一、項(xiàng)目背景

       大型高硬特種曲面精密磨削技術(shù)是石油化工、煤化工、光伏發(fā)電、鋼鐵冶煉等工程中耐高溫、耐高壓、耐磨損高硬密封流體控制裝置關(guān)鍵零部件的核心制造技術(shù)，也是航空航天、天文觀測(cè)、激光核聚變等工程中大型光學(xué)反射鏡等核心零部件加工制造的關(guān)鍵技術(shù)。

       在石油化工、煤化工等工程中由于高溫、高壓、磨損等惡劣的工況條件，系統(tǒng)中介質(zhì)流動(dòng)輸送的控制裝置必須承受500ºC高溫、30MPa壓力、固液和固氣兩相混合流體的強(qiáng)力沖刷，耐高溫、耐高壓、耐磨損、防泄露成為控制裝置的必須要求。目前，控制裝置中的大型高硬球面的球面直徑已經(jīng)達(dá)到Sφ1000mm，表面硬度已超過(guò)HRC70，球度誤差≤0.02mm，這種高硬度、高精度、大面積的精密加工技術(shù)成為行業(yè)中的核心技術(shù)。

       SiC、熔石英等高硬材料由于其特殊的物理性能，成為航空航天、天文觀測(cè)、激光核聚變等工程中光學(xué)反射鏡的優(yōu)選材料，目前國(guó)外單鏡面口徑已超過(guò)8mm，面形精度（峰谷PV值）已達(dá)到亞微米級(jí)，表面粗糙度（均方根值RMS）已達(dá)到納米級(jí)，這種材料的硬脆性、鏡面形狀精度和表面粗糙度的高要求，已成為該領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)外科技人員研究的重要課題。

       這些技術(shù)和裝備長(zhǎng)期受制于人，價(jià)格高昂，影響了我國(guó)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，該項(xiàng)目的研究開發(fā)和應(yīng)用對(duì)提高我國(guó)相關(guān)企業(yè)的自主創(chuàng)新能力、推動(dòng)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

       二、主要技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

       針對(duì)上述技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)近十年的不斷努力，取得了如下重要的關(guān)鍵技術(shù)突破：

       1、 發(fā)明了一種大型高硬球面垂直仰式精密磨削新方法和基于圖像識(shí)別的球度判別新方法。

       大型高硬球面垂直仰式精密磨削新方法的突出特點(diǎn)是：克服了大型球體和磨具重力、主軸軸承和直線導(dǎo)軌軸承磨損等因素對(duì)磨削精度的影響，使磨削精度的保持性得到很大提高，磨削過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能非常穩(wěn)定。

       基于圖像識(shí)別的球度判別新方法是一種具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新方法，突破了常規(guī)的球度檢測(cè)手段，充分利用展成法球面磨削原理的特殊性和圖像數(shù)字識(shí)別的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)了大型高硬球面垂直仰式精密磨削的在位判別，從而實(shí)現(xiàn)了大型高硬球面智能化的精密磨削。

       在此基礎(chǔ)上還突破了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

       l 球度誤差自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)；

       l 立臥雙砂輪精密磨削技術(shù)；

       l 定壓力磨削控制與同軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

       2、 發(fā)明了一種大型高硬內(nèi)球面展成精密磨削新方法和球徑在位自動(dòng)檢測(cè)新方法

       所發(fā)明的大型高硬內(nèi)球面精密磨削新方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于砂輪磨削主軸中心線與球面磨削點(diǎn)法線重合，無(wú)須軌跡控制即可完成內(nèi)球面的精密磨削，磨削完畢后自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，在磨削過(guò)程中自動(dòng)補(bǔ)償砂輪損耗，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化。

       最大磨削內(nèi)球面直徑1000mm，可以磨削內(nèi)球面表面硬度≥HRC70以上，磨削精度≤0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm，實(shí)現(xiàn)內(nèi)球面直徑在位自動(dòng)檢測(cè)和砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。

       3、發(fā)明了一種大型非球面精密磨削新方法與在位實(shí)時(shí)檢測(cè)新方法

       該創(chuàng)新方法的特點(diǎn)是：砂輪磨削主軸旋轉(zhuǎn)中心線與非球面母線磨削點(diǎn)法線重合，根據(jù)旋轉(zhuǎn)非球面母線的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需五軸聯(lián)動(dòng)，只需2個(gè)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和一個(gè)擺動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)非球面磨削，大大簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)軌跡控制模型、簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)。

       該創(chuàng)新方法的另一個(gè)特點(diǎn)是：發(fā)明了一種磨削電主軸與在位實(shí)時(shí)精密檢測(cè)集成的新型磨削電主軸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在磨削過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)，提高了磨削精度、提高了磨削效率。

       該創(chuàng)新方法的第三個(gè)特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了多功能的智能磨削，可以磨削光學(xué)反射鏡SiC材料非球面、高硬密封球閥WC表面內(nèi)球面、高硬密封軌道球閥WC表面球面環(huán)等多種特殊曲面。

       最大磨削非球面直徑1000mm，可以磨削球體表面硬度HRC70以上，檢測(cè)精度分辨率小于0.001mm，表面粗糙度Ra小于0.2um，具有實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)功能。

       三、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獲獎(jiǎng)情況：

       上述成果經(jīng)專家鑒定整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，其中大型高硬球面垂直仰式精密磨削新方法在國(guó)際上具有獨(dú)創(chuàng)性，經(jīng)查新咨詢達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。為此該項(xiàng)目取得了多項(xiàng)重要的技術(shù)成果：

       l 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)

       l 中國(guó)發(fā)明專利獎(jiǎng)2項(xiàng)

       l 申請(qǐng)發(fā)明專利和軟件版權(quán)29項(xiàng)，國(guó)際PCT 1項(xiàng)，獲授發(fā)明專利15項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)。

       四、推廣應(yīng)用情況：

       研究開發(fā)的大型高硬特種曲面智能精密磨削技術(shù)及系列高端裝備從2006年起在北京、上海、遼寧、江蘇、浙江等省市10余家企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用，目前日本、臺(tái)灣等地區(qū)以及國(guó)內(nèi)多家企業(yè)來(lái)校洽談擬應(yīng)用這些先進(jìn)的技術(shù)成果，該項(xiàng)目具有良好的推廣應(yīng)用前景。

       五、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益情況：

       初步對(duì)4家企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，2012-2014年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益15.288億元,新增利稅3.9191億元。

       由于優(yōu)良的性價(jià)比，本項(xiàng)成果在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已逐步形成了與國(guó)際同類先進(jìn)產(chǎn)品相競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)，這些先進(jìn)技術(shù)成果的推廣應(yīng)用解決了長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的技術(shù)瓶頸，推動(dòng)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步， 因此，本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益。