胡永生研究的低噪声电铸砂轮获得国家实用新型专利

在新的历史条件下，机械制造专业卓有成效地开展了相关的科研工作。1979年，切削教研室并入工艺教研室，科研工作在工艺教研室和机床教研室如火如荼得到开展。在1977—1988年这11年间，科研工作具有以下特点：首先是科研方向多，一两个教师就有一个科研方向。这和老师们迫切希望出科研成果的心理有很大的关系。其次是科研成果显著。这11年间，出了很多具有代表性的科研成果，比如超硬磨料电镀磨具、微孔加工技术、难加工材料的切削加工性、成组技术、研磨机技术、断屑技术、机器人中心、特种加工等。

（1）超硬磨料电镀磨具。

20世纪70年代末，随着切削技术的进展，越来越多地采用硬质合金、陶瓷、氧化硅等新型刀具材料，这就对磨刀工具提出了更高的要求。常用的绿色碳化硅砂轮，由于刃磨质量差、寿命短及磨削灰粉太重而不受磨刀工人的欢迎；而树脂或青铜结合剂的金刚石砂轮则因为价格昂贵、磨削效率低，使用也受到限制。

工艺教研室的胡永生借鉴国外新发展的磨刀砂轮，与学院的工厂合作，成功研制了新型的端面开槽电镀磨刀砂轮。电镀磨刀砂轮是在端面开有槽的金属基体圆盘上，通过特殊的电镀工艺，利用镀层金属牢固地粘住一薄层人造金刚石（或立方氧化硼）磨料而制成的砂轮，它的特点是不需要修整与平衡就能装在机床上使用。实践证明，这种新型的磨刀砂轮是一种成本低、磨削效率高、寿命长、安全清洁，可改善工作环境的优良磨具。该磨具在许多工厂得到了一定的推广，并在1982年荣获兵器工业部技改一等奖。

除此以外，胡永生还指导一批研究生对超硬磨料电镀磨具进行了相关的深入研究。1981级的肖定国对电镀金刚石珩蜗杆珩磨硬齿面圆柱齿轮新工艺进行了相关的研究；1981级的赵广庆对电镀开槽砂轮开槽参数对磨削力和磨削温度的影响进行了研究；1983级的牛庆祥对蜗杆珩齿机理进行了研究；1985级的郭卫建对普通磨削与缓进给磨削表面残余应力进行了研究；1985级的蒋旭荣对电镀金刚石砂轮结合力的分析测试进行了研究。

同时，胡永生研究的一种轻型低噪声电铸砂轮获得国家实用新型专利。他还发表了20多篇关于超硬磨料电镀磨具的国内外论文，其中1980年题目为“电镀开槽砂轮性能的初步研讨”的论文在第一期《北京工业学院学报》上发表。

（2）微孔加工技术。

1980年，我国开始引进日本化纤喷丝机设备，对于易损的喷丝板来说，其上的微孔成为当时的最大难关，电火花、激光打孔都解决不了。为了攻克这一难关，王润田跑遍了几个大城市的微孔加工工厂，了解微孔钻削的加工情况和现状，经过无数个日夜的构思和设计，终于设计完成了第一代微孔高速精密钻床，推动了我国在微孔加工领域的发展。

该微孔钻床的钻孔直径范围为0.1～1 mm，可以钻削各种金属材料，如钢、不锈钢、耐高温材料、磁性材料、牙科材料等，也可以钻削各种非金属材料，如珍珠、玉石、琥珀、玛瑙、玻璃等。该钻床的主轴为自动进给，工作台则为手动进给，主轴转速可以达到400 000 rpm，可通过简单的数控实现系统的控制。

该微孔高速精密钻床经五机部军工产品展览会展出，会上国防科工委副主任邹家华亲自参观了钻床钻出的喷丝板样品。1986年，被选送到武汉第二届全国发明展览会展出并获银奖；1990年，被选送到广州第二届国际专利暨新技术新产品展览会展出，又获银奖；1991年，参加北京第五届发明展览会展出，获优秀发明奖。钻床经过展览会展出后，信息传到各个省市，吸引各地厂家来北京观看样机并参观现场钻孔情况。

（3）难加工材料的切削加工性和先进刀具材料的研究。

由于国防的需要，重型火炮的内径由152 mm改用130 mm、135 mm及203 mm，而炮弹尺寸亦相应变化，同时又发展了穿透钢板的破甲弹。新型火炮身管的材料为PCrNi3Mo和PCrNi4Mo高强度钢，加工难度大。破甲弹体的材料为30CrMnSi（高强度钢）和35CrMnSi（超高强度钢），加工难度更大。

