【正文】 態(tài)性能與服役可靠 性之間的映射機制； (8)建立面向起落架車銑復(fù)合加工的高檔數(shù)控系統(tǒng)實驗平臺； (9)研究多軸加工的幾何 力學(xué)集成仿真方法； (10)研究高應(yīng)變率條件下材料塑性變形機理 ； (11)研究復(fù)雜曲面零件幾何面型的高效原位測量方法； (1)建立高溫合金晶粒擇優(yōu)生長模型，實現(xiàn)晶粒人取向控制； (2)建立理論 仿真 實驗相結(jié)合的復(fù)雜超大慣量機械系 統(tǒng)的分析、修正與驗證方法，揭示驅(qū)動系統(tǒng)及機械本體對動態(tài)性能的影響規(guī)律，實現(xiàn)運動變異消減的優(yōu)化與控制方案； (3)全面獲得超大慣量機械系統(tǒng)的動態(tài)規(guī)律，給出超大慣量機械系統(tǒng)的并行驅(qū)動的可行性方案； (4)建立超高強鋼材料本構(gòu)模型與熱加工圖，確定起落架鍛件鍛壓成形工藝參數(shù)可行域 ， 建立超高強鋼材料動態(tài)再結(jié)晶模型，獲得變形參數(shù)對材料微觀組織的影響規(guī)律 ； (5)建立車銑復(fù)合加工裝備動剛度的數(shù)字表征，以及高速主軸動態(tài)特性的數(shù)字表征，提出工作空間數(shù)控機床動態(tài)特性的在線測量技術(shù) ； (6)建立基于驅(qū)動信號及光纖等新型傳感器的工 況實時精確監(jiān)測技術(shù)，以及無附加傳感器的刀具狀態(tài)監(jiān)測與補償方法；建立多軸數(shù)控裝備性能的描述與表征方法，以及多軸數(shù)控裝備多元信息的實時監(jiān)測；提出數(shù)控裝備動態(tài)性能與服役可靠性之間映射機制的研究方法； (7)初步搭建面向起落架車銑復(fù)合加工的高檔數(shù)控系統(tǒng)實驗平臺； (8)提出刀具 工件嚙合過程幾何仿真和切削力系數(shù)實驗標(biāo)定方法； (9)獲得不同溫度下高溫高強材料流動應(yīng)力與應(yīng)變率之間的關(guān)系，建立體現(xiàn)高速加工過程特點的材料本構(gòu)模型； (10)提出刀具 /測頭全局可達方向錐的 GPU 計算方法，建立可行空間中刀具 /測頭路徑的整體優(yōu) 化模型 ； 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) (12)研究激光作用于加工材料表面的光學(xué)反射特征，給出測量信號的快速預(yù)處理方法；研究基于立體視覺的大尺寸空間定位三維坐標(biāo)測量方法；研究基于無傳感器測試技術(shù)的裝備大角度與長行程的連續(xù)在線精密檢測原理與方法； (13)研究復(fù)合加工裝備功能部件狀態(tài)、加工質(zhì)量等多調(diào)制特征樣本分離技術(shù)； (14)研究起落架多 工序小子樣生產(chǎn)過程性能質(zhì)量的表征、誤差波動復(fù)雜性建模與分析方法； (15)面向高速、極低質(zhì)量比、長運轉(zhuǎn)壽命、高動態(tài)穩(wěn)定性等使役性能需求，研究動力傳遞零件表面形貌的表征方法；實驗與理論分析相結(jié)合建立使役性能參數(shù)與曲面特性參量的耦合模型； (16)研究 型面磨 /拋過程的 力熱耦合模型、加工精度、表層組織結(jié)構(gòu)及表面損傷的工藝影響規(guī)律 ； (17)開展 鈦合金等材料零件特定表面微形貌的磨 /拋工藝實驗 。物理性能到加工表面的數(shù)理模型反演和高精度曲面創(chuàng)成方面的研究為 “功能表面形貌特征的數(shù)字化建模與精確創(chuàng)成 ”提供了理論和技術(shù)上的可行性。 ? 前期 973 項目在物理性能測量、物理性能到加工表面的數(shù)理模型反演和高精度曲面創(chuàng)成方面均取得了重大突破，為 “功能表面微形貌特征的數(shù)字化建模與精確創(chuàng)成 ”的開展提供了研究基礎(chǔ)。鑄鍛理論研究成果為三峽大型水輪機葉片的鑄造和殲 11 戰(zhàn)機隔框鋁合金模鍛提供了技術(shù)支撐，實現(xiàn)了對我國現(xiàn)有最大模鍛壓機 ——三萬噸水壓機的鍛造能力與功能升級，具備了五萬噸級鍛件制造能力。