多源约束面形再设计类复杂曲面零件的加工理论与技术

针对国家重大装备中复杂曲面零件的结构特点和性能要求，突破以保证原始设计尺寸为唯一控制目标的"加工-测量-再加工-再测量"的传统制造理念，提出保证性能要求为主要目标的多源约束面形再设计类复杂曲面零件"测量-再设计-加工"的新思想，构建几何约束面形唯一类、多源约束面形再设计类复杂曲面零件的分类制造体系。研究几何、物理等多源约束耦合作用机理、约束与零件性能的映射关系等共性基础理论，建立多源约束与零件性能的关联关系模型和再设计曲面精确数学模型。结合重大工程中的典型零件，研究大型复杂曲面零件多参数精密测量、多源异构海量信息建模与快速处理、大型低刚度零件安装、不规则再设计曲面高效加工运动几何规划、测量加工一体化加工装备集成设计与协调控制等方法和技术，形成多源约束面形再设计类复杂曲面零件精密加工的新原理、新方法与新技术。研究成果可丰富复杂曲面设计加工理论，为我国重大装备关键零件高效精密加工提供技术支撑。

复杂曲面零件是航空航天、国防、能源动力等国家重大工程领域高端装备的关键零部件，其加工能力代表着国家制造水平。传统复杂曲面零件通常的加工目标是保证原始设计曲面几何精度，几何要求是唯一约束。随着高端装备的发展，出现了一批以性能为第一制造要求的高性能复杂曲面零件，其最终加工面形受几何、材料、工艺过程等多因素约束，须按照性能要求重新设计目标曲面。根据零件最终加工面形与原始设计曲面是否一致，提出了一种复杂曲面零件分类方法，即几何约束面形唯一类复杂曲面零件和多源约束面形再设计类复杂曲面零件。. 项目针对多源约束面形再设计类复杂曲面零件精密加工难题，提出了保证零件性能要求为主要目标的多源约束面形再设计类复杂曲面零件“测量-再设计-数字加工”一体化的新思想，开展了相应的基础理论和关键技术研究。研究出性能驱动的面形再设计原理与方法，包括基准关联约束的精加工目标曲面生成方法、多源约束与性能间的耦合关联模型、几何修正补偿物理性能偏差的补调方法等。开发出面向再设计的典型复杂曲面零件几何或物理参量在位测量技术，包括大型复杂曲面快速跟踪扫描测量、模拟接触式高精度三维扫描测头、接触跟踪测量速度智能控制、激光定向测量中入射角诱导的测量误差补偿等技术。研究出基于“整体分割、局部再设计、光滑拼接”策略的大型复杂曲面再设计过程中的海量数据处理方法，包括奇异特征挖掘、噪声剔除和数据平滑等预处理技术和曲面光滑拼接技术。提出了面向大型复杂曲面高效加工的基于能量泛函的定域映射和自由边界映射的两种高效加工路径规划方法以及基于切削力预测与路径优化的协调路径规划方法。研究出大柔度曲面零件自适应曲面接触多点压紧固持方法、大型薄壁回转零件定位面均匀接触与预应力约束控制的安装方法，解决了典型大型低刚度复杂曲面零件可靠安装难题。构建了多源约束面形再设计类复杂曲面零件“测量-再设计-数字加工”一体化的技术体系，形成了复杂曲面精密加工的新原理、新方法与新技术。. 以大型运载火箭蜂窝共底构件、液体火箭发动机喷管、飞机风洞颤振模型、大型压缩机整体叶轮等典型高性能复杂曲面零部件精密制造为依托，研制出大型运载火箭蜂窝共底构件数字化加工技术与装备、液体火箭发动机喷管数字化加工技术与装备、飞机高性能跨声速风洞试验复合材料颤振模型制造技术、高性能整体叶轮精密加工技术，并获得工程应用。