刘晓初教授长期致力于高性能改性制造及智能装备、高性能轴承设计理论、高性能灌溉及智能装备等研究，主持国家级项目10余项，省部级项目20余项。发表论文200多篇，其中SCI、EI收录论文70多篇，出版著作2部，申请和获授权国家专利200余件(发明50余件)。获广东省农业技术推广奖一等奖、国家农业节水科技奖、全国专利金奖以及其他国家和省部奖6项，制定标准2项。经济效益200亿元以上，社会效益显著。实现从无到有的理论-技术-产业系统创新，打破西方技术封锁，引领支撑我国机器人、高铁、航天航空等核心零部件制造业和灌溉装备。入选《中国当代发明家》收录，科学中国人2018年度人物和岭南英杰获得者，被聘为北京大学特聘专家和研究员、意大利帕多瓦大学博士生导师。
轴承作为重要的高端装备基础件，是公认的“卡脖子”技术。高端轴承往往被西方禁运，代表着一个国家工业发展水平，是一种包含了复杂综合尖端技术的重要工业产品，广泛地应用在芯片制造光刻机、高端数控、航空、卫星、轨道交通、海洋工程、智能制造、精密仪器等高端装备中。而节水灌溉装备涉及到缺水、人口众多的我国经济命脉和农业安全。广州大学刘晓初教授颠覆了传统的切削加工原理和用含水率控制灌溉原理及方法，带领团队为我国制造业和节水灌溉做出了突出贡献。近日，《机电工程技术》期刊对刘晓初教授及其研发团队进行了采访。
●高性能改性制造及装备
刘教授在国际上原创提出基于三相（气液固）混流冲击、化学摩擦的强化研磨高性能改性加工（亦称强化改性微纳研磨，简称强化研磨）的理论、方法及技术，研发成功世界上第一台“强化研磨机”，原创提出超高速离心磨削、氮气射流预应力硬态切削和挤压-非圆加工技术。
开创发明强化研磨系列新技术，取得重要新发现：表面类织构形成了有利于零部件表面微沟囊互联的润灌效应、摩擦冲击化学改性效应、粒/量子碰撞纳米化效应，通过增加表面层显微硬度、表面残余压应力、超细化金相组织（孪晶纳米化）与络合物等，显著提高了零部件表面增摩减磨性能、抗疲劳、抗腐蚀、抗高温等性能。其中，润灌效应是通过加工表面形成相互联通的微沟槽和油脂囊，形成表面类织构（类似的表面织构），实现对零部件工作面微灌油运以增强润滑效果；原创性提出通过强化液、硬质球、研磨粉形成复杂的高速射流场和对轴承钢球加工表面随机等概率的正向和切向高能量密度冲撞击微纳改性加工方法，形成了射流强化改性微纳研磨的系列授权新发明，包括喷射式强化改性研磨、涂写式强化改性研磨、离心冲击式强化改性研磨、超声振动式强化改性研磨、可控强化研磨等工艺。与已有的喷砂、喷丸、激光强化、镀膜、微弧氧化等加工方法与工艺相比，该方法和工艺不但可改善加工表面精度，避免对已有的表面强化处理后的切削加工，因余量不均造成的强化层的除去破坏或镀膜脱层以及磨削烧伤，克服了微弧氧化（适应铝及其合金材料）在钢制零件中应用受限，而且在表面类织构（纹理、油囊）、表面硬度、表面残余压应力、金相组织进行了改性，以轴承钢为例仅硬度提升120HV、残余压应力达1470MPa以上，居世界领先水平，成功广泛应用于轴承、齿轮、导轨、滚珠丝杠等运动件、传动件等，以及发动机、柴油机、航空超声电机、减速器、变速箱等基础件及关键核心零部件。
原创性提出了超高度离心磨削加工原理，颠覆了传统磨削原理，突破了因粗糙度大使工件转速受限的瓶颈，通过工件超高速旋转产生离心力实现预应力磨削，并通过超高速砂轮磨削，实现降低表面粗糙度的同时，对工件表面进行提高硬度、增加残余压应力的改性加工。
