项目名称：难加工航空零件的数字化制造基础研究首席科学家：丁汉

项目名称：难加工航空零件的数字化制造基础研究首席科学家：丁汉内容摘要：

强钢材料动态再结晶模型，获得变形参数对材料微观组织的影响规律 ； (5)建立车铣复合加工装备动刚度的数字表征，以及高速主轴动态特性的数字表征，提出工作空间数控机床动态特性的在线测量技术 ； (6)建立基于驱动信号及光纤等新型传感器的工 况实时精确监测技术，以及无附加传感器的刀具状态监测与补偿方法；建立多轴数控装备性能的描述与表征方法，以及多轴数控装备多元信息的实时监测；提出数控装备动态性能与服役可靠性之间映射机制的研究方法； (7)初步搭建面向起落架车铣复合加工的高档数控系统实验平台； (8)提出刀具 工件啮合过程几何仿真和切削力系数实验标定方法； (9)获得不同温度下高温高强材料流动应力与应变率之间的关系，建立体现高速加工过程特点的材料本构模型； (10)提出刀具 /测头全局可达方向锥的 GPU 计算方法，建立可行空间中刀具 /测头路径的整体优 化模型 ； 研究内容 预期目标 (12)研究激光作用于加工材料表面的光学反射特征，给出测量信号的快速预处理方法；研究基于立体视觉的大尺寸空间定位三维坐标测量方法；研究基于无传感器测试技术的装备大角度与长行程的连续在线精密检测原理与方法； (13)研究复合加工装备功能部件状态、加工质量等多调制特征样本分离技术； (14)研究起落架多 工序小子样生产过程性能质量的表征、误差波动复杂性建模与分析方法； (15)面向高速、极低质量比、长运转寿命、高动态稳定性等使役性能需求，研究动力传递零件表面形貌的表征方法；实验与理论分析相结合建立使役性能参数与曲面特性参量的耦合模型； (16)研究 型面磨 /抛过程的 力热耦合模型、加工精度、表层组织结构及表面损伤的工艺影响规律 ； (17)开展 钛合金等材料零件特定表面微形貌的磨 /抛工艺实验。 (11)提出异形大尺寸几何量在线测量方法与基于光学测量的关键技术；建立基于装备进给系统电流、扭矩与主轴功率融合信息的力场预测模型；提出基于无传感器技术的机床热、力、位移等物理量获取技术及加工装备状态信息的可靠优化同步采集与存储技术； (12)提出复合加工装备功能部件状态、加工质量等多调制特征样本分离技术，初步建立加工状态参量的一次性分离与解耦方法； (13)提出 复合加工过程性能质量表征方法与加工误差传递网络的建模与分析技术； (14)提出动力传递功能表面的表征新方法，构建特征参数集； (15)掌握 钛合金等难加工材料的磨 /抛机理； (16)确定航空叶轮功能表面微形貌创成的可行性方案。 研究内容 预期目标 第 二 年 (1)研究抽拉单元的运动规律，抽拉运动对叶片内热量传递的影响规律，抽拉单元的运动模式对凝固界面前沿、凝固组织的影响； (2)实现抽拉单元运动与叶片内传热的同步控制； (3)研究并行驱动在极低速下的运行规律，以及其运动平稳性与可确定性的控制原理，研究多元并联大流量液压系统对并行驱动的耦合关联影响； (4)构建 超大 惯量系统运动的同步平面补偿原理与技术实现，以及其补偿模型； (5)起落架关键结构成形工艺 及微观组织、锻造流线仿真研究；关键结构锻件成形工艺物理模拟实验 ； (6)研究 装备动态特性与工艺作用过程的交互作用； (7)基于过程模型的加工状态阈值预测方法及加工参数实时自调整；基于历史数据和多元信息谱的数控装备性能表征方法和预测模型；基于动态性能监测的数控装备服役可靠性评估及预测； (8)开展面向起落架的车铣复合加工实验； (9)研究多轴加工工艺系统的动力学特性； (10)研究基于力 热耦合作用的高温高强材料多轴加工过程仿真方法； (11)研究曲面轮廓度误差评定、分离和诊断方法 ； (12)研究激光光束细化技术， 利用光学衍射和透镜阵列，实现微米级光束细化；研究红外光学靶标的制作和三维空间建模； (13)研究大型精密回转台与直线进给机构耦合动态特性的在线识别技术； (14)研究复合加工装备功能部件状态、加工质量等多调制特征样本分离技术；研究复合加工装备非平稳、非(1)掌握定向凝固抽拉单元的运动规律； (2)提出抽拉单元运动与叶片内热传递的协同原理； (3)实现低速下大惯量系统平稳与精准的并行驱动，多元并联大流量液压系统驱动多参数耦合作用规律与匹配； (4)揭示大惯量机械系统的同步平面位姿补偿的规律； (5)获得锻件成形过程温度场、应力应变场以及微观组织、锻造流线变化规律；对比分析数 