1) 管材内表面激光强化处理系统 该系统采用YAG固体激光器，采用光纤导光，由于金属材料对YAG激光的吸收率约为50～60%，所以泵筒不需要进行黑化处理，可直接进行激光淬火。采用管道机器人作为淬火执行装置，用工控机控制系统的运行，使系统具有很好的灵活性和实用性，而且造价低，使用方便，不受管长的限制。该系统获国家科技进步三等奖。

“高速精密卧式加工中心”是先进制造业的关键装备，可实现工件一次装夹五面加工。工信部“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项——列有“高速、精密卧式加工中心”课题予以重点支持，其精密主轴结构设计、精密回转工作台结构设计，精密拖动机构设计技术，整机结构优化设计是本课题的关键技术。本项目首台样机，参展了第 11 届上海国际机床展。项目通过了上海市经济和信息化委主持的专家组验收。一项创新技术“卧式加工中心的静刚度测试法”获国家知识产权局授予的发明专利。 

团队利用单点超精密五轴金刚石车床(Nanotech 350FG)开展相关研究，解 决了高精度大尺寸光学元件的加工问题，提出了刀具补偿技术、大口径镜片去应 力技术和高精度自由曲面加工技术。基于这三项技术，团队开发的自由曲面反射 镜和鱼眼透镜，已经为深圳与宜兴的光学公司制备短焦投影仪用核心元器件，面 型精度均优于 0.5 微米以下，粗糙度优于 8 纳米。自由曲面反射镜和鱼眼透镜的 配合，在保证图像质量的同时，实现了短焦距和高投射比。团队研发的自由曲面 反射镜，双自由曲面反射镜，窄边平面反射镜及凸面反射镜

