绕智能生产线规划与仿真，多源数据采集、提取，及不确定性数据分析，研制了北汽凸轮轴制造执行系统、北一机床关键箱体精加工FMS、北二磨床分析系统，并全部在企业实现了工程应用，开发的数控曲轴柔性制造单元的可靠性数据库和柔性单元管理信息系统应用于内江金鸿轿车发动机曲轴磨削自动化高效柔性单元。

主要科研项目

1.     面向机床关键箱体精加工FMC的示范应用 国家科技重大专项 2018.01-2020.12

2.     机器人关节谐波减速器关键技术工艺及典型应用 北京市科委重大项目    2017.01-2018.12

3.     轿车发动机曲轴磨削自动化高效柔性单元示范工程    国家科技重大专项2016.01-2018.12

4.     高速重载静压转台服役性能分析与健康运行理论研究 国家自然科学基金 2016.01-2019.12

5.     基于云计算的重型数控机床-地基基础系统耦合变形检测方法研究    北京市自然科学基金委    2016.01-2018.12

6.     用于摆线针轮加工的精密复合数控专用机床研制 北京市科技计划 2016.01-2017.12

7.     重型数控机床关键共性技术创新能力平台 国家科技重大专项2013.01-2015.12

8.     精密卧式加工中心设计制造关键技术 国家863项目 2012.12-2016.12

9.     重载摆线锥齿轮非稳态条件下损伤机理研究与辨识 国家自然科学基金    2011.01-2014.06

10.  高档数控机床数字化设计关键技术与工具集研发及典型产品应用 国家科技重大专项 2012.01-2013.12

主要学术成果（论文、专利、专著、译著等）

1.     Liu   ZF*, Zhang T, Zhao YS, et al. Time-varying   stiffness model of spur gear considering the effect of surface morphology   characteristics. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical   Engineering Science,2019,2:242-253.

2.     Liu   ZF*, Xu JJ, Yang CB, et al. A   TE-E optimal planning technique based on screw theory for robot trajectory in   workspace. Journal   of Intelligent & Robotic Systems,2018,3-4:363-375.

3.     Liu   ZF*, Xu JJ, Cheng Q, et al. Rotation-joint   stiffness modeling for industrial robots considering contacts. Progress   in Mechanical Engineering,2018:8.

4.     Liu   ZF*, Xu JJ, Cheng Q, et al. Trajectory   Planning with Minimum Synthesis Error for Industrial Robots Using Screw   Theory, International   Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2018,2:183-193.

5.     Liu   ZF*, Wang, YM, Cai LG, et al. A   review of hydrostatic bearing system: Researches and applications. Advances   in Mechanical Engineering,2017.

6.     Liu   ZF*, Pan MH, Zhang AP, et al. Thermal   characteristic analysis of high-speed motorized spindle system based on   thermal contact resistance and thermal-conduction resistanc. International   Journal of Advanced Manufacturing Technology,2015,9:1913-1926

7.     Liu   ZF*, Wang YM, Cai LG, et al. Design   and manufacturing model of customized hydrostatic bearing system based on   cloud and big data technology. Interantional Journal of Advanced   Manufacturning Technology,2015,1-4:261-273.

8.     Liu   ZF*, Luo B, Yang WT, et al. Approach   to extracting gear fault feature based on dominant intrinsic mode function. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical   Engineering Science,2014,15:2810-2819.

9.     Liu   ZF*，Yin   YY，Wang   F，et   al. Study on modified differential transform method for free vibration   analysis of uniform Euler-Bernoulli beam. Structural Engineering and   Mechanics,2013,48:697-709

10.  Liu ZF, Luo   B, Zhao   YS, et al. A Large Span Crossbeam Vibration Frequencies Analysis Based on an   Analogous Beam Method. Mathematical Problems in Engineering,2013.

11.  Liu ZF, Song   XL, Zhao   YS, et al. Stiffness Identification of Spindle-Toolholder Joint Based on   Finite Difference Technique and Residual Compensation Theory. Advances in   Mechanical Engineering,2013.

12.  Liu ZF, Song XL,   Zhao YS, et al. Stiffness   Identification of Spindle-Toolholder Joint Based on Finite Difference   Technique and Residual Compensation Theory. Advances in   Mechanical Engineering,2013.

13.  Liu ZF, Ma SM,   Cai LG, et al. Timoshenko   beam-based stability and natural frequency analysis for heavy load mechanical   spindles. Journal   of Mechanical Science and Technology,2012,11:3375-3388.

14.  Cheng Q, Qi BB,   Liu ZF*, et al. An accuracy degradation analysis of ball screw mechanism   considering time-varying motion and loading working conditions. Mechanical   and Machine Theory,2019.

