【正文】 主要研究內(nèi)容包括： ? 空間異形大尺寸幾何量的在線檢測與加工誤差評(píng)價(jià)建模 ? 復(fù)合加工過程裝備運(yùn)行工況波動(dòng)的監(jiān)測及其與工件加工誤差的關(guān)聯(lián) ? 耦合工況監(jiān)測的加工誤差波動(dòng)分析、誤差模式辨識(shí)與過程能力評(píng)估 ? 多工序加工誤差 消減與工件質(zhì)量綜合評(píng)估平臺(tái) 圍繞科學(xué)問題三：功能表面微形貌的表征、數(shù)字化定量反演與創(chuàng)成機(jī)制， 開 展開以下研究： （ 1）高速動(dòng)力傳遞功能表面微形貌特征的數(shù)字化建模與精確創(chuàng)成 高性能零件的表面微形貌和表層性態(tài)特征顯著影響零件的使用性能，但是對(duì)表面微形貌、結(jié)構(gòu)紋理及其分布特征的多尺度耦合作用機(jī)制、綜合表征和精確創(chuàng)成方法缺乏認(rèn)識(shí)，為此，以航空整體葉輪和面齒輪為對(duì)象，研究功能表面微形貌 與表層性態(tài)的生成機(jī)制與定量描述模型，揭示極端工況下高性能零件表面微觀形貌的精確創(chuàng)成機(jī)理與工藝規(guī)律，進(jìn)而提出適應(yīng)特定表面形貌和性態(tài) 要求的功能表面數(shù)字化可控精密加工新原理。因此需要研究多軸加工時(shí)變切削參數(shù)條件下，工藝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性條件；建立基于力 熱耦合作用的高溫高強(qiáng)材料多軸加工物理過程仿真模型，提出面向加工過程控制的工藝優(yōu)化方法；建立復(fù)雜曲面零件數(shù)字化加工 測量一體化大閉環(huán)制造原理，形成加工誤差“測量 補(bǔ)償”的 閉環(huán)反饋。本課題將圍繞大型高強(qiáng)復(fù)雜鍛件多向鍛造成形過程中流線形成機(jī)理與分布規(guī)律、裝備驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)性及多向成形過程順應(yīng)性控制等方面的內(nèi)容，開展下列研究： ? 多向約束變形鍛件微觀組織演化、流線形成機(jī)理及調(diào)控 ? 極低運(yùn)行速度下超大慣量 機(jī)械系統(tǒng)的并行驅(qū)動(dòng)與穩(wěn)定性控制 ? 超大慣量系統(tǒng)同步平面補(bǔ)償與混合同步平衡匹配控制 ? 多向模鍛流變成形耦合作用機(jī)理與多向混合協(xié)同控制 圍繞科學(xué) 問題二：強(qiáng)激勵(lì)下多軸數(shù)控裝備復(fù)雜響應(yīng)與工藝過程的動(dòng)態(tài)交互機(jī)理，開 展 以下研究： （ 1） 超強(qiáng)異形零件多軸加工失穩(wěn)機(jī)制及控制品質(zhì)優(yōu)化 由于起落架零件的材料難加工、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及加工工藝系統(tǒng)弱剛性的特點(diǎn)，在時(shí)變強(qiáng)切削力的作用下，極易引起裝備 工藝系統(tǒng)的高階復(fù)雜響應(yīng)，導(dǎo)致加工過程失穩(wěn)。 科學(xué)問題三：功能表面微形貌的表征、數(shù)字化定量反演與創(chuàng)成機(jī)制 航空整體葉輪和面齒輪等關(guān)鍵件具有高速、極低質(zhì)量比、長運(yùn)轉(zhuǎn)壽命、高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和大壓力梯度等極端使役要求，這些零件的表面微形貌和表層性態(tài)特征對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命、壓氣效率、推重比和熱導(dǎo)率等性能指標(biāo)的影響重大。為此需要研究高溫、高強(qiáng)材料關(guān)鍵零件制造過程中組織性能形成及演變機(jī) 理，通過對(duì)成形制造過程的多學(xué)科多尺度模擬與仿真，掌握其主要工藝參數(shù)相互耦合影響的規(guī)律，建立航空關(guān)鍵復(fù)雜零件（高溫渦輪葉片與起落架）定向凝固與流變成形過程熱 力 位移協(xié)同控制原理與方法。形成具有重要國際影響的數(shù)字化制造研 究隊(duì)伍，爭取 1 個(gè)國家創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀中青年人才，包括博士后、博士和碩士 100 名左右。 感特征的設(shè)備可靠性評(píng)估方法，求取可靠度、置信區(qū)間等可靠性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠性評(píng)估和預(yù)測； (14) 提出基于貝葉斯 /支持向量機(jī)等的小字樣控制圖模型及 其工藝能力的軌跡圖評(píng)估技術(shù)； (15)建立功能表面形貌特征的綜合表征與評(píng)價(jià)體系； (16)建立表面微形貌特征參數(shù)與創(chuàng)成工藝控制參數(shù)間的關(guān)聯(lián)模型與控制方法； (17)實(shí)現(xiàn)曲面性態(tài)參數(shù)與性能參數(shù)及各工藝參數(shù)間的多元最優(yōu)映射。 (11)建立復(fù)雜曲面零件的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系 ； (12)提高光學(xué)測量方法的在線 /在位測量精度，優(yōu)化測量系統(tǒng)構(gòu)成； (13) 建立大型精密回轉(zhuǎn)臺(tái)與直線進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)耦合模型，提出基于信息融合與灰箱技術(shù)的復(fù)合加工設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性混合辨識(shí)技術(shù) ； (14) 初步提出復(fù)合加工裝備非平穩(wěn)、非線性特性信息提取的新原理與方法；初步揭示復(fù)合加工裝備的服役性能退化機(jī)理和失效規(guī)律； (15) 提出質(zhì)量性能表征、 加工誤差傳遞網(wǎng)絡(luò)模型的建模與波動(dòng)分析技術(shù)； (16)提出面齒輪齒面精確創(chuàng)成的原理和方法； (17)提出航空葉輪動(dòng)力傳遞功能表面微形貌的數(shù)字化創(chuàng)成原理和方法； (18)完成航空葉輪和面齒輪表面創(chuàng)成的原型樣機(jī)的研制； (19)完成 項(xiàng)目中期評(píng)估 。 本項(xiàng)目將數(shù)字化制造裝備、工藝和航空制造企業(yè)的優(yōu)勢力量進(jìn)行科學(xué)整合，承擔(dān)單位是與研究內(nèi)容密切相關(guān)的、具有很強(qiáng)綜合實(shí)力和創(chuàng)新能力的群體，匯集了國內(nèi)在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的院士、中青年專家和研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng) 具備了各項(xiàng)研 究內(nèi)容所涉及的理論基礎(chǔ)和技術(shù)能力，為完成本項(xiàng)目的各項(xiàng)研究內(nèi)容，達(dá)到研究目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。前期 973 項(xiàng)目在大型裝備運(yùn)行穩(wěn)定性與力流傳遞特性、鑄造過程多尺度數(shù)值仿真上所取得的成果， 為滾動(dòng) 973項(xiàng)目研究 “凝固和流變成形目標(biāo)微結(jié) 構(gòu)的定向生成與熱 力 位移協(xié)同 ”提供了堅(jiān)實(shí)的理論與平臺(tái)支撐。 ? 前期 973 項(xiàng)目已經(jīng)在大型高強(qiáng)鍛件成形機(jī)理、大型成形裝備運(yùn)行控制方法與鑄造過程的多尺度仿真與優(yōu)化方面取得了豐碩的成果。 本項(xiàng)目密切結(jié)合航空制造業(yè)迫切需求，針對(duì)制約我國航空零件制造的技術(shù)瓶頸，在機(jī)械、材料、力學(xué)、控制、信息等多學(xué)科交叉基礎(chǔ)上開展研究，工作貫通微觀組織演變、宏觀性能生成，通過多角度多層次的研究工作建立難加工航空零件數(shù)字制造的基礎(chǔ)理論體系，使航空關(guān)鍵零件實(shí)現(xiàn)從幾何精度驅(qū)動(dòng)數(shù)字化制造向物理性能驅(qū)動(dòng)數(shù)字化制造的轉(zhuǎn)變。 ? 通過 對(duì)高強(qiáng)材料 零件 多軸 加工 時(shí)高能量輸入和聚積引發(fā)的復(fù)雜 物理過程的建模 和 仿真 ， 揭示 強(qiáng)激勵(lì)下數(shù)控裝備復(fù)雜響應(yīng)與工藝過程的動(dòng)態(tài)交互機(jī)理，提出產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測和 裝備控制品質(zhì)優(yōu)化方法 ，建立 基于加工 測量一體化的加工質(zhì)量數(shù)字化 監(jiān)測與反饋控制 原理， 發(fā)展制造質(zhì)量與效率驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化制造新原理與新方法 。 特色與創(chuàng)新 （ 1）項(xiàng)目特色 項(xiàng)目密切結(jié)合航空制造業(yè)迫切需求，針對(duì)制約我國航空關(guān)鍵零件制造的技術(shù)瓶頸，通過機(jī)械、材料、力學(xué)、控制、信息等多學(xué)科的交叉， 研究難加工航空關(guān)鍵零件數(shù)字化制造中跨學(xué)科領(lǐng)域的前沿問題 ， 多學(xué)科綜合交叉是本項(xiàng)目的主要特色。 ? 