这些火炮身管外圆和内孔的加工主要是采用新型硬质合金刀具，主要由121厂和学校、研制，部分从株洲硬质合金厂等厂家选购。参研人员在学校实验室做了大量的切削试验，优选出适用的硬质合金牌号，同时研究了加工高强度钢及新型刀具的切削机理。火炮身管的内膛要拉削螺旋槽，刀具经研究改用为粉末冶金高速钢，效率大为 提高。

兵器工业部多次下达相关课题，并给予较多的研究经费。研究成果在127厂、447厂、123厂、5503厂等工厂推广应用，取得了丰硕成果。刀具寿命一般提高了50%～100%，加工效率提高了30%～50%，取得了显著的经济效益。

上述研究内容，我校与合作单位曾进行了技术鉴定，多次获得国家奖项。

① 1983年，“难加工材料加工性及刀具新材料新型号研究”获国务院国防工业重大技术改进三等奖。

② “DY、DN新型硬质合金的研制和应用”于1986年获得兵器工业部科技进步二等奖。

③ “155等身管机械加工所用刀具的研究”于1991年获得兵器工业总公司科技进步三等奖。

④ “203弹体加工所用刀具的研究”于1997年获得兵器工业总公司科技进步二等奖。

20世纪80年代以后，机械生产的工厂广泛引进了数控机床和加工中心，对切削技术提出了新的要求，主要是刀具性能提高、刀具国产化、数据库和切屑处理等方面。合作单位主要有株洲硬质合金厂、自贡硬质合金厂、有色金属研究总院、钢铁研究总院及615厂。主要成果如下：

① “数控车床断屑研究”在1991年获机械电子工业部重大成 果奖。

② “硬质合金刀具断屑槽型系列化及牌号优化研究”在1996年获有色金属工业总公司科技进步二等奖。

③ “发动机FMS产生线、刀具国产化及其管理”在1993年获得兵器 工业总公司科技进步三等奖。

④ “加工中心和FMS所用刀具及切削数据库研究”在1993年获得有色金属工业总公司科技进步二等奖。

⑤“北京第一机床厂CIMS三期工程刀具技术及专家系统开发研究”在1997年获得国家验收通过。此项目与北京第一机床厂、618厂合作研究。

⑥“高温合金、钛合金加工性及切削数据库研究”在2012年工信部验收通过，此项目与北航合作研究。与富耐克公司、东方天地公司、华南理工大学等单位合作，对上述工件材料和硬质刀具进行了深入研究，对刀具及超硬刀具的选用和切削机理有较深入的进展。

以上项目研究，主持人是于启勋和王育民，参加者有李汉民、张永标、杨广勇、杨洪建、张才鸿、周兰英、庞思勤、赵文祥等。

（4）成组技术。

成组技术是依据相似分析的基本原理，综合治理企业的设计、制造和生产管理的执行技术，即从系统工程的角度分析企业的多种产品和零部件，按照一定的相似准则将产品和零部件分类成组，以其相似组为对象采用同一种处理方法，以节省人力和物力，提高企业的多品种、中小批生产能力。(www.xing528.com)

成组技术研究组创建于1980年，研究组的创始人为王志博和姜文炳。成组技术研究组积极参加国内成组技术的推广和组织活动，参与筹建由厂、校、院所科技人员组成的成组技术研究会，后晋升为中国机械工程学会成组技术分会，王志博曾担任中国机械工程学会成组技术分会副主任委员，并参与组织创办公开发行的会刊《成组技术与生产现代化》，被聘为会刊编委会委员。在成组技术的推广工作方面，成组技术研究组为国内兵器行业主办成组技术培训班，并主持完成了兵器工业部首批成组技术应用试点。

在科研工作方面，成组技术研究组自1980年以后，主要从事基于相似原理、成组技术方面的基础科研及其工程实施研究。参与开发了国内第一个跨行业的“机械零件分类编码系统（JLBM—1）”，先后编制了兵器行业的工装系列信息分类代码部级标准：“兵器零件分类编码系统（BLBM—1）”“机械加工夹具分类代码系统（JJDM—1）”“机械加工刀具、量具、辅具分类代码系统（JDDM、JLDM、JFDM）”“冷冲模具分类代码系统（LCMDM—1）”以及相关企业的编码标准。主持完成了适用于多品种生产的工艺装备实物研制及其CAD应用软件开发的科研项目，产品参加了全国和北京市发明展览会。随着计算机技术的成熟应用，成组技术研究组以企业为主要工程实施基地，融合计算机技术、信息标识、成组技术理论及现代先进技术，承担了一系列基于成组技术的工程实施项目，“FMS工艺准备技术研究”“军品计算机辅助成组技术与成组生产准备系统”“基于成组技术的生产准备与加工系统工程化研究”“工装管理及设计系统”“数控车间数字化工程研究”等项目研究对加速产品更新换代，提高企业的多品种、小批生产能力和技术经济效益，具有促进、指导作用。研究成果获得部省级科技进步奖11项、优秀发明奖1项、光华科技基金奖1项，获国内专利1项。在国内外发表成组技术应用研究论文数十篇。

