第三屆上銀優秀機械博士論文摘要選登

論文名稱：大型不規則薄壁零件測量-加工一體化制造方法與技術

論文作者：大連理工大學 / 劉海波

指導教師：王永青《研究領域：數控及數字化制造系統、復雜曲面精密測量和加工。》

在我國航空航天、運載、國防等重大工程領域中，出現了一批必須滿足其高性能要求的大型不規則薄壁零件。該類零件往往具有幾何尺寸大、形狀復雜、結構剛度低、材料難加工等制造特點，易在精加工階段或前期工序產生較大的結構變形，若僅按照原始設計尺寸進行常規數控加工，無法加工出滿足幾何精度和性能要求的零件。本文以我國大型/重載液體火箭發動機的研制為工程背景，依托國家自然科學基金重點基金、裝備預研基金重點基金和航天科技集團委托項目，基于測量-加工一體化制造策略，開展了大型不規則薄壁零件的高效、可靠加工方法與關鍵技術研究。

提出了一種基準關聯約束的目標曲面生成方法，基于E.Cartan活動標架和曲面相伴理論建立了待加工目標曲面再設計模型，解決了大型不規則薄壁零件尺寸誤差或結構變形導致待加工曲面實際面形與其設計模型不一致的問題。提出了基于截面線法的大型復雜曲面激光快速掃描測量方法，研究了入射角導致的激光位移測量誤差預測與補償方法，發明了入射角誤差標定裝置，提高了大型復雜幾何廓形的測量速度與精度。建立了不銹鋼材料薄壁件銑削過程中的動力學模型，研究了慮及高次諧波影響的切削穩定性預測方法，為切削參數的進一步優化提供了理論依據。發明了液體火箭發動機噴管直槽冷卻通道立式對稱加工方法，研制出集激光傳感器在機測量、槽底曲面再設計、數字化銑槽加工于一體的火箭噴管冷卻通道專用加工裝備。

研究成果及研制出的6臺銑槽加工系列裝備已全部應用于中國航天科技集團，解決了我國高性能液體火箭發動機關重零件的高效、精密加工難題，為我國現有型號液體火箭發動機的批產和新一代大推力液體火箭發動機的研制成功做出了重要貢獻，經濟及社會效益顯著。

論文名稱：重型數控落地銑鏜床誤差建模及補償技術研究

論文作者：哈爾濱工業大學 / 崔崗衛

指導教師：姚英學《研究領域：數字化與自動化制造、精密與超精密切削理論與刀具、新能源裝備。》

高棟《研究領域：數控機床誤差補償技術、數字化制造技術、難加工材料的高效加工技術。》

機床誤差補償是提高機床精度的有效方法，一直倍受學術界和工業界的高度關注。重型機床的誤差形成機制更加復雜、補償難度更大。本文以重型數控落地銑鏜床為研究對象，開展了重型機床綜合誤差建模、誤差測量與辨識以及誤差補償實施等關鍵技術研究。

提出了一種基于共形幾何代數的數控機床綜合誤差建模新方法，以此為基礎，完成了重型數控落地銑鏜床大尺寸空間范圍內的誤差測量與辨識技術研究。該方法不需要進行小角度假設和運動學解耦，適用范圍更廣，更加適用于具有較大工作空間的重型數控機床綜合誤差建模。

提出了一種重型數控落地銑鏜床滑枕熱伸長誤差的實時在線檢測與補償方法，實現了重型數控落地銑鏜床滑枕熱伸長誤差的實時補償，并應用于工程實際。該方法采用一種熱膨脹系數幾乎為零的因瓦合金桿作為滑枕熱伸長量檢測的參考基準，利用微位移傳感器直接在線實時測量出滑枕的熱伸長變形量，通過信號處理電路將其轉化為滑枕的補償脈沖、實時反饋給數控系統，解決了企業生產實際中遇到的重型數控機床滑枕熱伸長變形嚴重的問題，避免了在滑枕上安裝溫度傳感器，能夠適應各種工況。

建立了一種重型數控落地銑鏜床的熱誤差新模型。該模型按照誤差的共形幾何代數模型對熱誤差進行分離得到相應的熱誤差參數，結合根據溫度傳感器優化布置策略所選取的熱場分布的關鍵溫度檢測點的溫度值，采用多元線性回歸理論進行熱誤差的建模。實驗結果表明：利用所建立的模型進行熱誤差補償效果明顯，特別是重型數控落地銑鏜床立柱的熱傾斜誤差補償率可達70%左右。

提出了一種用于西門子840D數控系統的綜合誤差補償實施策略，開發了相應的補償系統。該系統通過手輪偏置功能與數控系統進行實時交互，完成了補償系統與數控系統的無縫集成。實驗結果表明：該補償策略以及開發的補償系統能夠實現數控機床的綜合誤差補償。