机器人加工是航天复杂舱段内腔加工的有效手段。针对部分狭窄深腔舱段的加工需求，需在机器人末端附加延长杆以提升操作可达性。然而，延长杆在拓展加工覆盖范围的同时，会增大系统动柔度，极易引发加工颤振，进而影响加工质量与效率。为此，本文提出一种变频可调式调谐质量阻尼器（Tuned mass damper，TMD）的结构设计与参数优化方法，建立了集成调谐质量阻尼器与机器人加工系统的动力学模型。该方法基于偏心曲柄滑块机构实现频率可调，根据电涡流阻尼原理完成阻尼参数调控。进一步开展机器人加工系统动柔度控制试验，结果表明，本文所提方法可使末端动柔度峰值降低67.8%，显著提升加工稳定性边界。

飞机蒙皮作为飞机关键结构部件，表面缺陷直接影响飞机整体结构性能和隐身性能。本文提出一种基于RT-DETR 模型的深度学习检测网络，以提升飞机蒙皮缺陷检测的准确性与鲁棒性。针对缺陷多尺度、形态多变，以及分布复杂的问题，设计多项创新技术予以优化。特征提取阶段引入多级卷积块（Multilevel convolution blocks，MCB），通过多层次卷积操作强化不同尺度特征的判别性，有效捕捉各层次细节信息；特征融合阶段采用多尺度特征增强（Multiscale feature enhancement，MSFE）模块，通过多尺寸深度卷积核构建上下文信息，提升网络对多尺度缺陷特征的鲁棒性与适应性；回归阶段引入形状感知（Shape-IoU）优化模块，通过优化边界框与缺陷轮廓的匹配度，显著提升检测结果的精确度。试验结果显示，所提出的检测网络在Aircraft 数据集上的mAP@0.5 达94.8%，较原RTDETR模型提升12.7% ；在NEU-DET 测试集上的mAP@0.5 为92.5%。上述结果验证了该模型在提升飞机蒙皮缺陷检测精度与泛化能力方面的有效性。

重载工业机器人因其可达空间大、工作位形灵活等特点，在机械加工领域的应用日趋广泛。然而，刚度特性导致加工时极易产生颤振，严重制约了其应用发展。基于高精度动力学建模的颤振预测及各类主被动颤振抑制技术研究，对于实现无颤振加工有重要意义。系统综述了国内外重载机器人加工系统动力学领域的研究进展：介绍了重载机器人动态特性建模与预测方法；深入分析了铣削过程动力学模型及其求解方法，阐明了颤振机理、影响因素及动态行为变化规律；分别介绍了颤振在线监测技术与综合抑制策略，评估了不同方法的特点、适用场合及优劣；最后，基于上述分析进行总结，并展望了未来研究的关键方向。

针对超声滚压表面强化技术在航空航天领域中的重要应用价值，利用现有的机器人超声滚压设备，自主搭建了一套基于多传感器融合的加工监控系统，实时采集分析加工过程中的物理信号。探讨了物理信号与加工状态之间的关联，开发了多传感器融合的信号处理与特征提取方法，解决了信号同步问题。利用时频域分析方法提取信号特征，并进行特征选择与降维。利用机器学习模型实现了对超声滚压加工表面质量的智能预测分析，使用粒子群优化（PSO）和网格搜索（Grid search）调整了支持向量机（SVM）、随机森林（RF）及多层感知机（MLP）等机器学习模型的超参数，进而预测加工后零件的表面性能。结果显示，表面粗糙度的区间预测准确率达到91.4%，表面硬度和残余应力的平均相对误差分别为10.82% 和11.99%。

随着智能化技术快速发展，生产线的全过程智能化程度决定了航空制造生产效率，航空制造中待焊接零件完备性的检测对零件的质量与安全性有着重要的影响。目前，焊接件完备性检测主要依靠人工检测和传感器检测。然而，当检测的目标过于细小，同种类的零件区分度不够高时，传统方法易出现误检和漏检。本文提出了一种在数字孪生环境下基于改进Mask R-CNN 的焊接零件完备性检测方法。利用数字孪生技术解决缺陷数据或危险区域数据难以获取的问题。采用Swin transformer 网络替换Mask R-CNN 的主干网络。为解决Swin transformer 引起模型参数量增加的问题，使用深度可分离卷积代替网络中的原始卷积，减少参数量和计算量。试验表明，改进后Mask R-CNN 的mAP 提升了14.7 个百分点，解决了同种类细微差别焊接零件检测困难的问题。