在鍛造基礎(chǔ)理論方面，提出了基于承載體間變形協(xié)調(diào) /剛度匹配的設(shè)計方法，大慣量系統(tǒng)快速響應(yīng)和高動態(tài)穩(wěn)定性的驅(qū)動方式與控制策略，為實現(xiàn)重載成形裝備功能提升與運行過程的精密控制奠定了基礎(chǔ)。這些研究成果為滾動 973 項目研究 “強激勵下多軸數(shù)控裝備復(fù)雜響應(yīng)與工藝過程的動態(tài)交互機理 ”提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)平臺。 項目組在前期 973 項目的資助下，對數(shù)字化制造關(guān)鍵共性技術(shù)的新理論和新方法開展了深入研究，相關(guān)理論上的突破和技術(shù) 上的進展為實現(xiàn)本項目的研究目標(biāo)提供了堅實的基礎(chǔ)，具體分析如下： ? 前期 973 項目在大型重載數(shù)控機床動態(tài)行為與性能演變規(guī)律、加工過程物理行為建模與仿真以及多源多工序質(zhì)量綜合評估方面取得了重要的成果。 可行性分析 “大飛機 ”和 “高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備 ”相關(guān)重大專項和重大工程的開展對高端航空制造裝備和高性能復(fù)雜航空零件自主制造技術(shù)提出了前所未有的迫切需求，為本項目實施提供了 難得的機遇，通過難加工航空零件數(shù)字化制造的基礎(chǔ)研究，將為我國航空制造的發(fā)展提供前沿技術(shù)保障。 ? 通過研究 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，揭示使役性能 驅(qū)動下復(fù)雜曲面零件表面微觀形貌與表層性態(tài)的形成機理，建立面向功能表面特定屬性的微觀形貌表征數(shù)字化模型，提出滿足預(yù)期微觀形貌與結(jié)構(gòu)紋理要求的數(shù)字化精確創(chuàng)成原理和性能質(zhì)量預(yù)測方法， 形成 表面功能要求驅(qū)動的數(shù)字化制造新原理 。 （ 2）項目創(chuàng)新點 ? 通過跨尺度多學(xué)科聯(lián)合 建模，揭示熱成形制造復(fù)雜零件微觀組織與性能演化的規(guī)律， 通過研究超常制造條件下多種因素耦合作用機理 ， 探明目標(biāo)微結(jié)構(gòu)定向形成的能量作用通道及熱力學(xué)、動力學(xué)條件，建立實現(xiàn)定向凝固與連續(xù)流變成形制造過程的多要素協(xié)同控制原理與方法， 建立 目標(biāo)微結(jié)構(gòu)與性能驅(qū)動的數(shù)字化成形制造新原理 。 項目研究工作 貫穿內(nèi)部 微觀組織演變、宏觀 幾何形狀 生成 、表面微形貌創(chuàng)成 , 通過多尺度多層次的建模、仿真和 實驗 驗證 , 建立難加工航空 零件數(shù)字化制造的基礎(chǔ)理論 和 方法，實現(xiàn)從幾何精度驅(qū)動數(shù)字化制造向物理性能驅(qū)動數(shù)字化制造的躍升，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得源頭創(chuàng)新成果。 ? 在數(shù)字化制造理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)平臺方面，針對 航空發(fā)動機渦輪葉片、整體葉輪、飛機 起落架和面齒輪等難加工航空零件 的數(shù)字化制造 , 構(gòu)建 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境， 驗證本項目所提出的數(shù)字化制造新原理與新方法，并在相關(guān)航空企業(yè)應(yīng)用。 ? 