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智能加工技術(shù)可以提高傳統(tǒng)機械加工設(shè)備的適用壽命、加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為此，本項目為了保     證機械加工零件的加工精度和零件機械性能，利用壓電驅(qū)動技術(shù)和柔性鉸鏈技術(shù)設(shè)計三自由度的智能柔     度可控精密工作臺，通過主動在線監(jiān)測切削  / 磨削力調(diào)整工作臺三個自由度方向的柔度，補償加工工藝系統(tǒng)因彈性變形導致的加工誤差；利用多傳感器信息融合對加工過程進行智能監(jiān)控，快速判別加工異常  狀態(tài)，保證加工過程平穩(wěn)運行和提高機床使用壽命；利用阻尼減振技術(shù)提高切削加工系統(tǒng)抗振性能，降  低動態(tài)切削力以保證零件加工表面質(zhì)量；建立數(shù)字化加工車間質(zhì)量及加工設(shè)備運行狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控系 統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量信息的有效融合，保證設(shè)備使用率和產(chǎn)品質(zhì)量。

拋光是一種常見的表面加工技術(shù)，主要目的是降低表面粗糙度、去除損傷層，最終獲得光滑且無損傷的高質(zhì)量表面。無論是日常生活中的消費用品還是制造技術(shù)高度集成的半導體芯片，拋光加工都是保證表面質(zhì)量不可或缺的技術(shù)手段。近年來，在金屬材料超精密加工領(lǐng)域，具有復雜外形和內(nèi)腔的金屬零件的拋光一直是工業(yè)界所面臨的技術(shù)難題。傳統(tǒng)的諸如化學機械拋光、激光拋光以及磁流變拋光

1) 管材內(nèi)表面激光強化處理系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用YAG固體激光器，采用光纖導光，由于金屬材料對YAG激光的吸收率約為50～60%，所以泵筒不需要進行黑化處理，可直接進行激光淬火。采用管道機器人作為淬火執(zhí)行裝置，用工控機控制系統(tǒng)的運行，使系統(tǒng)具有很好的靈活性和實用性，而且造價低，使用方便，不受管長的限制。該系統(tǒng)獲國家科技進步三等獎。

“高速精密臥式加工中心”是先進制造業(yè)的關(guān)鍵裝備，可實現(xiàn)工件一次裝夾五面加工。工信部“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項——列有“高速、精密臥式加工中心”課題予以重點支持，其精密主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計、精密回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計，精密拖動機構(gòu)設(shè)計技術(shù)，整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是本課題的關(guān)鍵技術(shù)。本項目首臺樣機，參展了第 11 屆上海國際機床展。項目通過了上海市經(jīng)濟和信息化委主持的專家組驗收。一項創(chuàng)新技術(shù)“臥式加工中心的靜剛度測試法”獲國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的發(fā)明專利。 

團隊利用單點超精密五軸金剛石車床(Nanotech 350FG)開展相關(guān)研究，解 決了高精度大尺寸光學元件的加工問題，提出了刀具補償技術(shù)、大口徑鏡片去應 力技術(shù)和高精度自由曲面加工技術(shù)。基于這三項技術(shù)，團隊開發(fā)的自由曲面反射 鏡和魚眼透鏡，已經(jīng)為深圳與宜興的光學公司制備短焦投影儀用核心元器件，面 型精度均優(yōu)于 0.5 微米以下，粗糙度優(yōu)于 8 納米。自由曲面反射鏡和魚眼透鏡的 配合，在保證圖像質(zhì)量的同時，實現(xiàn)了短焦距和高投射比。團隊研發(fā)的自由曲面 反射鏡，雙自由曲面反射鏡，窄邊平面反射鏡及凸面反射鏡

XK-L650數(shù)控銑床是高精度、高剛度、高可靠性的新一代生產(chǎn)型數(shù)控機床，由我公司與機床公司合作生產(chǎn)，主機結(jié)構(gòu)合理可靠，制作精良。 能自動進行各種鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等工序加工，支持CAD/CAM功能，完成復雜板類、箱體類零件、特別是模具的加工。

MCV380-5加工中心是高精度、高剛度、高可靠性、高性能價格比的新一代生產(chǎn)型數(shù)控機床，由我公司與機床公司合作生產(chǎn)，主機結(jié)構(gòu)合理可靠，制作精良。 能自動進行各種鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等工序加工，支持CAD/CAM功能，完成復雜板類、箱體類零件、特別是模具的加工。

