持續(xù)創(chuàng)新研發(fā)高效磨削技術(shù)與高端數(shù)控裝備
——走進(jìn)國家高效磨削工程技術(shù)研究中心

國家高效磨削工程技術(shù)研究中心擁有國內(nèi)一流的高速/超高速磨削實(shí)驗(yàn)室、精密/超精密磨削實(shí)驗(yàn)室、微納加工實(shí)驗(yàn)室以及激光復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)室，在高速/超高速磨削、精密磨削、高速主軸及關(guān)鍵功能部件研發(fā)以及超精密/納米加工制造等領(lǐng)域具有完備的基礎(chǔ)研究條件，形成了教授學(xué)者、專職科研人員、工程開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化員工緊密協(xié)同的科研隊(duì)伍，在高速高效磨削領(lǐng)域的研究能力居國際先進(jìn)水平。

研究方向

在工程中心技術(shù)委員會(huì)主任委員郭東明院士和行業(yè)知名專家的指導(dǎo)下，工程中心近年來進(jìn)一步優(yōu)化了研究方向，聚焦高速與超高速磨削技術(shù)、超精密磨削與微納制造、裝備設(shè)計(jì)及智能制造、激光加工及其復(fù)合制造相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)，為國家重大戰(zhàn)略項(xiàng)目的實(shí)施提供工藝技術(shù)與裝備支撐，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步開展引領(lǐng)性研究。

科研成果

工程中心自組建以來，成功開發(fā)了7 大系列30 余個(gè)規(guī)格的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中高檔高速、高效數(shù)控磨床，在國內(nèi)汽車、內(nèi)燃機(jī)、工程機(jī)械、摩托車等行業(yè)獲得大批量應(yīng)用，產(chǎn)品覆蓋國內(nèi)20 多個(gè)省市，對(duì)加快我國汽車關(guān)鍵零部件精加工裝備國產(chǎn)化，帶動(dòng)我國高檔數(shù)控機(jī)床的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增強(qiáng)我國高檔數(shù)控機(jī)床的國際競爭力起到了重要支撐作用。

工程中心在2007～2011年期間，先后承擔(dān)了一大批對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有重要影響的國家和部省科技項(xiàng)目及國際合作研究項(xiàng)目，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)近1.2 億元；獲得國家、部、省以上科研成果獎(jiǎng)13 項(xiàng)。其中國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，部省科技進(jìn)步獎(jiǎng)3 項(xiàng)。

工程中心在2011～2015 評(píng)估期，承擔(dān)國家、部、省科技項(xiàng)目74 項(xiàng)，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)1.64 億元，獲國家、部、省科技獎(jiǎng)勵(lì)10 項(xiàng)，其中國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，部省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)4 項(xiàng)；共申請(qǐng)與授權(quán)國家專利52 項(xiàng)，其中發(fā)明專利32 項(xiàng)；制定各類標(biāo)準(zhǔn)10 項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文133 篇，學(xué)術(shù)專著5 部。

工程中心“十三”五期間科研總收入達(dá)到22577 萬元，年均科研與產(chǎn)業(yè)總收入保持在5000～6000 萬元水平，人均科研產(chǎn)業(yè)收入居同類研究機(jī)構(gòu)領(lǐng)先水平。

課題及項(xiàng)目

工程中心牽頭完成的國家04 科技重大專項(xiàng)“高效磨削創(chuàng)新能力平臺(tái)”課題，聯(lián)合秦川機(jī)床工具集團(tuán)、上海機(jī)床廠有限公司、鄭州三磨所、南京航空航天大學(xué)、東華大學(xué)以及重點(diǎn)用戶單位，形成了產(chǎn)學(xué)研用一體化的創(chuàng)新研發(fā)體系，完成新技術(shù)開發(fā)39 項(xiàng)，向行業(yè)轉(zhuǎn)移和發(fā)布15 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，申請(qǐng)發(fā)明專利13 項(xiàng)，軟件著作權(quán)3 項(xiàng)，形成13 項(xiàng)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，形成兩條成套產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈，建成兩個(gè)高水平磨削技術(shù)實(shí)驗(yàn)室；課題成果顯著提升了汽車、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件的加工效率與質(zhì)量，對(duì)大型齒輪磨削與磨齒機(jī)研發(fā)、航空航天與國防項(xiàng)目、工程機(jī)械零件再制造、國產(chǎn)五軸數(shù)控磨床工藝與軟件技術(shù)的提升提供了關(guān)鍵支持。

工程中心近年來在鐵路鋼軌數(shù)控銑磨作業(yè)裝置整機(jī)設(shè)計(jì)、工藝和關(guān)鍵部件研發(fā)，微小非球面光學(xué)模具超精密復(fù)合加工技術(shù)及裝備，極端工況液體靜壓（電）主軸及轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用，大型光學(xué)鏡面的高速高效超精密加工、檢測(cè)技術(shù)與裝備，金屬激光增材-銑-磨復(fù)合制造關(guān)鍵技術(shù)及裝備等領(lǐng)域開展了產(chǎn)學(xué)研一體化的研發(fā)工作。項(xiàng)目研究帶動(dòng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、提升了先進(jìn)工藝技術(shù)與裝備在相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用水平。

