【正文】 裝備的突破；針對(duì)螺旋錐齒輪對(duì)高嚙合性能的 要求，提出了離散嚙合理論，研究了含誤差的真實(shí)齒面接觸分析、加工參數(shù)反調(diào)修正與 基于五軸聯(lián)動(dòng)磨削的齒面創(chuàng)成方法，制 造出世界上最大的螺旋錐齒輪數(shù)控機(jī)床，能生產(chǎn)直徑達(dá) 米的高精度螺旋錐齒輪。 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(shì)力量進(jìn)行科學(xué)整合，承擔(dān)單位是與研究?jī)?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(guó)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?jī)?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?jī)?nèi)容，達(dá)到研究目標(biāo)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。 (11)提出異形大尺寸幾何量在線測(cè)量方法與基于光學(xué)測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)；建立基于裝備進(jìn)給系統(tǒng)電流、扭矩與主軸功率融合信息的力場(chǎng)預(yù)測(cè)模型；提出基于無(wú)傳感器技術(shù)的機(jī)床熱、力、位移等物理量獲取技術(shù)及加工裝備狀態(tài)信息的可靠?jī)?yōu)化同步采集與存儲(chǔ)技術(shù)； (12)提出復(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)，初步建立加工狀態(tài)參量的一次性分離與解耦方法； (13)提出 復(fù)合加工過(guò)程性能質(zhì)量表征方法與加工誤差傳遞網(wǎng)絡(luò)的建模與分析技術(shù)； (14)提出動(dòng)力傳遞功能表面的表征新方法，構(gòu)建特征參數(shù)集； (15)掌握 鈦合金等難加工材料的磨 /拋機(jī)理； (16)確定航空葉輪功能表面微形貌創(chuàng)成的可行性方案。 (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(cè)量方法的在線 /在位測(cè)量精度，優(yōu)化測(cè)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 。 系統(tǒng)加工穩(wěn)定性和難加 工材料零件表面燒蝕的影響規(guī)律； (7)提出保證數(shù)控裝備服役性能穩(wěn)定性的主動(dòng)維護(hù)策略，研發(fā)服役性能穩(wěn)定性的主動(dòng)維護(hù)功能模塊； (8)在面向起落架車銑復(fù)合加工的高檔數(shù)控系統(tǒng)上集成基于裝備動(dòng)態(tài)特性的起落架車銑復(fù)合加工軌跡規(guī)劃、加工參數(shù)優(yōu)化、裝備性能劣化分析與早期預(yù)示、以及裝備服役可靠 性評(píng)估及預(yù)測(cè)等功能模塊，構(gòu)建具有過(guò)程閉環(huán)控制功能的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； (9)提出高速加工穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與 SLE計(jì)算的時(shí)域新方法； (10)揭示不同加工條件對(duì)變形、振動(dòng)和表面質(zhì)量的影響規(guī)律； (11)建立五軸數(shù)控加工的統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)模型； (12)實(shí)現(xiàn)幾何量的在線 /在位數(shù)據(jù)獲取； 初步建立幾何量變化與加工過(guò)程誤差累積的關(guān)系模型； (13)建立復(fù)合加工裝備空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模型，分析加工誤差的形成機(jī)理；分析復(fù)合加工裝備耦合動(dòng)態(tài)特性對(duì)加工質(zhì)量的影響，揭示大型精密回轉(zhuǎn)臺(tái)與直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)耦合動(dòng)態(tài)特性與空間加工誤差的映射機(jī)理； (14)建立復(fù)合加工裝備運(yùn)行可靠性模型，如比例故障率模型，得到設(shè)備不同運(yùn)行時(shí)刻的可靠度大小及變化趨勢(shì)，獲得設(shè)備的可靠度指標(biāo)； (15)提出基于計(jì)算智能的誤差波動(dòng)模式分類算法；建立基于 EPC 的加工質(zhì)量調(diào)整與控制模型； (16)揭示工具軌跡、姿 態(tài)等加工參數(shù)對(duì)功能表面微形貌的影響規(guī)律； (17)揭示復(fù)雜曲面上功能表面微形貌和表層性態(tài)參數(shù)的形成機(jī)制； (18)建立動(dòng)力傳遞功能表面創(chuàng)成過(guò)程的數(shù)字化模型。 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(cè)； (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。 統(tǒng)交互作用下誤差波動(dòng)的監(jiān)測(cè)與過(guò)程能力綜合評(píng)估技術(shù)，建立加工誤差波動(dòng)消減與工藝能力評(píng)估平臺(tái)，形成加工工藝的實(shí)時(shí)復(fù)穩(wěn)調(diào)整和實(shí)時(shí)加工質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制； (8)完成航空 葉輪和面齒輪表面創(chuàng)成與質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)；完成理論模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)修正； 完成 項(xiàng)目驗(yàn)收 。