本成果提出了基于零件批量加工数据分析的加工工艺与流程优化，主要包括零件加工过程的工艺数据挖掘与机器学习算法、基于数据和机理模型相结合的零件加工精度预测、基于机器学习的零件加工工艺优化与决策、基于数据驱动的零件批量加工工艺优化方法验证这四方面。以下是各方面具体对应内容： 1）零件加工过程的工艺数据挖掘与机器学习算法：在数据挖掘与机器学习算法方面，搭建了轴类零件全流程加工工况数据实时采集硬件平台，实现对加工力、加工振动、主轴电流等工况数据的实时在线获取。 2）基于数据和机理模型相结合的零件加工精度预测：在航空薄壁件加工精度预测方面，对复杂曲面加工过程混合建模与全流程加工精度预测等理论开展了深入研究工作；建立了零件单工序/多工序加工精度预测混合驱动模型，实现了加工精度的高效高精预测。 3）基于机器学习的零件加工工艺优化与决策：在轴类零件全流程加工工艺优化与决策方面，围绕隐马尔可夫决策过程、遗传算法等理论开展了理论研究工作，结合轴类零件加工过程开展了优化工作；提出了加工参数自适应调控联合决策方法。 4）基于数据驱动的零件批量加工工艺优化方法验证：构建加工数据库1套，包含机床设备、加工刀具、加工参数、检测数据等四种类型数据。开发全流程加工智能推理软件1套（部署于中航发南方公司柔轴车间），实现航轴全流程质量数据感知与工艺优化，其中全流程误差建模与分析模块实现了端到端的零件加工质量智能推理，可以用于工艺设计与现场预先感知，加工过程工艺数据挖掘模块实现基于批量数据的多工序误差流分析，实现后续工序加工误差推理，加工过程工艺优化与智能决策模块实现了零件多工序加工质量数据推理与给定期望指标下的加工参数优化。 图1 本成果对应功能结构示意图 【技术优势】 围绕航空领域制造的加工质量问题，开展基于制造过程数据的工艺全流程智能决策技术与系统的研发，初步实现工艺与制造过程的智能控制。在数据挖掘与机器学习算法、航空薄壁件加工精度预测、轴类零件全流程加工工艺优化与决策、零件全流程加工质量智能推理与优化、智能加工产线智能决策技术应用与推广等多个方面实现了突破，具有显著的理论价值与应用价值。 规范制定方面，研究了薄壁件加工误差产生的深层机理，构建了批量零件加工过程中误差传递的理论模型，探究了机床、夹具、刀具、加工参数全方位、多层次的因素对于零件加工误差产生的影响规律，提出了零件加工工艺与流程优化策略，形成制定面向航空发动机大长径比轴类零件的决策规范，规定轴类零件全流程加工过程中机床、刀具、装夹、加工参数四个方面的具体要求。通过中国航发南方工业有限公司企业标准体系管理系统制定、修改、审批，形成《航空发动机轴类零件加工工艺优化与决策技术规范Q/2B 1586—2022》。 软件开发方面，将上述理论成果进行高度集成，开发了零件全流程加工智能推理优化软件（MIO软件）。软件集成了四大功能模块，包括加工工艺数据库、全流程误差建模与分析、加工过程工艺数据挖掘、加工工艺优化与智能决策。相关知识与优化规则形成权。全流程加工智能推理优化软件以及知识库软件通过第三方测评，测评机构具备MA与CNAS认证资质，最终形成《零件全流程加工智能推理优化软件第三方测试报告》、《智能加工产线工艺全流程智能决策工艺知识库软件第三方测试报告》。 应用验证方面，结合航空发动机制造具体需求，将相关成果应用到某型号航空发动机轴类零件（动力涡轮传动轴）加工生产中。将零件全流程加工智能推理优化软件部署在航轴加工车间，在验证产品的加工设备上部署了数据采集装置，实时采集加工过程数据，集成企业工艺资源数据库和产品数字化检测系统，获取机床、夹具、刀具、产品质量等信息，构建了加工工艺数据库，开展了航轴加工工艺分析、现场加工质量预先感知、加工工艺与流程优化、现场实际加工验证等工作。通过南方公司现场应用验证，零件次品率平均降低54.53%。（2019年至2020年优化前，次品率为8.38%；2021年6月至2022年5月优化后，次品率为3.81%）。相关应用验证通过了中国航发南方公司的效果认定，并形成用户报告。 【技术指标】 1）采用机理模型/有限元仿真技术获取切削力/热/柔度/加工误差数据集，构建代理模型实现了切削过程的毫秒级预测，切削过程关键物理量的预测时间优于10毫秒。 2）建立了机理模型与小样本工况数据混合驱动的预测模型不确定分析与量化模型，提出了贝叶斯框架下的不确定校准方法，实现了加工误差快速（毫秒级）精准（偏差小于5微米）预测。 3）提出了航轴加工质量状态估计方法，建立了现场多源数据信息串联模型，基于隐马尔科夫的决策模型，实现工序间感知平均误差控制在9.21%内。 4）建立了加工次品率与加工参数约束集间双向映射互通模型，首次提出了基于隐马尔科夫模型与遗传算法的联合决策方法框架，联合决策优化框架保证次品率降低优于50%。

项目研究的背景及用途:随着钢管架结构的普及，存在着大量的管端相 贯线需要加工。管——管相交，管——板相交，管—管—板相交对管端相贯线焊 接破口提出了很高的要求。目前对这种相贯线焊接坡口均采用人工放样、制样板、 划线、手工切割，最后经人工打磨的工艺方法来进行加工。为了改变这种加工质 量差、效率低的状况，研究管端焊接坡口数控切割具有重要的理论意义和实际应 用价值，火焰自动切管机数控系统开发应运而生。 该火焰自动切管机可加工各种形式的管端相贯焊接破口。 技术原理及流程:该项研究与开发是在建立相贯线数学模型(管—管相贯、 管—板相贯、构成 Miter 接头的相贯线，多管、板相贯等)的基础上，建立了两面 角、破口角数学模型，并设计了相应的计算机程序，能够自动计算出数控切割所 需的各项参数。构建了开放式、模块化的数控系统硬件平台，实现三轴联动自动 切割。 成果水平及主要技术指标:该研究达到并部分超过国际先进水平，获天 津市科技进步三等奖。 市场分析及效益预测:该项研究可应用于各种管端相贯焊接破口的数控 自动加工，如海洋石油平台、大型钢结构桁架等，其加工质量好，效率高。该设 备平均每年完成 3600 吨管材加工，按 0.416 万元/吨计算产值，约为 1500 万元/ 年，按特种加工利润率 13.4%计算，其年利润约为 201 万元。 

