T样条复杂组合曲面计算机辅助制造及加工误差自适应检测方法研究

In this project, a computer-aided manufacturing and adaptive machining error inspection method for T-spline surface is proposed. The new properties of the T-spline surface are used to generate and optimize the flexible tool path efficiently. The machining error of T-spline surface is inspected adaptively by an on-machine measurement method; and based on that, a T-spline surface reconstruction algorithm is developed. In this case, a uniform method for the design, manufacture, inspection and compensation of T-spline surface can be realized. Therefore, the machining efficiency and precision can be greatly improved. This project intends to provide new ideas for the high-performance and high-precision manufacturing of complex freeform surface. To meet the growing demands of high-quality surface, the theory and technology of computer-aided manufacturing and inspection of freeform surface should be developed. The achievement of this project will provide original and generic technologies for the digital manufacturing in China.

提出T样条复杂组合曲面计算机辅助制造及加工误差自适应检测方法，试图以T样条曲面为载体，结合T样条特性，探索涵盖复杂组合曲面的柔性高效的加工刀具路径规划策略及优化方法，发展T样条曲面加工误差的自适应在机快速检测方法和曲面重建技术，进而实现T样条曲面的设计-制造-测量及补偿的一体化制造方法，大幅度提高复杂组合自由曲面的加工效率和精度，为解决高性能高精度复杂自由曲面的制造提供新思路。开发一套适合复杂组合曲面的计算机辅助制造与检测理论方法和基础技术，以满足不断增长的高品质曲面制造的要求，为我国数字化制造提供原创性的共性技术。

复杂组合自由曲面正日益广泛地被应用于航空航天结构件、复杂模具、生物器官等设计与制造领域。自由曲面零件的高精度制造和检测直接体现了一个国家的先进制造水平，是国内外制造领域关注的焦点。T样条曲面由于其在复杂组合自由曲面建模方面的巨大优势，已成为继非均匀有理B样条（NURBS）曲面后最具潜力的曲面表达方式。本项目原创性提出了T样条复杂组合曲面计算机辅助制造及加工误差自适应检测方法，进而实现了T样条曲面的设计-制造-测量及补偿的一体化机制，大幅度提高了复杂组合自由曲面的加工效率和精度。项目完成的主要研究工作如下：. （1） 提出了高质量T样条曲面重建方法，在重建过程中引入平滑性控制策略、重采样、重参数化、网格结构优化等方法，快速高精度获得拟合曲面的控制网格结构。（2）提出了基于能量最小化变形规划T样条曲面柔性加工刀路和改进空间填充曲线规划T样条曲面无跳刀精加工刀路的方法。（3）提出了一种带关键区域的自由曲面加工误差检测与补偿方法，利用T样条曲面对曲面关键区域进行采样点细化，提高了自由曲面的检测与补偿精度。（4）拓展了T样条曲面计算机辅助增材制造的方法，利用迭代追踪原理实现曲面欧氏空间分层，考虑曲面几何特征进一步利用自适应层厚切片，提高了曲面切片处理精度。本项目的研究成果对提高我国高性能自由曲面的数字化制造水平具有重要的理论意义和工程应用价值。. 本项目共发表期刊论文11篇，其中SCI收录10篇，共申报国家发明专利14项，已授权4项，获计算机软件著作权1项，共培养博士生5名，硕士生3名。