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“中国创造”的精度和效率
——湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心特写
 作者:李璀 董世梅 来源:科学时报 发布时间:2007-6-27 23:12:30 小号字 中号字 大号字
 
1999年6月22日,本报曾报道了国家高效磨削工程技术研究中心正式成立的消息。8年过去了,我们“千年学府科技纪行”采访组又来到了这里。
 
建在湖南大学校园里的国家高效磨削工程技术研究中心,有一座天蓝色围墙的院落,绿荫环抱、安详宁静,我们怎么也想不到许多代表我国最高技术水准的工业机床竟是在这里诞生的。
 
8年来,该中心为我国高效磨削技术领域提供了20多项原创性的理论、方法、工艺及软件。建立并开发了一套从方法提出、工艺开发、实验研究到数字建模、软件开发、方案优化以及机床设计制造的具有自主知识产权的成套技术与装备。创建了磨削非圆轮廓的高速、超高速磨削工艺,实现了异形截面工件的高速超高速磨削加工。在国内首次提出强力磨削工艺,取代传统的车削和粗磨两道工序,大大提高了效率,降低了生产成本。开发了凸轮轴轮廓精密磨削工艺,提出了凸轮轮廓曲线变化对加工精度的影响关系,使凸轮轴加工精度达到了汽车环保节能的要求。建立了高精度离散凸轮轮廓数学模型,将离散的轮廓数据通过建立数学模型转换成插补函数关系,控制工件旋转和砂轮移动的合成运动,保证了加工精度。创建了工件轮廓表面恒线速磨削的方法,解决了异形截面磨削加工中的共性关键技术问题,解决了磨削过程中非圆截面上各点的磨削速度相差十几倍造成的振动、烧伤、轮廓精度误差等缺陷。开发了液体静动压主轴,使磨削力的波动对砂轮旋转轴心飘移的影响减少,提高了工件轮廓的精度。
 
“倪志福钻尖”是当今世界上公认的效率高、使用寿命长的钻尖,其寿命是普通钻尖的3倍以上,效率也高一倍多。但因其结构复杂,只有倪志福本人和他的几个徒弟能够手工加工。早在上个世纪70年代,世界各国就开始研究其奥秘,但均未取得根本性进展。湖南大学也从70年代末开始从事这一难题的研究,经过几代教授的不断努力,终于从原理上破解了这一世界性难题,开发出了钻尖数学模型及其控制软件,在此基础上于2000年研制出第一台高性能样机,并顺利完成中试,迈出了“倪志福钻尖”生产由手工到机械化的决定性一步。2005年,中心又相继开发了具自主知识产权的世界第一台“五轴数控高效钻尖磨床”和“全数控钻尖磨床”,从而使“倪志福钻尖”生产由机械化迈入了数字化,整体技术达到国际领先水平。为各种高中低档钻头的高效精密自动化刃磨、群钻等先进钻型的大规模推广应用和我国高档数控装备走向国际市场打下了坚实的技术和产业化基础。
 
我国对汽车发动机关键零部件、关键装备的自主开发能力相对较弱,国产装备无法满足高的加工质量和大批量生产对高档加工装备和自动加工的要求。我国每年不得不耗巨资从国外进口高档数控凸轮轴磨床(进口1台中高档数控凸轮轴磨床约40万~85万美元)和凸轮轴自动加工生产线(进口一条年产30万根凸轮轴的生产线需要花费约1200万美元)。许多凸轮轴生产厂家迫切希望国内有一种能满足高效率、高精度、高柔性和高自动化要求的数控装备,提高我国中高档数控机床产品的自主创新能力和开发能力,增强在国际市场上的竞争能力。
 
中心为了解决这个问题不断努力,已经为我国重点汽车基地自主开发了7大系列30多个品种的专用数控高速磨床,主要包括:数控高速凸轮轴磨削装备系列、数控异形截面磨削装备系列、数控高速曲轴磨削装备系列等6大系列中高档数控专用装备。
 
中心研发的中高档高速数控磨削装备自上世纪80年代末期投入市场以来,在国内汽车、拖拉机、内燃机、工程机械、摩托车、纺织、机械等行业大批量应用,替代了进口同类产品。目前,为东风汽车公司、上汽奇瑞、重庆嘉陵、长春一汽、重庆长安、南京跃进汽车集团等国内多家重点汽车制造企业和配件厂提供了系列化的数控凸轮轴磨床产品2000多台,产品覆盖国内20多个省市,市场占有率为70%以上,取得直接经济效益40多亿元,为企业节约资金30多亿元,为国家节汇7000多万美元,并有部分产品出口东南亚地区。自主开发的磨床在性能和技术指标相当的条件下,价格还不到国外同类产品的1/3。机床以其加工效率高、加工精度好的优秀品质成为国内许多大中型汽车和发动机配件生产厂家的首选设备,并引起日本丰田工机和德国勇克公司等国外著名磨床生产厂家的广泛关注。
 
8年多来,该中心围绕提高我国中高档数控机床的自主创新,重点突破国家支柱产业中急需的汽车发动机关键零部件精加工装备的国产化,取得了一大批国内和国际领先水平的科研成果,获部省科技奖励和国家专利30多项,为国家重点工程和支柱产业提供了一大批高质量的、具有自主知识产权的高新技术产品,并在全国数百家企业大批量应用,形成了科技成果研究—开发—中试—产业化—市场的一体化的配合格局。同时,中心大力从海内外引进高层次人才,发展精密与超精密加工技术,培育新的技术与经济增长点。此外,中心正在进行科技体制改革,以建立更加有效的运行机制。
 
2007年5月,湖南大学投资兴建的产学研基地在长沙国家高新技术开发区破土动工。国家高效磨削工程技术研究中心将在这里得到更快的发展,新项目建成后将形成高速精密数控机床生产能力,实现自主研发的7大系列、30多个规格高速精密数控机床的规模生产,年产值将超过3亿元,为实现我国汽车、摩托车、工程机械等产业配套产品的国产化作出新的贡献。
 
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