15.  Xu JJ, Liu ZF*,   Cheng Q, et al. Models   for three new screw-based IK sub-problems using geometric descriptions and   their applications. Applied   Mathematical Modeling,2019:399-421.

16.  Cheng Q, Dong   LF, Liu ZF*, et al. A   new geometric error budget method of multi-axis machine tool based on   improved value analysis. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical   Engineering Science,2018,22:4064-4083.

17.  Zhang CX, Song   ZG, Liu ZF*, et al. Tribological   properties of flexspline materials regulated by micro-metallographic   structure. Tribology   International,2018,127:177-186.

18.  Cheng Q, Sun BW,   Liu ZF*, et al, Geometric   error compensation method based on Floyd algorithm and product of exponential   screw theory. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part B Engineering Manufacture,2018,7:1156-1171.

19.  Wang YM, Liu ZF*,   Cai LG, et at. Optimization   of Oil Pads on a Hydrostatic Turntable for Supporting Energy Conservation   Based on Particle Swarm Optimization. Strojniski   vestnik-journal of mechanical engineering, 2018,2:95-104.

20.  Wang YM, Liu ZF*,   Cai LG, et al. Modeling   and optimization of nonlinear support stiffness of hydrostatic ram under the   impact of cutting force. Industrial   Lubrication and Tribology,2018,2:316-324.

21.  Zhang ZL, Liu ZF*,   Cai LG, et al. An   accuracy design approach for a multi-axis NC machine tool based on   reliability theory. International   Journal of Advanced Manufacturing Technology,2017.

22.  Cheng Q, Sun BW,   Liu ZF*, et al. Key   geometric error extraction of machine tool based on extended Fourier   amplitude sensitivity test method. International Journal of Advanced   Manufacturing Technology,2017:3369-3385

23.  Zhang CX,    Liu YH, Liu ZF*, et al. Regulation   Mechanism of Salt Ions for Superlubricity of Hydrophilic Polymer Cross-Linked   Networks on Ti(6)AI(4)V. Langmuir,2017,9:2133-2140.

24.  Zhang ZL, Liu ZF*,   Cheng Q, et al. An approach of comprehensive error modeling and accuracy   allocation for the improvement of reliability and optimization of cost of a   multi-axis NC machine tool. International Journal of Advanced Manufacturing   Technology,2017,1-4:561-579.

25.  Liu ZF, Zhan CP,   Cheng Q, et al. Thermal   and tilting effects on bearing characteristic of hydrostatic oil pad in   rotary table. Journal   of Hydrodynamics,2016,4:585-595

26.  Yang CB, Gao XD,   Liu ZF*, et al. Modeling and analysis of the vibration characteristics of a   new type of in-arm hydropneumatic suspension of a tracked vehicle. Journal   of Vibroengineering,2016,7:4627-4646.

27.  Cheng Q, Ren WD,   Liu ZF*, et al. Load-induced   error identification of hydrostatic turntable and its influence on machining   accuracy. Journal   of Central South University,2016,10:2558-2569.

28.  Cheng Q, Zhao   HW, Liu ZF*, et al. Robust   geometric accuracy allocation of machine tools to minimize manufacturing   costs and quality loss. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical   Engineering Science,2016,15:2728-2744.

29.  Yang CB, Cai LG,   Liu ZF*, et al. A   calculation method of track shoe thrust on soft ground for splayed   grouser.Journal of Terramechanics,2016.

30.  Tian Y, Liu ZF*,   Cai LG, et al. The   contact mode of a joint interface based on improved deep neural networks and   its application in vibration analysis. Journal of   Vibroengineering,2016,3:1388-1405.

31.  Cai L, Tian Y,   Liu ZF*, et al. Application   of cloud computing to simulation of a heavy-duty machine tool. Interantional   Journal of Advanced Manufacturning Technology,2016.

32.  Cheng Q, Feng   QA, Liu ZF*, et al. Fluctuation   prediction of machining accuracy for multi-axis machine tool based on   stochastic process theory. Proceedings   of the Institution of Mechanical Engineers Part C-Journal of Mechanical   Engineering Science.2015,14:2534-2550.

33.  Cai LG, Wang YM,   Liu ZF*, et al, Carrying   capacity analysis and optimizing of hydrostatic slider bearings under   inertial force and vibration impact using finite difference method (FDM). Journal   of Vibroengineering,2015,6:2781-2794.