电弧增材制造（Wire arc additive manufacturing，WAAM）具有快速成形与适于轻量化设计的优点，在航天器关键零件制造上具有巨大潜力。针对WAAM 在生产过程中可能产生各种缺陷的问题，对WAAM 过程异常检测进行研究，提出了一种改进残差深度时序卷积网络（Improved residual deep temporal convolutional network，IRDTCN）结合基于残差增强的轻量注意力机制（Residual-enhanced lightweight attention，RELA）模块的声电信号跨模态融合无监督异常检测方法。由于WAAM 工作条件复杂，单一信号源的检测能力较为有限，因此采用基于跨模态关系分析的声电信号小波特征融合方法，结合IRD-TCN 与RELA 分析两种传感数据之间的关联变化，实现理想的检测效果。最终试验所得出的精确率、召回率、F1-score 分别达到了98.37%、97.73% 和98.10%，解决了传统数据融合
方式在WAAM 过程异常识别中准确性与鲁棒性不足的问题。

为研究加工误差产生的配合间隙对碳纤维复合材料螺栓接头性能的影响，提出了一种自上而下的多尺度分析方法。首先，建立三维渐进损伤模型，分析接头的宏观力学响应及损伤机制，并将宏观应变传递至代表性体积单元（RVE）模型中，进一步探讨了微观尺度下的裂纹起始与扩展过程。通过5 组试验验证了数值模型的准确性。结果表明，间隙量与接头承载强度之间呈非线性关系，且当间隙量为1.56% 时，接头的承载强度下降最显著，降幅达到7.9%。此外，间隙配合导致孔壁的应力分布不均匀，进而显著降低接头刚度，在间隙量为3.08% 时，接头刚度下降了22.1%。研究还发现，基体裂纹的起始位置主要集中在纤维分布密度较大的区域，而树脂含量较高的区域对裂纹的扩展具有一定抑制作用。研究结果为复合材料螺栓接头的设计与装配提供了重要的理论依据和试验指导。

为实现复合材料预制体单边缝合（OSS）线迹的稳定成型，避免OSS 装置在缝合预制体过程中出现丢环、误勾及线迹成型不稳定的现象，对原有的OSS工艺进行改进，增加了一个能够实现线迹稳定成型的拨线机构，建立拨线机构的数学模型，对拨线机构末端执行机构的轨迹进行仿真分析，证明了拨线机构设计的合理性。对OSS 装置各机构的工作原理进行分析，通过确定挑线、引线、勾线与拨线机构的曲柄转角间相位差，对OSS装置4 个机构的配合关系进行分析和规划，建立各机构的运动循环图，为OSS 装置的调试奠定了理论基础。最后，针对不同厚度、针距、缝合速度进行了多组OSS对照试验，线迹成环率达到100%。试验结果验证了动作规划的合理性与有效性，提高了OSS 线迹的稳定性，从而保证了复合材料预制体缝合质量的一致性。

面向碳纤维复合材料叠层结构快速、精确的制孔需求，开发机器人制孔系统，研究机器人制孔工艺技术，优化工艺参数。测量CFRP/CFRP与CFRP/Al叠层结构制孔切削力，分析压紧力对制孔轴向力的影响，获取压紧力的最佳范围。分析制孔过程中的作用力变化特征，研究CFRP/CFRP与CFRP/Al 叠层结构制孔质量随切削条件的变化规律。对装配质量影响较大的孔径精度、圆柱度以及叠层结构孔径一致性作为制孔质量的评价指标，分析机器人制孔工艺参数对CFRP/CFRP与CFRP/Al叠层结构制孔质量的影响规律。试验结果表明，机器人制孔技术满足碳纤维复合材料叠层结构制孔质量要求，根据制孔质量随工艺参数的变化规律推荐使用三尖钻制孔时，CFRP/CFRP叠层结构的工艺参数范围为主轴转速6000~10000 r/min、进给量0.02~0.06 mm/r ；CFRP/Al 叠层结构的制孔工艺参数范围为主轴转速4000~6000 r/min、进给量0.06~0.08 mm/r，在所选工艺参数范围内CFRP/CFRP 和CFRP/Al 叠层结构机器人制孔分别能达到H7和H8级孔径精度。

