针对曲面加工过程容易产生加工颤振而导致表面加工质量降低的问题，提出一种基于隐马尔科夫模型和支持向量机（HMM–SVM）的颤振早期识别与预报方法。首先，根据曲面加工颤振发展较快，孕育阶段时间短，难以与正常加工及颤振爆发阶段区分的现象，结合HMM 模型有较强的相似性归类能力和SVM 有较强的二类分类能力的特点，设计了基于HMM–SVM 混合模型的颤振识别与预报系统；其次，应用加速度传感器采集曲面加工过程中刀具振动信号，完成反映加工状态的特征信号的获取；最后，利用HMM、HMM–SVM 分别进行曲面加工状态识别试验，并进行结果分析与比较。试验结果表明：与单独使用HMM 模型相比，基于HMM–SVM 混合模型可以大大提高识别准确率，3 种加工状态识别率均达95% 以上，并具有较好的识别实时性，识别时间1.5s 以内，可实现颤振快速识别与预报，为后续颤振抑制环节提供依据和保证。

    针对新一代信息技术的发展和航空航天领域智能制造的应用需求，通过分析数控系统的技术趋势，建立了开放式、智能化数控系统的多维度需求框架，提出了开放式、智能化数控系统的可重构数控系统平台、基于信息终端的工艺链集成以及基于工业大数据产品生命周期管理体系结构，研制出“蓝天数控”系统，并通过航空制造领域典型零件的加工控制应用实践，探索了实现开放式、智能化数控系统的实现路径。

    以大口径光学元件精密与超精密磨削为监控对象，搭建磨削机床智能监测系统，探索智能磨削监控共性技术。监测系统以NI–PXI 为主要运行硬件平台，建立与数控系统的通信，以机床内部、内置和外置传感器相结合的方式，自动获取机床运行过程和磨削加工过程的重要动态过程信号以及其他相关数据，通过对磨削机床全生命过程延伸数据体系的管理与分析，实现机床热平衡监测与热误差补偿、磨削液循环监控以及砂轮磨削性能退化在线评估等目标，以智能监控方式确保磨削机床长期平稳运行和加工质量稳定。

    为了减少热误差对数控机床加工精度的影响，首先利用热成像仪初步找出机床温升明显的位置，然后利用灰色理论对16 个温度测点的试验数据进行优化处理，找出与热误差关联度较高的测点；将优选出的温度测点数据和实测的Z轴热误差数据进行划分，采用GM（1，n）灰色预测和BP神经网络建立热误差预测模型，并在试验机床上进行验证。试验结果表明：采用灰色GM（1，n）模型预测结果与实际测量平均相对误差为10.17%，采用BP神经网络预测与实测结果平均相对误差为5.19%，优于灰色GM（1，n）预测，能起到提高热误差预测精度的作用。

    主轴系统是数控机床的重要功能部件，其运行状态直接影响机床的可靠性与加工精度。为了实现状态实时监测、故障预警和维修策略优化，针对加工中心主轴系统，设计了状态监测方案，研制和搭建了加工中心状态监测平台的硬件系统和软件系统。集成小波降噪方法和经验模态分解– 支持向量机（EMD–SVM）算法对采集信号处理与分析，实现加工中心主轴系统的状态实时监测，进而对主轴系统典型故障状态进行识别与诊断。基于研制的加工中心主轴状态监测系统，进行了主轴系统皮带松动故障监测试验分析，验证其对主轴系统的典型故障状态识别的准确度。

    以实现复杂零部件快速增材和高精度减材的复合加工为目的，开发了五轴联动增减材混合加工中心。在此基础上阐述机床增材与减材的设计开发过程及增减材集成控制原理，分析机床整体精度的控制方法，进行了相关增减材试验。采用航空发动机叶轮和五轴机床验收标准中的圆锥台试件做减材试切加工，针对叶轮叶片及S 试件进行增材加工的工艺算法优化和对应的增材试验，初步得到了较符合预期的加工效果。

    精密制造技术作为装备制造业中的关键技术，长期以来被世界各国列为产品研发和技术应用的重点。精密制造技术航空科技重点实验室依托于北京航空精密机械研究所，以国家重点工程与型号的任务需求为牵引，紧密围绕航空武器装备的科研与生产任务，长期从事精密/ 超精密加工、精密测量、智能制造等基础及应用基础研究，为我国多个型号航空武器装备的研制、生产与发展做出了很大贡献，并且创造出了显著的经济与社会效益。