首次提出氮气射流预应力硬态切削，颠覆了传统用油液介质的切削原理，以氮气射流代替传统的切削液/油，通过PCBN 刀具对淬硬钢进行预应力切削，可防止PCBN骤冷崩刀，实现对工件表面进行提高硬度、增加残余压应力清洁的绿色改性加工。
率先提出了挤压-非圆加工技术，在我国直线轴承行业得到广泛应用，成功研制出外凹内凸直线球轴承。先通过用冷挤压制成共圆而非圆的弧形外圆的外凹内凸直线轴承套圈，再把工件沿圆周方向错位和端面靠紧排列且中心对准和适当插入些径向较厚又与工件等同外径且两端面平行的圆环形套块，然后通过夹紧使之成为一整体单元，再把若干个工件单元串起来，实现了其在无心外圆磨床上的高效、高精贯穿成圆磨削，不但延寿，且节省材50%以上。
●高性能轴承设计理论
刘教授首次建立了双列角接触球轴承、外凹内凸直线球轴承设计方法及理论。创立双列角接触球轴承游隙计算与轴径向游隙换算及游隙合套率控制的新公式、新算法：双列角接触球轴承由，可以进行轴、径向游隙的换算；自主研发出“双列角接触轴承”，改写了传统需两套轴承的面对面安装、背靠背安装；提出直线球轴承轻量化节材延寿设计方法及理论，通过外凹内凸式结构设计和挤压成型工艺设计方法，实现节材、延长多目标优化；创立了全系列的轴承额定静载荷新公式（详见《中国机械工程》，2001年9月），发现游隙对轴承额定静载荷具有重要影响，并引入游隙参数进行建模。上述理论和技术在我国轴承行业产生重要影响并得到广泛应用，并产生巨大的社会和经济效益。
●高性能灌溉及智能装备
刘教授于2001年，发明了世界上第一个太阳能智能自动灌溉器，2017年又原创性提出“干深时域智能节水灌溉方法”（获发明专利授权），颠覆了传统含水率、定时、人工手机APP控制灌溉湿原理，并颠覆传统“湿”控制，取代为“干”与“深”及“时”的时空转化多维度控制，发明了表面自更新水分传感器材料，突破探头钝化瓶颈，建立了干深-时域智能算法，解决了含水率控制灌溉缺乏时空量纲和难湿透、定时灌溉较盲目易病虫害和浪费水及调亏灌溉难量化等难题，实现了数字量化和精准时空控制灌溉。其基本原理是：通过人工智能模糊算法来确定这一干深度值，经过实验验证这一算法确定的干深度与人认为的干深度几乎没有差异，把探测探头埋放在这一深度，当探测探头在所埋深度感知到这一干深度达到这一阈值，并结合人工智能算法确定作物水胁迫时长，且当达到水胁迫时长时，控制器就发出开水指令让执行器启动灌溉，而灌溉使土壤达到算法的湿点深度，开始计时，按照人工设置的时长进行灌溉，形成基于作物-时间-空间-水分-肥药时空转化的轮灌歇灌，通过时-空-水多维多参量控制的高效智能灌溉，实现作物节水、节能、节肥、增肥、减害，以及优质、高产、低耗的高性能灌溉。
刘教授带领广州大学团队与广州市神禹太阳能灌溉设备有限公司等企业产学研用深度结合，研制的干深时域光伏节水灌溉器得以产业化和大量推广。这一灌溉装备在工程应用中不断取得了新发现和新技术，深受用户喜爱，可使水肥药减量增浓提效、减少农药化肥污染，可枯草荣苗、透气增肥、干燥灭害（病虫害），以及隔热阻水蒸发，避免水分渗漏，防板结控盐碱，益菌生态修复，调控根叶花果，引根深扎展扩，控形控冠矮化，增加干物积累，对作物、土壤、生态环境指标进行多维度协同调控，少水多种、增土利用，不但节水节材节能，省工省肥省药，而且可实现高效高质高产、低耗绿色生态。该技术目前已入选国家发改委、科技部、工信部、自然资源部颁发的《绿色技术推广目录》（生态农业），以及国家水利部颁发的《水利先进实用技术重点推广目录》。