VMC300小型五軸數(shù)控加工中心 顯著特點 1、 使用220伏電壓，占地小，耗電少，采用全封閉安全設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高觀摩安全性的同時又保障機器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性美觀； 2、高強度樹脂砂鑄件，功能加大，5軸聯(lián)動，配置YORNEW M5五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，適用國際通用程序，故障自動檢測報警功能、斷電記憶功能； 3、配置精密高速主軸單元100-24000rpm，變頻G指令控制主軸轉(zhuǎn)速，主軸電機功率1.5Kw； 4、配置10工位斗笠式刀庫，使用氣壓0.6 Mpa，可極大提高復雜產(chǎn)品的加工效率及加工精度； 5、采用C3級精密雙螺母滾珠絲桿,經(jīng)中周波熱處理及精密研磨，各軸施以預拉減少熱變形，定位及重覆精度高； 6、XYZAC軸采用伺服電機，最快移動速度8000mm/min； 7、機器采用雷尼紹激光干涉儀精確檢測，確保各軸精度背隙,保證定位精度； 8、帶工冷冷卻系統(tǒng)，配有5軸電子手脈三檔可調(diào)極大地方便操作和對刀，機器配置有自動間歇潤滑系統(tǒng)； 9、配有移動腳輪和水平腳墊，方便設(shè)備的移動與定位；   適用行業(yè)：小零件加工、模具廠、印刷機械廠、機械配件廠、首飾加工廠、職業(yè)數(shù)控教學、科研開發(fā)等。   技術(shù)參數(shù) 重復定位精度：0.02mm 系統(tǒng)分辨率：0.001mm 錐孔跳動精度：2um 最大鉆孔直徑：13mm 最大銑削直徑：13mm 工作臺：450×160mm X\Y\Z軸行程：300\175\270mm A軸行程：+30~-120度 C軸行程：360度 刀庫：斗笠式10工位 軸聯(lián)動性：5軸聯(lián)動 數(shù)控系統(tǒng)：YORNEW M5五軸數(shù)控系統(tǒng)(可選配華中數(shù)控系統(tǒng)) 最快移動速度：8000mm/min 最快切削進給：1-4000mm/min 電子手脈：5軸三檔可調(diào) 主軸端部至工作臺面距離：320mm 工作臺面距地面高度：780mm 工作臺 T 型槽尺寸 ：12 mm 工作臺 T 型槽個數(shù)：3 主軸轉(zhuǎn)速：100-24000 轉(zhuǎn)/分鐘 主軸電機功率：1.5 KW 指令編程格式：全面兼容國際標準G代碼和多種CAM軟件（MasterCAM，UG等） 使用氣壓：0.6Mpa 工件冷卻方式：水冷循環(huán) 潤滑系統(tǒng)：自動潤滑系統(tǒng) 使用電源：AC220V/50Hz 外形尺寸：1360× 990 ×1800 mm 重量：500 kg