    通过设计不同磨削工艺参数组合，研究了定向凝固高温合金IC10在缓进给磨削过程中表面完整性的变化，分析了IC10合金在缓进磨削过程中工艺参数对磨削表面粗糙度、显微硬度、三维形貌、显微组织的影响规律。研究表明：IC10合金在缓进给磨削过程中，当砂轮线速度v_s在15~20m/s之间变化，工件进给速度v_w不大于200mm/min，磨削深度a_p不超过0.5mm时，可以获得较好的表面质量。另外，IC10在缓进给磨削过程中会产生较严重的加工硬化现象，硬化程度最大可达26.9%，最大硬化层深度可以达到230μm。同时，IC10 在缓进磨削过程中沿磨削深度方向上会产生表面白层和塑性变形层，其深度分别在0.24~3.2μm 和0.48~3.8μm 之间变化。

    为了减少铝合金激光焊接内部气孔，提升焊缝质量，采用摆动的光纤激光对6mm–5083 铝合金锁底对接接头进行摆动激光–MIG 复合焊接。研究了摆动激光束的频率、振幅对焊缝内部气孔数量和熔深的影响，并采用正交试验研究了激光功率、焊接速度、焊接电流、摆动频率对焊缝内部质量的影响，获取了最优参数，进而分析了最优参数下焊缝的微观组织及力学性能。试验结果表明，激光束摆动频率及振幅的提升均有助于消除气孔缺欠，各因素对气孔率的影响大小依次为光束摆动频率、焊接电流、焊接速度、激光功率，当采用功率6400W、焊接电流136A、焊接速度28mm/s、摆动频率240Hz、摆动振幅1.5mm 的参数焊接6mm–5083 铝合金时，焊缝内部无明显气孔，接头平均硬度为70.4HV，焊缝强度278MPa，达到母材91.9%。

    超弹性钛镍合金用于制造航空航天功能性器件，采用选区激光熔化成形方法可显著提高功能性器件设计和制造的自由度与复杂度。通过对选区激光熔化成形后的试样进行微观组织特征和超弹性行为分析，研究了材料在不同加载工况下的超弹性性能。研究结果表明：在20 次循环试验中，超弹性行为表现优异且具有>6% 应变范围的相变平台，马氏体相变开始与结束应力出现约4MPa 的小幅衰减，相变应力稳定，累积残余应变仅为1.8% ；随着应变幅值的增加，合金变形过程中消耗的能量值从23N · mm 增至156N · mm，耗能值与应变幅值成线性增长关系；在不同应变速率下，合金的超弹性行为未发生明显变化。不同加载工况下，选区激光熔化成形的钛镍合金与传统方式制造的钛镍合金相比，超弹性行为表现得更加稳定，利于制造性能稳定的功能性器件。

    飞机蒙皮零件具有外形复杂、尺寸大、刚性小、加工难度大等特点，近年来出现的蒙皮镜像铣技术可以实现蒙皮零件的高精度绿色加工。由于蒙皮毛坯存在成形误差，且其刚度小，装夹力和毛坯自身的重力也会引起变形，导致其实际型面与设计型面会存在一定的偏差。针对以上问题，提出了基于快速扫描的飞机大型蒙皮自适应加工技术，即通过在机激光扫描快速获取蒙皮实际型面，然后基于特征映射移植加工程序，快速生成适用于实际型面的加工程序的技术，并已将该技术成功运用于实际生产。所提出的自适应加工技术解决了蒙皮镜像铣技术的关键难题，能够高效生成加工程序并满足蒙皮零件的厚度精度和外形精度要求，有效提升了蒙皮的生产效率，为国产大飞机量产奠定了技术基础。

    鉴于国内航空产业迅猛发展前景，不断研究飞机结构件的高效加工工艺方法是提升企业竞争力的重要手段之一。针对预拉伸板类典型飞机结构件加工，提出了基于嵌入式和单元式的反拉工装设计方案，总结了此类方案的高效工艺方案，并对典型零件进行了加工验证，试验结果显示：反拉类通用工装在工装管理、装夹效率等方面都体现
出了一定的优势，在航空结构件的加工中具有非常好的推广应用价值。

    三维激光自动扫描系统可以快速获取零件表面信息，提高扫描系统的测量精度可以进一步提高系统性能。针对扫描精度问题，对扫描系统的测量误差进行了分析和评估，在试验中使用的扫描系统由机器人和商业三维激光扫描仪T–Scan组成，这种商业三维激光扫描仪的基本原理是激光三角法，测量误差受到扫描位姿的影响。将T–Scan的扫描位姿分解为扫描深度、俯仰角和偏转角，通过控制变量试验研究了扫描位姿对随机误差和系统误差的影响。试验结果显示，扫描结果的随机误差远小于系统误差，系统误差与扫描深度和俯仰角呈双线性关系。根据试验结果建立了系统误差的预测模型，通过模型预测的系统误差与实际试验结果的偏差最大为26μm，该预测模型是优化扫描轨迹从而提高测量精度的前提条件。