弱刚性薄壁构件具有优异的轻量化性能，在航空航天等领域应用广泛，但其铣削过程极易诱发颤振，严重影响加工质量和效率。现有模型多聚焦于系统动力学特性，未考虑由工件不同切削位置及加工参数共同作用下，切削力引发的工件– 刀具弹性变形对径向切深造成的动态时变影响。针对此问题，提出一种考虑加工弹性变形效应的弱刚性薄壁构件铣削稳定性时变预测方法。首先，建立了基于刚度矩阵重构和生死单元法的高效连续加工弹性变形迭代预测模型，实现沿刀具轨迹变形量的快速计算与切削参数动态更新；其次，构建了耦合弹性变形效应的刀具– 工件多点接触铣削动力学模型，揭示了时变动力学耦合机制；再次，开发了基于扩展Newton – Cotes 规则（O（τ⁷））的高精度高效求解算法，显著提升了复杂动力学模型的求解效率；最终，通过系统铣削试验验证了所提方法在加工稳定域预测上的准确性和高效性。研究结果表明，该方法能有效预测考虑变形影响的稳定切削参数域，为弱刚性薄壁构件的高效高质加工提供理论支撑。

采用超高转速等离子旋转电极法（Supreme-speed plasma rotating electrode process，SS-PREP）和氩气雾化法（Argon atomization，AA）制备了球形EP741NP 合金粉末，对比研究了两种制粉方法对粉末特性的影响。结果表明，采用SS-PREP 法制备的EP741NP 合金粉末形貌更加规则，空心粉和异形粉含量更低，在氧增量、球形度及流动性等物理性能方面具有明显优势，但粉末粒径较大；AA 法制备粉末中不规则颗粒较多，粉末颗粒表面有较多卫星粉，部分粉末之间存在粘连。SS-PREP 法制备的EP741NP 合金粉末颗粒表面为典型枝晶组织，且呈放射状生长；AA 法制备的粉末颗粒表面组织不清晰，局部可观察到少量枝晶，粉末中存在较多空心粉颗粒以及个别组织异常粉末，空心粉内部孔洞被完全封闭，孔洞内部并非光滑表面，呈棉絮状且形状不规则，主要是由于雾化气体的冲击导致液膜破碎不完全，雾化气体被裹入，在袋状液膜闭合前，内部雾化气体没有逸出，进而形成空心粉。在室温、650 ℃和750 ℃测试
条件下，SS-PREP 和AA 两种不同方法制备的EP741NP 合金拉伸性能均表现出相同的规律，SS-PREP 法粉末的拉伸强度和屈服强度优于AA 法粉末。

为解决铸造行业在复杂新零件研发中因设计经验不足导致的设计周期长、验证成本高等问题，本研究提出了一种面向智能设计辅助的铸造零件相似性度量方法。该方法构建了基于权重自适应分配的多特征融合框架，通过与历史零件库中已经过生产验证的成熟案例进行高效比对，为新零件设计提供决策参考。该方法利用Python 实现了多维特征融合，集成三维点云采样、零件空间切片、KD 树构建等特征预处理方法，以及余弦距离、表面法向量匹配等相似度评估方法，显著提高了相似性计算的效果和效率。试验结果表明，本研究的示例零件以自适应权重来控制各特征提取比重，当余弦相似度、KD 树相似度、切片相似度和法向量的加权值依次为0.2、0.15、0.4、0.25 时，零件最优相似度可达到81.25%，显著优于任何单一特征度量。将该算法集成至三维设计软件并经过实例验证，证明其能够快速、精准地检索并推荐相似零件及其模具结构，为铸件设计提供可靠的参考，从而减少重复设计环节，缩短研发周期并降低验证成本。

铝基复合材料（SiC_p/Al）凭借高比强度、优异耐磨性、良好热稳定性及可调控性等优势，已成为航空航天、轨道交通等高技术领域的关键结构材料。然而，其高硬质颗粒增强相的存在，给加工刀具带来了严峻挑战。本研究针对SiC_p/Al 复合材料的高效加工需求，系统对比了聚晶金刚石（PCD）与聚晶立方氮化硼（PCBN）两种超硬刀具在不同切削参数下的切削特性差异，包括切削力、切削温度等过程参量在不同切削参数条件下的对比，以及刀具寿命与刀具磨损形貌的分析，全面评估了两类刀具的切削性能与失效机理。研究证明，PCD刀具凭借高导热性和低摩擦特性，在不同切削速度和高进给条件下具有更低的切削力和切削温度；在高效切削工艺参数（切削速度v_c = 250 m/min，每齿进给量f_z=0.1 mm/z）条件下，切削距离达2100 mm 时，PCD 刀具的磨损量显著低于PCBN 刀具，其抗磨损能力提高了61.80%。PCBN 刀具以磨粒磨损和随机脆性剥落为主，伴随扩散磨损，而PCD 刀具以黏结磨损和均匀微崩为主，磨粒磨损程度较轻。本研究为优化SiC_p/Al 复合材料的高效精密加工工艺提供了理论和实践依据。