在工程中心主任金灘教授的帶領(lǐng)下，面向大型地面天文望遠(yuǎn)鏡、空間望遠(yuǎn)鏡、大型激光核聚變裝置等領(lǐng)域?qū)Υ罂趶匠芄鈱W(xué)元件的迫切需求，研發(fā)了MXZX-005 四軸多功能高速高效光學(xué)復(fù)合磨拋機(jī)床和高速低損傷磨削技術(shù)、雙旋轉(zhuǎn)快速超精密拋光技術(shù)以及超精密磨料水射流拋光技術(shù)。高速復(fù)合磨拋機(jī)床具有磨、拋雙主軸結(jié)構(gòu)，砂輪最高線速度125m/s，工作臺(tái)直徑1100mm，最大回轉(zhuǎn)直徑1350mm，可實(shí)現(xiàn)大口徑平面鏡、球面鏡和非球面鏡的精密磨削與高效率修形拋光。對(duì)幾種典型光學(xué)元件（平面鏡、球面鏡及非球面鏡）進(jìn)行磨削驗(yàn)證，材料去除效率、面型精度、表面粗糙度、亞表面損傷等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到和超過目前國際先進(jìn)水平，0.5m 尺度面型精度0.1～0.2μm RMS，表面粗糙度10～20nm，亞表面損傷深度5～10μm，光學(xué)玻璃、熔石英材料的單位時(shí)間材料平均去除率150～200mm3/s 以上。良好的磨削表面質(zhì)量可極大降低后續(xù)磨拋加工時(shí)間，縮短大口徑光學(xué)元件加工周期。

工程中心團(tuán)隊(duì)還在金灘教授帶領(lǐng)下，與工程中心下屬產(chǎn)業(yè)化公司湖大海捷工程技術(shù)研究有限公司，共同承擔(dān)了財(cái)政部中央國有資本經(jīng)營預(yù)算支出項(xiàng)目“鋼軌高效輕量化銑磨作業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”。項(xiàng)目以高速高效化、輕量化和智能化為目標(biāo)，研發(fā)鋼軌銑磨作業(yè)車并形成銑磨作業(yè)系統(tǒng)批量生產(chǎn)能力。工程中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的鐵路鋼軌數(shù)控磨削裝置為國內(nèi)首臺(tái)銑磨車配套，已交付西安鐵路局使用，并通過了鐵路總公司驗(yàn)收。研制的鋼軌激光檢測(cè)裝置性能先進(jìn)，具有較高技術(shù)成熟度，已完成裝車試驗(yàn)。工程中心與鐵路總公司和金鷹重工開展項(xiàng)目合作，開發(fā)了新型復(fù)合結(jié)合劑砂輪，完成了CBN 高速打磨主軸、高速打磨工藝技術(shù)與新型打磨小車的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制形成了新型的鋼軌高效打磨小車單元及新型高效打磨工藝。該技術(shù)在高速鐵路、地鐵以及城際鐵路鋼軌修復(fù)領(lǐng)域具有巨大的市場應(yīng)用前景。

工程中心尹韶輝教授團(tuán)隊(duì)在小口徑非球面光學(xué)透鏡加工技術(shù)與裝備、精密劃片機(jī)等領(lǐng)域開展了創(chuàng)新性研究，開發(fā)了基于磁場輔助的磁性復(fù)合流體斜軸研磨工藝，超精密車削、磨削及研磨一體化復(fù)合加工技術(shù)，以及微小非球面超精密復(fù)合加工裝備，可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)形狀精度和納米級(jí)表面質(zhì)量的微小透鏡模具的納米制造，填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。6～30mm 非球面口徑加工后表面形狀精度PV值達(dá)到120～150nm，超精密磨削后表面粗糙度Ra值達(dá)到3～5nm，研磨后達(dá)到0.7～1nm，模壓后的玻璃透鏡產(chǎn)品達(dá)到了規(guī)定的技術(shù)要求。與進(jìn)口模具相比，該系列模具降低成本30%以上。模壓的鏡片產(chǎn)品為國內(nèi)外大型光電生產(chǎn)廠商所采用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為汽車大型模具、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、微型攝像系統(tǒng)、光電傳感器等關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化自主制造，提供了關(guān)鍵精加工裝備的支持。相關(guān)成果多次獲得機(jī)械工業(yè)與湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

工程中心激光復(fù)合制造項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在張屹教授和宋立軍教授帶領(lǐng)下，完成了金屬激光增材-銑-磨復(fù)合制造裝備的研制，可用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、復(fù)雜形狀生物醫(yī)療器件等產(chǎn)品的高性能制造。項(xiàng)目采用成形-熱處理-機(jī)械加工-在線監(jiān)測(cè)一體化復(fù)合制造方法，形成了非平衡態(tài)沉積組織高效高精度銑削磨削工藝技術(shù)，以及可用于沉積過程特征參量監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理與分析軟件。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攜手大族激光攻克了三維五軸激光多工藝復(fù)合加工裝備的相關(guān)技術(shù)難題，研制成功五軸聯(lián)動(dòng)金屬激光增材-銑-磨復(fù)合制造裝備，湖南大學(xué)—大族激光智能制造技術(shù)聯(lián)合研發(fā)中心已成為國內(nèi)三維五軸激光增減材復(fù)合制造裝備生產(chǎn)和開發(fā)的先行者，對(duì)我國高效高精度金屬增減材復(fù)合制造的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。

工程中心熊萬里教授團(tuán)隊(duì)在高性能精密主軸、大型臥式主軸、大型立式液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)研發(fā)方面開展了系統(tǒng)研究與應(yīng)用開發(fā)工作。在國內(nèi)率先開發(fā)了超高速磨削動(dòng)靜壓電主軸并現(xiàn)實(shí)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；針對(duì)大型核電轉(zhuǎn)子和巨型艦艇舵軸等零件的精密加工需求，解決了臥車主軸系統(tǒng)大幅變承載工況的精度設(shè)計(jì)難題；針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣和核電高壓泵體等零件的精密加工需求，解決了工作臺(tái)內(nèi)凹變形控制和油膜厚度精確控制難題。相關(guān)項(xiàng)目產(chǎn)品已在浙江優(yōu)特、中國二重、大連船舶重工等數(shù)十家用戶投入使用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和重大的社會(huì)效益。