值仿 真与物理模拟实验结果，提出起落架锻件微观组织与流线调控策略 ； (6)建立面向车铣复合加工装备的加工稳定性分析和加工表面烧蚀分析方法，建立基于车铣复合加工装备主轴 刀具 工件动态特性的高精度控制策略，研发面向起落架车铣复合加工的轨迹规划功能模块； (7)建立切削力的动态预测模型，分析切削力、运动参数对加工精度的影响，建立加工精度的预测模型，研发基于切削力在线检测的加工参数优化功能模块；建立基于多轴非线性耦合的多元信息谱方法，研发基于多元信息谱监测的数控装备性能劣化分析与早期预示功能模块；提出基于动态性能监测的数控装备服役可靠性评估及预测技术，研发基于动态性能监测的数控装备服役可靠性评估及预测功能模块； (8)针对 300M 高强钢等材料开 展车铣复合加工实验，获取起落架多轴车铣复合加工基础工艺数据； (9)建立具有惯量与刚度时变、参数不确定特点的多轴加工工 艺系统刚柔耦合动力学模型 ； (10)建立高温高强材料高速加工过程仿真模型，包括：切屑形成仿真模型、刀屑摩擦磨损模型等； 研究内容 预期目标 线性工况特性信息提取方法； (15)进一步研究起落架多工序小子样生产过程性能 质量的表征、误差波动复杂性建模与分析方法；研究误差波动分析方法； (16)针对面齿轮的特定表面形貌，研究性能驱动的动力传递曲面的数字化精密磨削工作原理；研制实现面齿轮功能表面的数字化制 造的原型样机； (17)研究性能驱动的航空叶轮动力传递曲面的数字化精密磨 /抛加工原理； (18)研制实现面航空叶轮表面微形貌数字化精确创成的原型样机 ； (19)项目 中期 总结、 评估。 (11)建立复杂曲面零件的质量评价体系 ； (12)提高光学测量方法的在线 /在位测量精度，优化测量系统构成； (13) 建立大型精密回转台与直线进给系统的动力学耦合模型，提出基于信息融合与灰箱技术的复合加工设备进给系统动态特性混合辨识技术 ； (14) 初步提出复合加工装备非平稳、非线性特性信息提取的新原理与方法；初步揭示复合加工装备的服役性能退化机理和失效规律； (15) 提出质量性能表征、 加工误差传递网络模型的建模与波动分析技术； (16)提出面齿轮齿面精确创成的原理和方法； (17)提出航空叶轮动力传递功能表面微形貌的数字化创成原理和方法； (18)完成航空叶轮和面齿轮表面创成的原型样机的研制； (19)完成 项目中期评估。 第 三 年 (1)针对航空发动机涡轮叶片，开展铸造成形过程中动量、能量、质量传输及微观组织形成的跨尺度、多学科数理建模与仿真，研究单晶叶片定向凝固过程中传热边界条件的形成规律与控制方法，研究水冷单元的设计及其对叶片内热量传递的影响规律； (2)研究单晶形成与生长过 程中最佳的温度梯度及其控制方法，研究制造工艺的优化方法，提出单晶叶片的质量调控技术，实现单晶组织的有效控制； (3)研究运动副间隙、液压冲击、碰撞等对并行驱动平稳性的影响规律；变载荷以及不确定性下的并行驱动的智能集成控制策略；同步平面补偿的快速性与稳定性的控制原理和方法； (4)研究 主动 同步与被动同步之间的耦合关系，以及混合同步平衡匹配控(1)掌握叶片定向凝固过程的热量传递规律； (2)实现传热边界控制与最佳温度梯度创成 ； (3)实现大惯量机械系统在异常情况下的平稳与精确的并行驱动；形成变载荷及不确定性条件下的并行驱动集成控制策略；实现同步平面补偿； (4)建立大惯量机械系统的混合同步模型及其调控机制； (5)建立超高强钢材料微观组织、流线形态与力学性能的映射关系 ； 建立锻件目标微结构生成机制与力 位移协同控制方法； (6)建立数控系统、机床结构、切削过程的集成建模与仿真方法，揭示装备动态特性与工作作用过程的交互作用机理，提出加工性能约束下面向工件和机床特性的工艺策略优化方法；揭示装备性能时变特性对弱刚性 研究内容 预期目标 制策略； (5)研究 试验件微观组织、流线形态与力学性能相关规 律 ； 研究 多向成形锻件流 线形成机理与能场条件 ； (6)开展 基于装备动态特性与工艺作用过程的工艺策略优化； 研究 装备性能时变特性对加工稳定性和加工质量一致性的影响 ； (7)研究 保证数控装备服役稳定性的主动维护策。