复杂薄壁零件多轴加工的过程模型、演化规律与控制方法

复杂薄壁零件在航空、航天、汽车领域应用广泛，但这类产品加工过程中出现的复杂工艺系统的动力学问题极大的限制了生产效率与行业整体制造水平的提升。本项目围绕复杂薄壁零件加工过程中的动力学和系统演化问题，开展基于过程模型的多轴加工理论和的过程控制方法研究。通过建立复杂工艺系统动力学模型、弱刚性刀具-工件子系统动力学模型及其在材料切除过程中的演化模型，构建复杂工艺系统的加工过程模型；针对加工过程的优化控制问题，提出基于加工状态跟踪、子系统稳定性集成分析的复杂工艺系统稳定性极限预测方法；在此基础上，提出面向加工过程的工件材料切除顺序和四维非均匀余量分布的优化设计方法，建立复杂薄壁零件多轴加工的动力学特性控制方法，实现对加工过程的科学设计与优化控制。本项目的研究成果必将丰富和完善现有的多轴数控加工理论，满足我国重大装备对复杂薄壁零件多轴加工技术的需求。

复杂薄壁零件多轴加工过程具有显著的动态特性和时变特性，而基于几何模型的传统数控加工技术难以解决其中出现的动力学建模、演化和控制等问题。基于上述背景，本项目研究了复杂薄壁零件多轴加工过程的系统模型、演化规律和控制方法，建立了复杂工艺系统模型和加工过程演化模型，提出了稳定性极限预测、材料切除顺序优化、材料余量分布优化和加工过程多约束控制方法，实现了薄壁零件多轴加工过程的科学设计和优化控制。主要研究成果包括：建立了考虑刀具-工件位移耦合效应的弱刚性工艺系统动力学模型和考虑材料切除效应的加工过程演化模型；提出了基于加工状态跟踪、子系统稳定性集成分析的复杂工艺系统稳定性极限预测方法；发展了面向加工过程的工件材料切除顺序和四维非均匀余量分布的优化设计方法，建立了复杂薄壁零件多轴数控加工的动力学特性控制方法。项目研究成果在"International Journal of Machine Tools and Manufacture"、"International Journal of Advanced Manufacturing Technology、"以及《机械工程学报》、《航空学报》等国内外权威刊物上发表，并应用于航空发动机叶片的加工过程控制中。