本成果提出了基于零件批量加工數(shù)據(jù)分析的加工工藝與流程優(yōu)化，主要包括零件加工過程的工藝數(shù)據(jù)挖掘與機器學習算法、基于數(shù)據(jù)和機理模型相結(jié)合的零件加工精度預測、基于機器學習的零件加工工藝優(yōu)化與決策、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的零件批量加工工藝優(yōu)化方法驗證這四方面。以下是各方面具體對應內(nèi)容： 1）零件加工過程的工藝數(shù)據(jù)挖掘與機器學習算法：在數(shù)據(jù)挖掘與機器學習算法方面，搭建了軸類零件全流程加工工況數(shù)據(jù)實時采集硬件平臺，實現(xiàn)對加工力、加工振動、主軸電流等工況數(shù)據(jù)的實時在線獲取。 2）基于數(shù)據(jù)和機理模型相結(jié)合的零件加工精度預測：在航空薄壁件加工精度預測方面，對復雜曲面加工過程混合建模與全流程加工精度預測等理論開展了深入研究工作；建立了零件單工序/多工序加工精度預測混合驅(qū)動模型，實現(xiàn)了加工精度的高效高精預測。 3）基于機器學習的零件加工工藝優(yōu)化與決策：在軸類零件全流程加工工藝優(yōu)化與決策方面，圍繞隱馬爾可夫決策過程、遺傳算法等理論開展了理論研究工作，結(jié)合軸類零件加工過程開展了優(yōu)化工作；提出了加工參數(shù)自適應調(diào)控聯(lián)合決策方法。 4）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的零件批量加工工藝優(yōu)化方法驗證：構(gòu)建加工數(shù)據(jù)庫1套，包含機床設(shè)備、加工刀具、加工參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)等四種類型數(shù)據(jù)。開發(fā)全流程加工智能推理軟件1套（部署于中航發(fā)南方公司柔軸車間），實現(xiàn)航軸全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)感知與工藝優(yōu)化，其中全流程誤差建模與分析模塊實現(xiàn)了端到端的零件加工質(zhì)量智能推理，可以用于工藝設(shè)計與現(xiàn)場預先感知，加工過程工藝數(shù)據(jù)挖掘模塊實現(xiàn)基于批量數(shù)據(jù)的多工序誤差流分析，實現(xiàn)后續(xù)工序加工誤差推理，加工過程工藝優(yōu)化與智能決策模塊實現(xiàn)了零件多工序加工質(zhì)量數(shù)據(jù)推理與給定期望指標下的加工參數(shù)優(yōu)化。 圖1 本成果對應功能結(jié)構(gòu)示意圖 【技術(shù)優(yōu)勢】 圍繞航空領(lǐng)域制造的加工質(zhì)量問題，開展基于制造過程數(shù)據(jù)的工藝全流程智能決策技術(shù)與系統(tǒng)的研發(fā)，初步實現(xiàn)工藝與制造過程的智能控制。在數(shù)據(jù)挖掘與機器學習算法、航空薄壁件加工精度預測、軸類零件全流程加工工藝優(yōu)化與決策、零件全流程加工質(zhì)量智能推理與優(yōu)化、智能加工產(chǎn)線智能決策技術(shù)應用與推廣等多個方面實現(xiàn)了突破，具有顯著的理論價值與應用價值。 規(guī)范制定方面，研究了薄壁件加工誤差產(chǎn)生的深層機理，構(gòu)建了批量零件加工過程中誤差傳遞的理論模型，探究了機床、夾具、刀具、加工參數(shù)全方位、多層次的因素對于零件加工誤差產(chǎn)生的影響規(guī)律，提出了零件加工工藝與流程優(yōu)化策略，形成制定面向航空發(fā)動機大長徑比軸類零件的決策規(guī)范，規(guī)定軸類零件全流程加工過程中機床、刀具、裝夾、加工參數(shù)四個方面的具體要求。通過中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司企業(yè)標準體系管理系統(tǒng)制定、修改、審批，形成《航空發(fā)動機軸類零件加工工藝優(yōu)化與決策技術(shù)規(guī)范Q/2B 1586—2022》。 軟件開發(fā)方面，將上述理論成果進行高度集成，開發(fā)了零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件（MIO軟件）。軟件集成了四大功能模塊，包括加工工藝數(shù)據(jù)庫、全流程誤差建模與分析、加工過程工藝數(shù)據(jù)挖掘、加工工藝優(yōu)化與智能決策。相關(guān)知識與優(yōu)化規(guī)則形成權(quán)。全流程加工智能推理優(yōu)化軟件以及知識庫軟件通過第三方測評，測評機構(gòu)具備MA與CNAS認證資質(zhì)，最終形成《零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件第三方測試報告》、《智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能決策工藝知識庫軟件第三方測試報告》。 應用驗證方面，結(jié)合航空發(fā)動機制造具體需求，將相關(guān)成果應用到某型號航空發(fā)動機軸類零件（動力渦輪傳動軸）加工生產(chǎn)中。將零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件部署在航軸加工車間，在驗證產(chǎn)品的加工設(shè)備上部署了數(shù)據(jù)采集裝置，實時采集加工過程數(shù)據(jù)，集成企業(yè)工藝資源數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)字化檢測系統(tǒng)，獲取機床、夾具、刀具、產(chǎn)品質(zhì)量等信息，構(gòu)建了加工工藝數(shù)據(jù)庫，開展了航軸加工工藝分析、現(xiàn)場加工質(zhì)量預先感知、加工工藝與流程優(yōu)化、現(xiàn)場實際加工驗證等工作。通過南方公司現(xiàn)場應用驗證，零件次品率平均降低54.53%。（2019年至2020年優(yōu)化前，次品率為8.38%；2021年6月至2022年5月優(yōu)化后，次品率為3.81%）。相關(guān)應用驗證通過了中國航發(fā)南方公司的效果認定，并形成用戶報告。 【技術(shù)指標】 1）采用機理模型/有限元仿真技術(shù)獲取切削力/熱/柔度/加工誤差數(shù)據(jù)集，構(gòu)建代理模型實現(xiàn)了切削過程的毫秒級預測，切削過程關(guān)鍵物理量的預測時間優(yōu)于10毫秒。 2）建立了機理模型與小樣本工況數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的預測模型不確定分析與量化模型，提出了貝葉斯框架下的不確定校準方法，實現(xiàn)了加工誤差快速（毫秒級）精準（偏差小于5微米）預測。 3）提出了航軸加工質(zhì)量狀態(tài)估計方法，建立了現(xiàn)場多源數(shù)據(jù)信息串聯(lián)模型，基于隱馬爾科夫的決策模型，實現(xiàn)工序間感知平均誤差控制在9.21%內(nèi)。 4）建立了加工次品率與加工參數(shù)約束集間雙向映射互通模型，首次提出了基于隱馬爾科夫模型與遺傳算法的聯(lián)合決策方法框架，聯(lián)合決策優(yōu)化框架保證次品率降低優(yōu)于50%。