叶片复杂曲面集成制造新原理与新工艺实现

本项目面向现代装备中的关键零部件叶片精密制造的迫切需求，突破以往叶片制造中复杂曲面需经铣削和后续磨抛的传统离散加工模式，独辟蹊径，通过构建新的制造平台，将复杂曲面磨抛适应性转换加工与原位测量技术集成，提出通过对叶片制造中过渡型面的原位测量和自动时变调控加工区创成并逐次迭代，由毛坯直接创成叶片成品的学术思想和技术实现模式。研究叶片复杂曲面磨抛测一体化集成制造新原理、复杂曲面原位测量中海量信息特征快捷提取与重构、集成制造中复杂曲面变异映射效应控制等科学问题，创造新概念的具有复杂曲面适应性的叶片集成制造设备样机，取得拥有自主知识产权的叶片集成制造关键技术。本项目实施，对于我国能源工业、机械制造、航空航天、船舶工业等产业发展和技术进步，提升叶片这一关键零部件的制造水平和能力，推进复杂曲面精密制造理论创新，具有重要意义。

本项目面向现代装备中的关键零件叶片复杂曲面精密制造的迫切需求，突破传统叶片制造中离散加工模式，创建了曲面自适应磨抛测一体化平台，创新性地构建了复杂曲面磨抛测一体化集成制造理论体系，通过原位测量、自动时变调控加工区并逐次迭代、变参数适应性控制，一次装夹即实现从毛坯向成品的转换。系统深入地研究了叶片磨抛测一体化集成制造理论体系的若干关键问题。针对叶片类复杂曲面的构型特点，提出了B样条曲线和切线多边形逼近算法，高效精准的提取叶片截面线特征点。开创性地提出了密集点测量、特征点测量、极坐标测量于一体的测量策略，解决了叶片曲面高精度原位测量的难题。提出了基于特征点的四边形区域快速曲面重构算法，研究了重构曲面与理论曲面的多种优化匹配算法，获得了均布非负的加工余量。对每个加工循环后的叶片曲面进行原位测量、曲面重构、模型匹配与余量分析、路径规划，自动实现加工区创成并逐次迭代，实现了从毛坯向叶片成品的一体化制造。创新性地提出了叶片复杂曲面的参数化集成表达算法，构建了叶片参数化模型特征参量与机床驱动参数间的直观数学联系，为预测机床的加工性能提供重要参考依据。基于多体系统理论建立了机床整机误差映射模型与测量误差模型，获得了误差分布规律，并建立了多因素联合误差补偿策略，取得了拥有自主知识产权的叶片集成制造关键技术。通过大量磨抛试验，获得了磨抛测一体化机床磨抛叶片过程中关键工艺参量对叶片表面粗糙度及面形精度的影响规律。项目已发表学术论文37篇（其中SCI检索13篇，EI期刊检索8篇，EI会议论文检索4篇）。申报发明专利12项，授权6项。申报实用新型专利12项，授权11项，申报软件著作权1项。培养博士研究生3人，培养硕士研究生20人。其中已毕业博士1人，毕业硕士11人。本项目实施对我国能源、船舶、航空航天等产业发展，提升叶片这一关键零件的制造水平，推进复杂曲面精密制造理论创新具有重要意义。