一、項目背景

       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、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)達到Sφ1000mm，表面硬度已超過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、激光核聚變等工程中光學(xué)反射鏡的優(yōu)選材料，目前國外單鏡面口徑已超過8mm，面形精度（峰谷PV值）已達到亞微米級，表面粗糙度（均方根值RMS）已達到納米級，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)國內(nèi)外科技人員研究的重要課題。

       這些技術(shù)和裝備長期受制于人，價格高昂，影響了我國相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展，該項目的研究開發(fā)和應(yīng)用對提高我國相關(guān)企業(yè)的自主創(chuàng)新能力、推動企業(yè)的技術(shù)進步具有重要意義。

       二、主要技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

       針對上述技術(shù)難題，經(jīng)過近十年的不斷努力，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，磨削過程的動態(tài)性能非常穩(wěn)定。

       基于圖像識別的球度判別新方法是一種具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新方法，突破了常規(guī)的球度檢測手段，充分利用展成法球面磨削原理的特殊性和圖像數(shù)字識別的先進性，實現(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)上還突破了三項關(guān)鍵技術(shù)：

       l 球度誤差自動補償技術(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給驅(qū)動技術(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檢測新方法

       所發(fā)明的大型高硬內(nèi)球面精密磨削新方法的創(chuàng)新點在于砂輪磨削主軸中心線與球面磨削點法線重合，無須軌跡控制即可完成內(nèi)球面的精密磨削，磨削完畢后自動進行檢測，在磨削過程中自動補償砂輪損耗，整個過程實現(xiàn)了智能化、自動化。

       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，實現(xiàn)內(nèi)球面直徑在位自動檢測和砂輪磨損的自動補償。

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

       該創(chuàng)新方法的特點是：砂輪磨削主軸旋轉(zhuǎn)中心線與非球面母線磨削點法線重合，根據(jù)旋轉(zhuǎn)非球面母線的數(shù)學(xué)模型，無需五軸聯(lián)動，只需2個直線進給運動和一個擺動進給運動就可以實現(xiàn)非球面磨削，大大簡化了運動軌跡控制模型、簡化了機床結(jié)構(gòu)。

       該創(chuàng)新方法的另一個特點是：發(fā)明了一種磨削電主軸與在位實時精密檢測集成的新型磨削電主軸技術(shù)，實現(xiàn)了在磨削過程中的實時檢測，提高了磨削精度、提高了磨削效率。

       該創(chuàng)新方法的第三個特點是：實現(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，檢測精度分辨率小于0.001mm，表面粗糙度Ra小于0.2um，具有實時自動檢測功能。

       三、知識產(chǎn)權(quán)和獲獎情況：

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

       l 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎

       l 中國發(fā)明專利獎2項

       l 申請發(fā)明專利和軟件版權(quán)29項，國際PCT 1項，獲授發(fā)明專利15項，軟件著作權(quán)2項。

       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、臺灣等地區(qū)以及國內(nèi)多家企業(yè)來校洽談擬應(yīng)用這些先進的技術(shù)成果，該項目具有良好的推廣應(yīng)用前景。

       五、經(jīng)濟效益和社會效益情況：

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

       由于優(yōu)良的性價比，本項成果在國內(nèi)市場上已逐步形成了與國際同類先進產(chǎn)品相競爭的優(yōu)勢，這些先進技術(shù)成果的推廣應(yīng)用解決了長期依賴進口的技術(shù)瓶頸，推動了企業(yè)的技術(shù)進步， 因此，本項目具有良好的經(jīng)濟效益和廣泛的社會效益。