大型复杂曲面零件的数字化设计-加工-测量一体化理论与技术

大型复杂曲面类零部件（如大型舰船螺旋桨、航空发动机叶片、汽车覆盖件精密模具等）关系国民经济、国防安全和国家制造业核心竞争力。本申请项目围绕数字化设计-加工-测量一体化制造的基础理论和关键技术开展研究。拟在大型复杂曲面重构、寻位和评定的C空间和旋量空间统一描述形式，工艺系统的变拓扑结构、强耦合非线性动力学理论，以及多学科多领域混合约束的微分代数方程建模与求解等方面进行研究，为建立基于视觉反馈的多轴数控加工误差修正和在线补偿系统提供基础理论；研究集成曲面零件可制造性分析和产品性能优化的数字化设计，研究复杂曲面零件的自适应加工在线规划方法，寻求几何量和物理量在线组合测量新原理和新方法，构造在线测量数据快速处理算法，建立大型复杂曲面零件数字化设计-加工-测量一体化软硬件实验平台。本项目研究成果必将丰富和发展数字制造基础理论，提升我国运载、能源和国防等行业中大型复杂及特殊零部件成形及加工技术水平。

大型复杂曲面零件（如航空叶片、整体叶轮、舰船螺旋桨等）关系国民经济、国防安全和国家制造业的核心竞争力。本项目针对大型复杂曲面零件加工精度和加工效率难以保证问题，研究了数字化设计-加工-测量一体化的基础理论和关键技术，具体包括：建立集成几何物理混合约束（双梯度场几何约束、曲面功能约束与流场物理约束）的隐式曲面重构模型，提出基于C空间的刀具可达方向锥GPU计算方法，为大型复杂曲面零件设计和可制造性分析提供了理论基础；建立强力切削过程夹具-工件-刀具工艺系统非线性动力学模型与加工误差预测模型，揭示零件物理性能-曲面加工精度-工艺系统动态行为的映射规律，提出无干涉刀具路径全局规划和颤振共振控制方法，解决了薄壁件多轴数控加工工艺参数优化中的难题；定义自适应距离函数、曲面局部/全局微分几何特征、数学形态学算子，研究多传感器信息融合、现场混合噪音去除、散乱点云处理（拼合、光顺等）新原理和新方法，实现了基于接触式/非接触式组合测量的大型复杂曲面零件原位检测和轮廓误差评定；基于以上取得的理论研究成果和关键技术成果，初步搭建了大型复杂曲面零件数字化设计-加工-测量一体化硬软件平台，应用于航空叶片、整体叶轮、舰船螺旋桨等多轴数控加工过程几何变形的原位测量、加工余量优化和自适应补偿加工。本项目研究成果丰富和发展了数字化制造基础理论，必将有助于提升我国运载、能源和国防等行业大型复杂及特殊零部件加工技术水平。