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。