在高溫高強(qiáng)航空復(fù)雜零件的精密成形制造研究方面，基于極端服役環(huán)境對(duì)航空關(guān)鍵零件（高溫渦輪葉片與起落架）的組織性能（單晶組織和金屬流線連續(xù)平行分布的變形組織 /高強(qiáng)度、耐高溫、抗沖擊與高 可靠性）要求的驅(qū)動(dòng)，通過超常制造條件下零件成形過程多尺度動(dòng)態(tài)建模與仿真分析，揭示零件內(nèi)部晶體取向演變與金屬流線分布規(guī)律和實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的定向形成的能量作用通道和熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)條件；通過對(duì)熱成形制造過程制造界面狀態(tài)、熱 /力 /位移等多要素間的相互作用及關(guān)聯(lián)規(guī)律研究，揭示制造過程的失穩(wěn) /失諧機(jī)理，建立與復(fù)雜工況或工藝條件高順應(yīng)性的補(bǔ)償與協(xié)同方法；在這兩方面研究工作的基礎(chǔ)上進(jìn)而提出實(shí)現(xiàn)高溫渦輪葉片與起落架的定向凝固與連續(xù)流變的能場條件、界面狀態(tài)調(diào)控技術(shù)和熱 力 位移（速度）協(xié)同控制原理和方法，從而實(shí)現(xiàn)形性協(xié)同的 高品質(zhì)制造過程 。 加 工 過 程 閉 環(huán) 控制 品 質(zhì) 優(yōu) 化 起 落 架 復(fù) 合 加 工 數(shù) 控 裝 備 、加 工 工 藝 技 術(shù) 及 其 批 量 生 產(chǎn)誤 差 波 動(dòng) 消 減 技 術(shù) 極 端 難 加 工 材 料形成具有重要國際影響的數(shù)字化制造研究隊(duì)伍，爭取 1個(gè)國家創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀中青年人才，包括博士后、博士和碩士 100名左右。 （ 1） 突破航空渦輪葉片定向凝固技術(shù)的關(guān)鍵工藝參數(shù)優(yōu)化問題、冷卻單元設(shè)計(jì)與傳熱邊界條件控制技術(shù)、定向凝固過程的抽拉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與熱傳輸?shù)膮f(xié)同控制方法，產(chǎn)品合格率提高一倍 以上； （ 2）突破下一代巨型多向等溫模鍛裝備的高穩(wěn)定性超低速驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)、多向鍛壓運(yùn)行協(xié)調(diào)控制技術(shù)，建立大型多向等溫模鍛裝備的應(yīng)用示范平臺(tái)，裝備的主要指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)模鍛件規(guī)格和性能的突破，起落架整體模鍛件長度達(dá) 2~3m、抗疲勞性能提高 30%以上； （ 3）研制出具有過程閉環(huán)控制功能的智能化高檔數(shù)控系統(tǒng)，主要技術(shù)指標(biāo)為：插補(bǔ)周期 、程序前瞻段數(shù) 2020，最小分辨率 1nm，控制通道 8個(gè)；在重載多軸車銑復(fù)合數(shù)控裝備上實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起落架的加工驗(yàn)證，飛機(jī)起落架加工效率提高 30%、產(chǎn)品合格率提高 20%。 （ 1） 揭示在超常熱成形制造條 件下復(fù)雜零件微觀組織與性能演化的規(guī)律，闡明多種因素耦合作用機(jī)理與目標(biāo)微結(jié)構(gòu)定向形成的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，建立定向凝固與流變成形制造過程的熱－力－位移協(xié)同控制的原理與方法，提出目標(biāo)微結(jié)構(gòu)與性能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化成形制造新原理。 項(xiàng)目名稱： 難加工航空零件的數(shù)字化制造基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 丁漢 華中科技大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 教育部 二、預(yù)期目標(biāo) 總體目標(biāo) 本項(xiàng)目以航空難加工關(guān)鍵零件（ 航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶渦輪葉片、整體葉輪、 飛機(jī)起落架等）為研究對(duì)象，從 目標(biāo)微結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的熱成形制造、 質(zhì)量 與 效率驅(qū)動(dòng)的多軸數(shù)控加工、功能表面微形貌高效加工三個(gè)方面 開展 系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)揭示目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的定向形成機(jī)理、裝備 工藝過程交互作用規(guī)律與功能表面微形貌 可控 創(chuàng)成原理，創(chuàng)立難加工航空關(guān)鍵零件高 品質(zhì)制造的新原理、新方法和新工藝。 （ 2） 揭示高強(qiáng)材料零件多軸加工時(shí)強(qiáng)切削載荷下工藝系統(tǒng)失穩(wěn)和界面表層損傷機(jī)理，建立加工物理過程仿真 、 產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測和工藝參數(shù)優(yōu)化