（5）研磨机技术。

20世纪80年代，传统的研磨方法在研磨内孔和异形表面时存在很大的局限性，而国内的研磨机床大多引进或模仿国外的研磨机床，缺乏独创性，而且不能很好地解决上述问题。在这样的背景下，以孙玉良为代表的教师经过刻苦钻研，研制出了挤压研磨机。

挤压研磨又称挤压珩磨或磨料流研磨。它是利用具有一定黏弹性的物质作为介质，掺入磨料颗粒而成的半流体专用磨料，将该磨料反复挤过被加工表面而产生切削作用的一种加工方法。挤压研磨可以对机器零件的各种表面进行研磨、抛光的精加工，也可用于各种齿轮、液压元件、航空航天零件、仪器仪表零件、人造纤维喷丝板微孔、钻头铣刀的螺旋槽表面精加工，还可以用于去除由电火花加工和激光加工形成的脆硬层，尤其适于对小型交叉孔内的去毛刺和倒圆角，所以挤压研磨技术的出现使过去多年无法解决的生产技术难题得到了有效的解决。

挤压研磨机是为中、小型零件和磨具异形表面的精加工而设计的，全部运动均是液压驱动，设有操作方便、安全的特殊装置和结构新颖、性能灵敏、可靠的报警系统。同国外同类型的产品比较，这台研磨机具有成本低廉、加工精度高、粗糙度低、效率高的特点。

经鉴定本研磨机达到了国内先进水平，在某些方面独具特色，具有先进性，为国际首创，于1986年10月2日经国家专利局批准获实用新型专利权，并在第二届全国发明展览会上展出。

（6）断屑技术。

在国防产品生产中，大口径炮弹的生产量很大，其弹体所用材料强度高、韧性大，外形又为曲面，余量不均匀，而且加工中切削用量各参数的变化大，切屑很难折断。在利用一般刀具的断屑槽断屑时，很难以一种固定的槽型来达到在切削弹体各部分时都能稳定断屑的目的。在切削过程中高速排出的长屑十分锋利，对人和设备都会造成危害。为了解决上述问题，庞爱芳结合兵器工业中大弹体生产的课题任务，同有关工厂协作，研究出变进给断屑法，解决了难加工材料车削中的断屑问题。

变进给断屑法是一种不受工件材料、切削用量和刀具几何角度限制的可靠断屑方法，它不仅适用于大弹体、炮管等军工产品加工时的断屑，也同样适用于加工一般机械产品零件时的断屑。用这种断屑方法不仅能可靠保证安全生产和文明生产，而且可使刀具的耐用度提高40%～100%，机床的动态稳定性增加，从而延长机器设备的使用寿命，具有显著的社会效益和经济效益。

基于变进给断屑机理，庞爱芳研究出了多种变进给断屑装置。例如研制了两种振荡断屑装置，可分别用于C620-1车床及CE7132型液压仿形车床。此外，在外圆加工条件下，庞爱芳还对这类断屑装置的断屑机理、断屑条件、刀具耐用度、工件被加工表面粗糙度等进行了详细的试验研究。1983年以来，庞爱芳带领的团队先后研制成用于CW6140A普通车床及CE7132型液压仿形车床上的摇动断屑装置，并分别在粗、精加工中进行了试验研究和实际应用，1986年12月，摇动断屑装置成功申请实用新型专利。

此外断屑技术也获得了一些荣誉。1985年，变进给断屑机理及装置获得重大技改成果三等奖；大弹体终车外形断屑技术获得1987年度校科技进步二等奖；论文《变进给切削过程的动态稳定性》获得1987年度校优秀学术论文二等奖；摇动断屑装置获得1988年北京发明展览会优秀发明奖。

（7）机器人中心。

机器人中心成立于1985年，成立之初有员工6人，主任为陆际联教授。根据机器人学的研究需要，中心设有总体室、机构室、控制与驱动室及软件室，总使用面积440平方米。中心以科研任务为主，研制成功了KINS非接触式机器人性能测试系统，可按国际标准化组织ISO9283标准测量工业机器人位姿准确度和重复性、轨迹准确度和重复性、速度准确度和波动、圆角偏差等重要性能指标；开发了以OPTOTRAK三维运动分析系统为基础的RPT for Windows测试系统；完成了排牙机器人、移动靶车等科研任务。中心曾获国家科技进步三等奖1项，部级科技进步一等奖1项、三等奖2项。2002年并入机电一体化中心。

