答辩博士：向兵飞
指导老师：李迎光教授/博导
论文题目：飞机大型蒙皮镜像铣加工关键技术
答辩委员会：
主席：李东波 教授/博导 南京理工大学
委员：李小平 教授/博导 东南大学
赵建平 教授/博导 南京工业大学
康晓军 研究员 江西洪都航空工业集团有限公司
周来水 教授/博导 南京航空航天大学
张丽艳 教授/博导 南京航空航天大学
李迎光 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：许可 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2020年12月09日10：00
答辩地点：南京航空航天大学明故宫校区6号楼201室
学位论文简介：
蒙皮构成了飞机外形，其加工质量和效率直接影响飞机性能和研制周期。国产大型客机为追求更高性能，采用更先进的气动布局，蒙皮零件尺寸更大、形状更复杂、精度要求更高。镜像铣通过刀具和支撑的同步镜像运动，能实现等壁厚加工，是大型复杂蒙皮零件加工的主流趋势。已有的镜像铣工艺方法难以解决蒙皮几何特征复杂和毛坯形状不稳定带来的工艺效率和加工精度低下的难题，成为制约大型客机研制的重要技术瓶颈。针对蒙皮镜像铣高精高效加工工艺难题，本文对蒙皮镜像铣编程、型面检测、刀轨移植等加工关键技术进行了深入研究，论文主要工作如下：
（1）针对蒙皮几何特征复杂以及镜像铣等步距、无交叉、无抬刀、无残留等工艺约束带来的数控编程难题，提出了图像驱动的镜像铣数控编程方法，建立了驱动几何以及刀轨几何信息的图像表征，利用图像中轴外偏生成初始环切刀轨，并基于图像变形实现刀轨整体迭代优化，将多约束刀轨整体优化编程难题转化为等效的图像操作加以解决。与现有方法相比，本文方法生成的刀轨满足镜像铣工艺约束条件，同时提高加工效率20%以上。
（2）针对大型蒙皮曲面由于毛坯形状不稳定带来的在机测量需求，提出了多源融合式蒙皮型面原位检测方法，建立了高精度接触式测量数据与低精度激光测量数据之间的关联关系，分析了多测量源下系统误差和随机误差的对数据融合结果产生的影响，给出了基于加权残差逼近和基于Stacking的测量误差消减方法，实现了蒙皮型面的高精高效在机测量。与已有接触式检测方法相比，本文方法在检测精度达标的前提下，提高检测效率2.5倍以上。
（3）针对蒙皮镜像铣刀具轨迹高精高效移植难题，研究了基于曲面误差分区的镜像铣刀轨自适应移植技术，提出了实际型面和理论型面的三种误差区域类型定义及分区方法，给出了基于曲面误差分布的三种刀轨移植策略以及混合误差区域的处理方法。与单一移植策略相比，采用本文方法得到的零件壁厚误差控制在±0.1mm以内，外形误差符合检验模板要求，满足设计精度要求；与刀轨重算法相比，本文的刀轨移植方法提高工艺准备效率10倍以上。
（4）基于以上研究，开发了蒙皮镜像铣离线编程与自适应加工系统，并成功应用于C919客机大型蒙皮的研制和生产。测试结果表明，大型蒙皮整体制造效率提高2倍以上，其中编程效率提升4倍以上，蒙皮检测效率提升2倍以上，程序移植效率提升20倍以上，加工效率提升20%以上，加工精度满足C919蒙皮设计要求。
主要创新点：
（1）提出了图像驱动的镜像铣数控编程方法，建立了驱动几何以及刀轨几何信息的图像表征，实现了蒙皮镜像铣削自动高效离线编程与多目标整体优化；
（2）提出了多源融合式原位测量方法，建立了激光与探针多源融合和蒙皮曲面测量系统，实现了大型蒙皮型面的快速精确测量；
（3）研究了基于曲面误差分区的加工刀轨自适应移植方法，提出了实际扫描面和原始理论面的三种误差区域类型定义和相应的分区方法，实现了蒙皮复杂变形状态下的自适应加工；
（4）开发了飞机大型蒙皮镜像铣离线编程系统和蒙皮镜像铣自适应加工系统，并进行了应用验证。
