数字化制造基础研究new

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1、项目名称：数字化制造基础研究首席科学家：丁汉华中科技大学起止年限：2005-12-1依托部门：教育部湖北省科技厅科研中国[www.SciEi.com]收集于网络，仅供参考一、研究内容数字化制造已成为推动21世纪制造业向前发展的主流，其重要特征表现在：制造装备的自律性和自适应性；制造过程的可预测性和可控性；制造系统的可维护性和制造信息的可重用性。结合国家制造业的重大需求和数字化制造的发展趋势，本项目以制造装备高精度数字化控制及大惯量大行程高精度同步控制、制造过程的物理场多尺度数字仿真、复杂曲面数字化精密

2、加工、多源多工序制造质量控制、制造执行过程决策与优化等数字化制造关键共性技术为突破口，本项目围绕下列三个重要科学问题展开研究：科学问题之一：数字制造装备的动态行为与性能演变规律在能源、运载、国防等领域，需要制造大型、薄壁、复杂、难加工材料的精密零件，对制造装备的精度、效率、可靠性等性能指标提出了更高的要求。如加工直径8米、重达100吨舰船用螺旋桨的大型车铣复合加工机床，结构非常复杂（要求七轴五联动），行程范围高达10米，加工精度高。又如我国目前用于航空、航天、国防等行业锻造大型构件的3万吨模锻水压机，

3、其活动横梁自重2100吨，行程1830毫米，要求全行程位移误差小于0.13毫米。在高速、高加速度、大载荷、大位移等非常规工况下，摩擦、振动、冲击、变形、结构间隙等非线性因素将直接影响装备的动力学行为，使装备的性能发生变化，对现有的控制理论和方法提出了极大的挑战。分别以高性能数控机床和巨型精密模锻水压机两类典型数字制造装备为对象，研究数字制造装备在复杂工况和运行状态下的动态行为和性能演变规律，为设计新型数字装备和数控系统提供理论依据和技术基础，主要研究内容包括：1)高速数控机床动态行为演变及其高精度控制

4、随着高性能数控机床精度、效率越来越高，高速、高加速度和变加速度成为数控机床动态行为的主要表现形式，机床的力学特性（如结构、间隙、动静刚度、摩擦特性、振动、噪声、非线性时变载荷等）、热学特性（如热变形、热稳定性等）、以及力、热耦合特性对机床的加工质量和效率产生显著影响。为自主开发高速、高精、高效的新一代数控机床，研究数控机床的力、热耦合特性及其对机床动态行为和加工性能的影响机理和演变规律，实现高速、高加速度和变加速度加工条件下的智能控制和加工精度强化。主要研究内容包括：ó数控机床多轴力、热耦合特性分析及

5、数字建模；ó数控机床动态性能对加工质量和效率的影响及其敏感性分析；ó数控机床的智能控制与加工精度强化；ó多轴高性能数控机床的示范应用。2)巨型成形装备的力流传递特征及高精度制造界面形成在巨大载荷作用下，巨型成形装备复杂结构的接触非线性、超静定、连接与运动副间隙等因素产生载荷奇异传递和巨大的附加内力，直接影响大型构件制造精度。大惯量大行程快速运动可能引起超调振荡，在巨大流量的液压机械系统中产生冲击，降低运动的动态精度。上述两种现象均会导致装备工作能力的下降。为了提高装备实际工作能力，实现高精度巨型塑性成

6、形的制造。需要开展如下研究：科研中国[www.SciEi.com]收集于网络，仅供参考ó巨型成形装备的力流传递规律与偏载奇异效应；ó大惯量大行程运动的动态精度形成原理；ó巨型成形装备制造界面的位置、形态与界面力场模型；ó巨型成形装备高效、高可靠、高精度运行的数字化实现。科学问题之二：制造过程的物理场影响机理及其数字化描述在制造过程中，伴随着零件材料组织的演变和形状的生成，力、热、流体等物理场的作用成为影响零件制造精度、效率和性能的主要因素。对制造过程进行多学科、多尺度模拟与仿真，揭示制造过程的本质属性

7、，实现制造过程优化控制，是确保零件高效、高精、高质创成的关键。制造过程中的物理场作用具有非线性耦合、多尺度效应、强时空变化等特点，其作用机理十分复杂。需要研究的核心科学问题是制造过程的物理场作用机理及其数字化描述、零件性能的定量预测。本项目研究加工制造过程和成形制造过程中的物理场复合作用机理以及复杂曲面精密加工的新原理和新工艺。主要研究内容包括：1)数字制造过程物理行为建模与精度创成原理在零件的制造过程中，由切削力、刀具与工件之间的摩擦诱导的发热、变形等物理现象成为高精度创成中必须考虑的关键因素。揭示

8、制造过程中物理场的复合作用，预测其行为的时空效应，并通过对工艺参数的优化，把对物理场作用的定性认识转化为对其行为的定量控制，实现复杂零件高精度加工制造。主要研究内容包括：ó加工制造中物理场复合作用机理及其数字仿真；ó物理约束、几何约束与零件性能约束相容性分析；ó加工制造过程的工艺优化与精度保证；ó高精度零件制造的数字化仿真平台。2)高性能复杂曲面数字化精密加工的新原理和新方法我国能源、运载、国防等领域重大工程急需的某些关键零部件，其制造不仅要保证几何精度