2018年度湖南省科技进步奖公示材料-湖南科技大学

2018年度湖南省科技进步奖公示材料
项目名称：
凸轮轴智能高速精密磨削理论与关键技术及其应用
推荐奖种：
科技进步奖
主要完成人：
邓朝晖，张晓红，刘伟，万林林，伍俏平，吴耀，彭克立，张佑来
主要完成单位：
湖南科技大学、湖南理工学院、湖南大学、湖南海捷精密工业有限公司、湖北威风汽车配件股份有限公司
推荐单位：
湖南科技大学
项目简介：
能源和环境问题日益严峻，节能微排成为汽车发展的重中之重。

凸轮轴作为汽车发动机配气机构的核心零部件，其加工质量与型线精度直接决定燃油系统的经济性和尾气排放标准，是汽车发动机制造业智能化、绿色化和服务化的重要突破口之一。

我国汽车产销量世界第一，但凸轮轴磨削加工高端装备依赖进口，自主研发严重不足，基础理论研究薄弱，关键工艺、装备与软件系统集成的核心技术极其缺乏，尤其是凸轮轴转速优化、加工误差智能补偿、工艺智能软件开发、面向高效服务的磨削云平台构建等关键难题亟待解决。

在国家和相关企业支持下，项目经10余年“产学研用”攻关，开展基础理论、工艺方法、设计制造、系统集成等全方位创新研究，攻克了上述关键难题，自主研制了3大系列16个品种凸轮轴磨削装备，成功实现了产业化。

1）在国际上首次提出材料去除率均匀一致的等磨削深度凸轮轴磨削数学模型，获得高度逼近恒线速度理论转速且磨削加速度变化平稳的凸轮轴转速优化方法；揭示了新型陶瓷凸轮轴脉冲激光诱导动态行为特性及变质层形成机理，提出了基于工件表面温控目标的凸轮轴磨削工艺优化策略，为工艺智能化奠定了基础。

2）发明了凸轮轴高速磨削加工误差在位测量-误差分析-智能补偿技术，设计了高可靠性去噪滤波凸轮轮廓误差在位测量系统，构建了基于拟合光顺算法的凸轮虚拟升程模型，首创精度可控的凸轮轴磨削加工误差分析与智能补偿机制，最大升程误差由
0.003mm提高到0.0015mm，最大相邻误差由0.008mm提高到0.004mm。

3）提出了非线性映射机制下工艺智能优选/工艺智能推理的完整磨削工艺方案智能应用方法，基于加工工艺问题信息描述模型与智能应用方法建立了凸轮轴磨削专家知识库、模型库与算法库，开发了凸轮轴磨削工艺智能应用系统，涵盖工艺问题定义、工艺智能优选与推理、磨削数控自动编程等模块，为磨削工艺智能化提供了全新独创技术。

4）率先将工业云和云制造技术应用到凸轮轴磨削加工领域，构建了整合磨削制造领域软硬件两大类资源供需为一体的智能磨削云平台。

研发了云计算环境下云服务驱动机制及智能引擎，采用大数据分析与提取技术，将制造设备和制造知识统一封装形成云资源，实现资源按需使用。

5）基于运动部件动力学优化、结构高动态特性和关键工艺自主创新，研制了数控磨床用高精度丝杆进给系统、工件自动装卸装置、多工位复合磨削装置等近二十种关键部件，完成了多种凸轮轴磨削装备设计、制造；将凸轮轴磨削工艺智能应用系统与凸轮轴磨床数控系统集成，指导生产实践。

本项目共培养博士4名，硕士16名；授权发明专利3项，实用新型专利23项；出版专著2部，发表论文40余篇（SCI、EI收录20余篇）。

研究成果已在湖南海捷精密工业有限公司、湖北威风汽车配件股份有限公司等企业推广应用，近三年新增销售收入2.3亿元、利税0.3亿元。

完全改变了我国汽车发动机制造中凸轮轴磨削高端装备被国外垄断的局面，带动了国产装备的跨越式发展；研究成果“磨削工艺智能应用系统与智能磨削云平台”推动了磨削工艺智能化技术在高端装备制造业的应用与推广。