第三届上银优秀机械博士论文摘要选登

论文名称：大型不规则薄壁零件测量-加工一体化制造方法与技术

论文作者：大连理工大学 / 刘海波

指导教师：王永青《研究领域：数控及数字化制造系统、复杂曲面精密测量和加工。》

在我国航空航天、运载、国防等重大工程领域中，出现了一批必须满足其高性能要求的大型不规则薄壁零件。该类零件往往具有几何尺寸大、形状复杂、结构刚度低、材料难加工等制造特点，易在精加工阶段或前期工序产生较大的结构变形，若仅按照原始设计尺寸进行常规数控加工，无法加工出满足几何精度和性能要求的零件。本文以我国大型/重载液体火箭发动机的研制为工程背景，依托国家自然科学基金重点基金、装备预研基金重点基金和航天科技集团委托项目，基于测量-加工一体化制造策略，开展了大型不规则薄壁零件的高效、可靠加工方法与关键技术研究。

提出了一种基准关联约束的目标曲面生成方法，基于E.Cartan活动标架和曲面相伴理论建立了待加工目标曲面再设计模型，解决了大型不规则薄壁零件尺寸误差或结构变形导致待加工曲面实际面形与其设计模型不一致的问题。提出了基于截面线法的大型复杂曲面激光快速扫描测量方法，研究了入射角导致的激光位移测量误差预测与补偿方法，发明了入射角误差标定装置，提高了大型复杂几何廓形的测量速度与精度。建立了不锈钢材料薄壁件铣削过程中的动力学模型，研究了虑及高次谐波影响的切削稳定性预测方法，为切削参数的进一步优化提供了理论依据。发明了液体火箭发动机喷管直槽冷却通道立式对称加工方法，研制出集激光传感器在机测量、槽底曲面再设计、数字化铣槽加工于一体的火箭喷管冷却通道专用加工装备。

研究成果及研制出的6台铣槽加工系列装备已全部应用于中国航天科技集团，解决了我国高性能液体火箭发动机关重零件的高效、精密加工难题，为我国现有型号液体火箭发动机的批产和新一代大推力液体火箭发动机的研制成功做出了重要贡献，经济及社会效益显著。

论文名称：重型数控落地铣镗床误差建模及补偿技术研究

论文作者：哈尔滨工业大学 / 崔岗卫

指导教师：姚英学《研究领域：数字化与自动化制造、精密与超精密切削理论与刀具、新能源装备。》

高栋《研究领域：数控机床误差补偿技术、数字化制造技术、难加工材料的高效加工技术。》

机床误差补偿是提高机床精度的有效方法，一直倍受学术界和工业界的高度关注。重型机床的误差形成机制更加复杂、补偿难度更大。本文以重型数控落地铣镗床为研究对象，开展了重型机床综合误差建模、误差测量与辨识以及误差补偿实施等关键技术研究。

提出了一种基于共形几何代数的数控机床综合误差建模新方法，以此为基础，完成了重型数控落地铣镗床大尺寸空间范围内的误差测量与辨识技术研究。该方法不需要进行小角度假设和运动学解耦，适用范围更广，更加适用于具有较大工作空间的重型数控机床综合误差建模。

提出了一种重型数控落地铣镗床滑枕热伸长误差的实时在线检测与补偿方法，实现了重型数控落地铣镗床滑枕热伸长误差的实时补偿，并应用于工程实际。该方法采用一种热膨胀系数几乎为零的因瓦合金杆作为滑枕热伸长量检测的参考基准，利用微位移传感器直接在线实时测量出滑枕的热伸长变形量，通过信号处理电路将其转化为滑枕的补偿脉冲、实时反馈给数控系统，解决了企业生产实际中遇到的重型数控机床滑枕热伸长变形严重的问题，避免了在滑枕上安装温度传感器，能够适应各种工况。

建立了一种重型数控落地铣镗床的热误差新模型。该模型按照误差的共形几何代数模型对热误差进行分离得到相应的热误差参数，结合根据温度传感器优化布置策略所选取的热场分布的关键温度检测点的温度值，采用多元线性回归理论进行热误差的建模。实验结果表明：利用所建立的模型进行热误差补偿效果明显，特别是重型数控落地铣镗床立柱的热倾斜误差补偿率可达70%左右。

提出了一种用于西门子840D数控系统的综合误差补偿实施策略，开发了相应的补偿系统。该系统通过手轮偏置功能与数控系统进行实时交互，完成了补偿系统与数控系统的无缝集成。实验结果表明：该补偿策略以及开发的补偿系统能够实现数控机床的综合误差补偿。