HM—018上下刀架卧式数控车床采用模块化设计、斜床身结构，床身导轨面与水平面成45°角，配置了上、下两个具有独立通道控制能力的多工位刀架，功能部件配套满足高、精要求，是一种最新研制的数控车床。 主轴箱的主轴前后轴承采用SKF技术热套装配工艺，保证一定的预加载荷；前轴承采用成组IBC向心推力角接触球轴承、后轴承采用IBC双列短圆柱滚柱轴承，轴承润滑采用特种锂基NBU15油脂，可保证主轴高速时温升较低，且在机床大修周期内不需更换油脂；主轴电机采用FANUC 15/18.5(30min)kW交流主轴电机，主轴最高转速4500r/min。 1． 机床刀架配置DUPLOMATIC BSV原装的N200/12及N200/8，相邻刀位换刀时间为0.24秒，重复定位精度±2″。 2． Z1、Z2，X1、X2四个方向进给均采用THK精密滚珠丝杠，进给驱动采用FANUC αC系列/2000交流伺服电机，与配套进口的无背隙联轴器直连，可取得高的定位精度。 3． 机床电气采用FANUC 0TT CNC系统，具有双通道功能，能自动控制机床一个主轴和四个位置伺服轴，确保上、下刀架系统互不干涉稳定运行。

Ø  成果简介：所研制的微小型零件显微视觉检测系统，适用于各种块类、板类微小型零件及小模数微小型直齿轮的任意边缘的微米级精度测量和微结构在线快速测量。Ø  技术指标：ü  机床加工范围：轴类零件直径≤Φ140mm，长度≤600mm；盘类零件直径≤Φ400mm；铣削箱体类在工作台面上加工，最大加工尺寸300×300×300mm，借助转台，铣削回转表面工件对角线最大尺寸320mm（选配）。磨削工件外径范围：F10～F

Ø  成果简介：变轴数控机床（也称虚拟轴机床或并联机床）是基于构造上新构思、刀具运动的新原理、数学运算的新方法提出的。该数控机床主要应用并联空间机构作为机床的主体机构。在运动学原理上或结构上皆迥然不同于传统数控机床。其特点是将机械的简单性与数学的复杂性融为一体的高技术设备。基于并联机构的变轴数控机床重量轻，刚度大、精度高，刀具具有六个运动自由度。突破了机械结构设计对传统工艺依赖的限制,可解决尖端装备中复杂曲面、复杂几何形状零件以及复杂模具精密加工任务，为先进制造技术的发展提供一种

运用该软件，可在计算机上练习数控车、铣床编程并动态摸拟加工过程。通过练习，使 用户对数控编程的概念，怎样进行数控编程，怎样实现数控程序的输入、修改、存储以及数 控程序的执行效果等均有深入的了解。 该软件所用代码符合国际标准，图形显示方式丰富。铣床摸拟系统可实现三轴联动和三 维显示。除可实现按轨迹加工、（车床）螺纹加工的摸拟以及（铣床）刀具补偿功能外，还 可摸拟实现参数设置、连续执行、单段执行、点动、暂停等机床操作功能。 经模拟正确的数控程序可直接用于数控车、铣床的加工。

50T 数控系统是一款可控制步进电机、细分步进电机及全数字交流伺服电机的第三代普 及型数控系统。采用高分辨率液晶显示、人机对话、中文界面，采用高速 16 位 CPU 处理器 和 FPGA 大规模门阵列，分辨率 0.001mm，具有高集成化、高可靠性、高精度，操作方便， 适用各类数控车床的配套及改造。 40 系统具有适合任意机械传动比的电子齿轮；编辑/自动/手动/单步/手轮/诊断等操作方 式；圆弧 R 编程；公、英制螺纹加工；绝对/增量编程；恒线速加工；内外圆柱切削、端面 切削、螺纹切削循环；自动直线/指数升降速；4-6 刀位自动刀架或排刀控制；主轴无级变 频调速或多档控制；关机坐标、刀号、间隙补偿方向、系统状态记忆及开机恢复；与 PC 机 的串行通讯与程序双向传递等先进与实用的功能。 由于对产品成本进行了严格控制，具有很强的价格竞争力。经过近 4 年的市场推广和功 能不断改进与完善，其技术与生产工艺已经非常成熟，性能稳定可靠，适合产业化与市场推 广。