（8）特种加工技术。

对于难加工材料的加工，研究新型的刀具材料进行传统的冷加工是一种思路，但对于硬、脆材料，特别是小孔加工来说，传统的加工受到了很大的限制。从1981年开始，陈传梁在调研国内研究所企业、查阅国内外文献以后，引入了特种加工这个新的研究方向。

特种加工是指利用激光、离子束、电子束、超声、电解、化学等新方法对材料进行加工。陈传梁深入学习了特种加工的相关理论知识，于1983年在学校内部出版了《特种加工工艺》一书，该书成为学生学习特种加工课程的教材，并在1990年获得学校优秀教材三等奖。陈传梁亲自给本科生和研究生讲授特种加工课程。直到1989年，该书才由北京科学技术出版社出版，在社会上广泛传播和使用。

除了承担教学任务以外，陈传梁还和苏州激光研究所合作研发了JW-I多功能激光微孔加工机床。作为合作的报酬，我校也免费获得了一台机床。该机床不仅为学生实验提供了平台，同时也为老师的科研提供了实验条件。在此基础上，特种加工方面的论文成果也收获颇丰。例如1988年在北京电加工专业学会第三届学术年会上发表的《JW-I多功能激光微加工的研制及工艺研究》被评为优秀论文；1989年在高校特种加工教学研究会华北分会第三次学术年会上发表的《具有微孔监控功能的激光加工系统》被评为优秀论文。

需要指出的是，在这一时期，随着计算机技术的成熟和广泛应用，出现了先进制造技术的概念。它以先进制造工艺、计算机应用技术为基础，将设计、工艺、物流、管理等信息集成，形成不断更新发展的高技术体系。在机械制造领域最早出现的是数控机床、加工中心和工业机器人，形成了柔性制造单元。随后与物流自动系统组合成为柔性制造系统，在计算机信息系统和控制系统作用下最后形成计算机集成制造系统，未来还向智能化发展。我校工艺专业的教师注意到这一发展的动向，并积极参与其中，如研究了数控机床（NC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规程设计（CAPP）、成组技术（GT）、工业机械手、质量控制（QC）和工艺过程自动化等。1996年，由曾凤章、严圣武老师合作的《质量工程现状与推广战略初探》获校优秀论文三等奖。1998年，严圣武老师的“FMS质量保证技术研究”获学校科技进步二等奖。

（9）电液锤技术。

电液锤项目组是从高速锤科研组发展而来的。由著名机械工程专家主持的高速锤科研组于1978年转入机械制造专业，1983年开始由高速锤转向电液锤的研究。电液锤团队的主要成员有马永怀、夏德仕、贺鸣、叶恭法、田杰魁等人。

国外研制电液锤较早的是德国LASCO公司，蒸汽锤改换电液驱动头技术是其首创实施。国内蒸空锤改电液锤的研制课题起步略晚，但仍有多家厂校科研院所开展研制。电液锤项目组于1986年得到军转民技改立项，同年，首台样机试打成功。1991年通过部级技术 鉴定。

国内应用最广泛的电液锤技术是泵—蓄能器组合传动、单锤杆、排油打电液驱动头技术。这一技术被命名为“蒸空锤改电液锤”，以一项发明专利、三项实用新型专利支撑，北京理工大学是其原始发明单位，先后于1991年获部级科技进步一等奖、1992年获国家科技进步二等奖。

电液锤技术曾被列入国家十项重点示范新技术、“九五”国家重点新技术推广计划、国家科技成果重点推广计划，面向国内相关行业推广应用。我校利用该项技术已为国内近百家工厂成功改造老旧耗能的锻压设备二百多台，并通过技术授权和专利许可，为国内多家研制单位提供了技术实施方案。

（10）模态分析与监控检测技术

模态分析技术是20世纪80年代国内外机械工程领域研究的热点。王信义教授于20世纪80年代初从日本留学回国后一直致力于机械结构模态分析、故障诊断、加工过程监控检测技术研究，获得了我们学科第一个国家自然科学基金、“文化大革命”后第一个部级二等奖，主编的《机电一体化技术手册》获得了我校第一个国家优秀图书奖，所指导的硕士、博士生有许多已成了国家级专家和行业的中坚。80年代中期以来，王信义教授一直是机械制造及其自动化学科的学科带头人、首席教授，其带领的科研团队在模态分析、监控检测、故障诊断方面一直处于国内领先、国际前沿，其培养的带头人目前形成了制造系激光微纳制造、微小型机械制造、检测与控制三个重要的研究方向。

20世纪八九十年代，王信义教授科研团队的主要成员包括董卫平、张之敬、徐春广、朱小燕、陈树我、张卫民、贾玉平等。该团队共获得部级以上奖7项，在结构模态分析、FMS故障诊断知识库与专家系统技术、刀具磨破损检测技术等方面居于国内领先水平。