形成具有重要國(guó)際影響的數(shù)字化制造研 究隊(duì)伍，爭(zhēng)取 1 個(gè)國(guó)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。 本項(xiàng)目研究圍繞以下三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題： 科學(xué)問(wèn)題一：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 航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫渦輪葉片與起落架均在極端環(huán)境條件下服役，性能要求（高強(qiáng)度、耐高溫、抗沖擊與抗疲勞）極高，其內(nèi)部組織必須具有特定微觀組織結(jié)構(gòu)特征：?jiǎn)尉ЫM織和金屬流線連續(xù)平行分布的變形組織。為此需要研究高溫、高強(qiáng)材料關(guān)鍵零件制造過(guò)程中組織性能形成及演變機(jī) 理，通過(guò)對(duì)成形制造過(guò)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(guò)程熱 力 位移協(xié)同控制原理與方法。為此需要研究高強(qiáng)材料零件加工時(shí)強(qiáng)激勵(lì)下裝備與工藝過(guò)程的動(dòng)態(tài)交互作用規(guī)律，建立加工物理過(guò)程仿 真、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè)與工藝優(yōu)化模型，提出加工過(guò)程閉環(huán)控制品質(zhì)優(yōu)化理論和方法。 科學(xué)問(wèn)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(zhǎng)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。 圍繞科學(xué)問(wèn)題一：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， 開展 以下研究： （ 1）精密復(fù)雜鑄件凝固成形的建模仿真與單晶生長(zhǎng)的熱 位移同步控制 針對(duì)單晶渦輪葉片外部曲面和內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成形工藝可變因素多、多組元間相互作用復(fù)雜、最佳溫度梯度不易控制、抽拉單元運(yùn)動(dòng)與葉片內(nèi)熱變化難以同步等特點(diǎn)，研究葉片定向凝固過(guò)程中多晶粒競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)機(jī)制和晶粒最優(yōu)生長(zhǎng)方向控制方法，通過(guò)對(duì)定向凝固葉片制造全過(guò)程、跨尺度數(shù)值模擬仿真，揭示傳熱、應(yīng)力、系 統(tǒng)運(yùn)動(dòng)耦合作用下葉片的組織演變規(guī)律及其與宏觀性能的內(nèi)在聯(lián)系，提出單晶葉片成形制造過(guò)程中組織、性能、質(zhì)量的預(yù)測(cè)方法，獲得定向凝固抽拉單元的最佳運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其與葉片內(nèi)熱量傳遞的同步協(xié)調(diào)方法。本課題將圍繞大型高強(qiáng)復(fù)雜鍛件多向鍛造成形過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)程失穩(wěn)。引發(fā)上述現(xiàn) 象的主要原因是強(qiáng)切削力作用下工藝系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，目前缺乏工藝系統(tǒng)整體建模方法、工藝優(yōu)化策略、閉環(huán)過(guò)程控制能力以及裝備可靠性預(yù)測(cè)與控制方法，因此需要開展相關(guān)基礎(chǔ)研究從加工 過(guò)程主動(dòng)監(jiān)控角度保證起落架加工穩(wěn)定、避免燒蝕現(xiàn)象發(fā)生。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(guò)程仿真模型，提出面向加工過(guò)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(cè)量一體化大閉環(huán)制造原理，形成加工誤差“測(cè)量 補(bǔ)償”的 閉環(huán)反饋。因此，系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)特性下小批量加工 的多工序過(guò)程能力穩(wěn)態(tài)判據(jù)、工件誤差與設(shè)備工況的監(jiān)測(cè)與關(guān)聯(lián)、誤差波動(dòng)與誤差模式的辨識(shí)及其消減等是獲取高性能高質(zhì)量工件的關(guān)鍵。主要研究?jī)?nèi)容包括： ? 空間異形大尺寸幾何量的在線檢測(cè)與加工誤差評(píng)價(jià)建模 ? 復(fù)合加工過(guò)程裝備運(yùn)行工況波動(dòng)的監(jiān)測(cè)及其與工件加工誤差的關(guān)聯(lián) ? 耦合工況監(jiān)測(cè)的加工誤差波動(dòng)分析、誤差模式辨識(shí)與過(guò)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(wèn)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