在航空關(guān)鍵零件高端多軸數(shù)控系統(tǒng)與加工工藝的自主研發(fā)方面，以超強異形零件（起落架）和高溫高強復(fù)雜曲面零件（航空整體葉輪）為研究對象，從難加工零件切削界面物理行為和強激勵下多軸數(shù)控裝備復(fù)雜響應(yīng)與工藝過程動態(tài)交互的研究入手，建立難加工材料在非線性時變切削過程中的物理行為仿真模型，研究時變切削力強激勵下加工狀態(tài)的實時辨識、數(shù)控裝備加工性能預(yù)測、加工工藝與機床的動態(tài)交互機理以及動態(tài)加工誤差預(yù)測，基于 “加工 測量 ”一體化大閉環(huán)質(zhì)量調(diào)控原理實現(xiàn)高質(zhì)量、高一致性加工；研究復(fù)合加工多過程裝備運行中工況波動檢 測、加工誤差分析和可靠性評估方法，探索多工序加工過程中質(zhì)量波動調(diào)節(jié)的可控參數(shù)決策機制，保證小批量多品種加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。 性 能 驅(qū) 動 的 功 能表 面 微 形 貌 數(shù) 字建 模 與 創(chuàng) 成主 要 研 究 內(nèi) 容理 論 源 泉多 學(xué) 科 交 叉 ： 制 造 科 學(xué) 、 物 理 學(xué) 、 力 學(xué) 、 數(shù) 學(xué) 、 材 料 科 學(xué) 、 信 息 科 學(xué) 、 計 算 科 學(xué)數(shù) 字 建 模 － 仿 真 － 實 驗 驗 證 ： 多 學(xué) 科 交 叉 基 礎(chǔ) 問 題 的 數(shù) 字 化 新 原 理 、 新 理 論 與 新 方 法 圖 1. 學(xué)術(shù)思路 技術(shù)途徑 通過理論研究與 數(shù)字 仿真、 科學(xué) 實驗相結(jié)合的方式，重點突破高溫高強航空復(fù)雜零件定向凝固與流變成形過程協(xié)同控制、 高效低損傷 多軸 數(shù)控加工工藝保障 、功能表面微形貌特征和表層性態(tài)精確數(shù)字化創(chuàng)成 技術(shù) ，建立若干關(guān)鍵技術(shù)突破的原理樣機和實驗平臺 , 為實現(xiàn)高精度、高效率和高品質(zhì)制造提供技術(shù)支撐。 復(fù) 雜 曲 面 零 件 加工 物 理 過 程 仿 真 超 大 慣 量 多 向 鍛壓 系 統(tǒng) 精 良 驅(qū) 動 整 體 葉 輪 的 高 效 高 質(zhì) 量 制 造以 及 葉 輪 形 面 微 形 貌 漸 變 加工 技 術(shù)制 造 技 術(shù) 需 求 起 落 架 大 型 整 體 鍛 件 連 續(xù) 模鍛 制 造 特 定 形 貌 和 紋 理 的 功 能 表 面 特 定 的 內(nèi) 部 微 觀 組 織 結(jié) 構(gòu) 三、研究方案 學(xué)術(shù)思路 學(xué)術(shù)思路如圖 1 所示，項目以難加工關(guān)鍵航空零件為研究對象， 以極端服役環(huán)境對零件的目標(biāo)物理性能與制造品質(zhì)及高效率要求為驅(qū)動， 針對難加工航空零件制造面臨的六個方面的技 術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn)，即：成形制造目標(biāo)微觀組織性能定向生成及控制、超大慣量多向鍛壓系統(tǒng)精良驅(qū)動、加工過程閉環(huán)控制品質(zhì)優(yōu)化、復(fù)雜曲面零件加工物理過程 仿真 、加工過程誤差波動的監(jiān)測與消減、性能驅(qū)動的功能表面微形貌數(shù)字建模與創(chuàng)成，圍繞項目所提出的三個關(guān)鍵科學(xué)問題，在發(fā)展數(shù)字化制造理論和方法的層面上，探索難加工航空關(guān)鍵零件制造的新原理和新方法，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵數(shù)控裝備和工藝技術(shù)，突破航空發(fā)動機渦輪葉片、整體葉輪、飛機起落架和面齒輪等難加工航空零件高效、精密制造技術(shù)的瓶頸。 本項目研究過程中，擬在國內(nèi)外重要刊物上發(fā)表論文 300篇以上，其中 SCI和 EI收錄 150篇以上，撰寫專著 3～ 5本，申請專利 30余項。 （ 4）突破高溫高強材料復(fù)雜曲面零件高效精密加工的關(guān)鍵技術(shù)，建立復(fù)雜曲面零件的數(shù)字化仿真與工藝優(yōu)化平臺，航空發(fā)動機整體葉輪的加工效率提高50%以上； （ 5）突破起落架小批量多品種加工過程中工藝－裝備－工件系統(tǒng)交互作用下誤差波動的監(jiān)測與過程能力綜合評估技術(shù)，建立加工誤差波動消減與工藝能力評估平臺，起落架批量加工的一次合格率提