34.  Cheng Q, Zhan   CP, Liu ZF*, et al. Sensitivity-based   Multidisciplinary Optimal Design of a Hydrostatic Rotary Table with Particle   Swarm Optimization. Strojniski   vestnik-journal of mechanical engineering,2015.

35.  Cai LG, Yang Y,   Liu,ZF*. Whirl   frequency of a high speed spindle subjected to different pre-load mechanisms. Journal   of Vibroengineering,2014,8:3827-3840.

36.  Device and   method for measuring three-dimensional contact stiffness of spur gear based   on rough surface（美国专利）、10,088,386   B2

37.  一种考虑末端运动误差的六自由度机器人轨迹规划方法（世界知识产权组织）、WO   2018/133439

38.  一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法（世界知识产权组织）、WO   2018/188276

39.  一种高精度高转速重型静压转台、ZL201611117793.0

40.  一种考虑倾斜与热的静压油垫性能计算方法、ZL201410374918.2

41.  一种双面锁紧刀柄/主轴联接性能仿真分析优化方法、ZL201110460576.2

42.  一种交互式室内环境自动调节方法、ZL201210177699.X

43.  一种基于灰色线性回归的热误差建模方法、ZL201310180781.2

44.  一种基于敏感IMF的克林根贝尔格锥齿轮故障诊断方法、ZL201310112220.9

45.  基于粗糙表面的直齿轮三维接触刚度计算方法、PCT/CN2016/107233

46.  一种验证重型机床地基承载力实验方法、ZL201310751599.8

47.  一种求解由地基变形引起的机床加工误差的方法、ZL201410332520.2

48.  一种确定克林跟贝尔格锥齿轮时变啮合刚度的方法、ZL201310144354.9

49.  一种克林根贝尔格锥齿轮接触调整方法、ZL201310101433.1

50.  一种考虑摩擦的摆线锥齿轮振动特性分析方法、ZL201310136180.1

51.  一种基于变传动比摆线齿锥齿轮动力学建模方法、ZL201310136942.8

52.  一种主轴立卧翻转装置、ZL   201410339852.3

53.  一种工件快速定位装卸的工装夹具、ZL201410374621.6

54.  一种基于粒子群优化算法的输入整形器参数自整定控制方法 ZL   201410108735.6

55.  一种应用于晶圆传输机器人的可翻转末端组件   ZL201510121322.6

56.  一种求解由地基变形引起的机床加工误差的方法   ZL2014103325202

57.  一种基于整体动力学模型的静压转台动态响应计算方法ZL2014100832489

58.  一种多功能复合驱动管道机器人 ZL 201510398817.3

59.  一种基于三维分型理论的栓接结构动态特性分析方法 ZL 201610987607.2

60.  一种直驱式可翻转晶圆传输机器人    ZL201510121144.7

61.  多功能一体化烹饪机    ZL201710256194.5

62.  一种计算倾斜时油垫承载力的方法    ZL2014103285830

63.  圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法及装置    ZL2015100189198

64.  一种考虑倾斜与热的静压油垫性能计算方法    ZL2014103749182

65.  一种基于改进的粒子群算法的定量式静压转台优化设计方法    ZL201410302534X

66.  一种静压转台运动误差建模及计算方法    ZL2015100289622

67.  大蒜根须和杆茎切除装置    ZL201610541855.4

68.  基于粗糙表面的直齿轮三维接触刚度计算方法    ZL201610985604.5

69.  一种带圆弧槽封油边静压转台圆形油垫   ZL201611118270.8

70.  一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法    ZL201510921328.1

个人自述（个人经历、获奖情况等）

刘志峰，教授，博士生导师，现任北京工业大学机械工程与应用电子学院副院长，系北京市机械工程一流专业负责人、国家虚拟仿真项目负责人、先进制造技术北京市重点实验室主任、机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室副主任、北京市重点学科机械制造及其自动化学科学术团队主要成员、北京市先进制造学科群主要成员、机械工程国家教学团队工程图学方面主讲教授。近5年主持及参与科研项目30余项，包括国家自然科学基金2项、国家科技重大专项12项、863项目2项、北京市科技计划项目5项等；2012年以来第一作者与通信作者发表和录用国内外核心期刊90余篇，其中SCI/EI 70余篇，包括SCI论文30篇；近5年以第一发明人申请发明专利38项，已授权国家发明专利16项；入选北京工业大学京华人才项目，获得北京市科技进步一等奖1项（排名第1），北京市科技进步二等奖1项（与北一合作申报，总排名第3，校内第2）、中国机械工业科学技术一等奖1项（与北一合作申报，总排名第3，校内第1）、中航工业科技成果二等奖1项，在教学方面，荣获北京市教学成果一等奖1项。

个人风采照