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本發(fā)明提供一種基于超精密球頭銑刀加工的工件三維表面形貌建模及仿真方法，首先提取影響仿真三維表面形貌生成的刀位點，根據提取刀位點并結合刀具在加工過程中的運動學模型建立刀刃掃掠點云模型，然后設定仿真區(qū)域范圍內三維表面形貌采樣點，最終形成仿真區(qū)域內工件三維表面形貌。本發(fā)明建立了刀具參數、加工策略、加工參數與工件三維表面形貌的關系，能夠清晰地表征超精密加工條件下的三維表面形貌，進而可實現(xiàn)基于工件三維表面形貌的工藝參數優(yōu)化。

我國是世界上最大的植物油料加工和消費國，總量近 1.5 億噸，在國家食品安全體系中舉足輕重。植物油料加工長期以來以壓榨法和浸出法制油、堿溶酸沉制蛋白、化學精煉油脂為技術主線，普遍存在：1）加工條件劇烈、能耗高、溶劑殘留、環(huán)境污染；2）蛋白功能性差、組分高值化利用率低；3）生物精煉連續(xù)性差、附加值低等共性關鍵問題。本項目在國家自然科學基金重點項目、國家“863 計劃”、國家科技支撐計劃等重大項目支持下，歷經 13 年持續(xù)攻關，以現(xiàn)代生物技術為手段，突破植物油料生物解離關鍵技術為核心、組合發(fā)明生物解離產物及油脂的高值化利用成套技術，形成了植物油料全產業(yè)鏈新一代加工技術體系。 項目已獲授權發(fā)明專利 45 件，申請國際專利（PCT）3 件，出版著作 10 部，發(fā)表相關論文 205 篇（SCI/EI106 篇），主持制定或參與國家、行業(yè)標準 10 項。項目已獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)明一等獎、中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)業(yè)成果一等獎、黑龍江省技術發(fā)明一等獎、中國食品科學技術學會技術發(fā)明一等獎等省部級以上科技獎勵 14 項。 項目技術主要用于生產有機大豆油脂、大豆蛋白肽以及大豆膳食纖維等產品，項目目前已通過中試實驗。項目計劃投資預計 2 億元，建設規(guī)模為加工原料豆 20000 噸/年，項目達產后預計年銷售額為 3.6 億元人民幣。通過該項目的實施，將打破了國外在高端油脂和蛋白產品生產上的技術壟斷，增強了企業(yè)的核心競爭力。

研究領域(1)CAD/CAM及RPM相關技術：包括功能性梯度材料/生物醫(yī)學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)面向功能構件數字化制造的設計，網絡制造技術，功能構件的拓撲優(yōu)化設計理論與方法；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優(yōu)化；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態(tài)精度設計：包括高速精密加工工藝系統(tǒng)動力學建模與仿真等。科研成果及簡介科研成果：(1)國家自然科學基金項目（59505005），“數控加工自適應刀具軌跡規(guī)劃及動力學行為的研究”．1996年1月～1998年12月。完成人：張大衛(wèi)、黃田、倪雁冰、周立華、馮志勇、徐安平、閻兵。1998年12月結題，國際先進。(2)河北省科技攻關計劃項目，“基于網絡的新產品快速開發(fā)系統(tǒng)”． 完成人：檀潤華、徐安平、段國林、梁艷紅、張瑞紅、劉力松、孫立新、苑彩云、曲云霞。2001年6月鑒定，國際先進。2002年獲河北省科技進步三等獎。(3)河北省自然科學基金項目，基于汽車減振器新型數學模型的汽車乘座動力學系統(tǒng)參數設計．完成人：檀潤華、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(4)河北省博士基金項目，汽車非線性乘座動力學專用仿真軟件開發(fā)．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(5)天津市自然科學基金項目，汽車非線性乘座動力學關鍵技術研究．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(6)河北省自然基金項目（500050，5萬），三維布局問題建模及其求解方法的研究．完成人：段國林、張健楠、蔡瑾、王彩紅、何樹田、徐安平、張滿囤。2003年3月通過河北省科技廳鑒定，國際先進。(7)河北省教育廳計劃項目（2000209，2萬），二維不規(guī)則形狀自動布局系統(tǒng)的研究開發(fā)．完成人：段國林、王彩紅、徐安平、張健楠、張滿囤、孟憲春。2003年3月通過河北省教育廳鑒定，國際先進）(8)國家教育部高等學校骨干教師資助項目，快速原型件網上訂貨系統(tǒng)研究．完成人：檀潤華、梁艷紅、段國林、苑彩云、張瑞紅、徐安平、孫立新、劉力松、王永山。2000年1月——2001年12月。已結題。(9)天津市科委計劃項目，“基于MDT環(huán)境的內嵌式RP數據處理軟件的研制”．課題組成員：徐安平、檀潤華、劉玉山、曲云霞、劉力松、陳青果、金艷麗。2001.1 ~ 2003.12.（1.5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(10)天津市科委計劃項目，“RP技術在新產品開發(fā)過程中的應用”．課題組成員：段國林、徐安平、劉力松。2001.1 ~ 2003.12.（5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(11)河北省自然科學基金項目（500046），“數控環(huán)境下動態(tài)銑削過程物理仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.3 ~ 2003.3. （3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(12)河北省教育廳博士基金項目，“數控環(huán)境下動態(tài)銑削過程仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.1 ~ 2003.3.（3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(13)國家自然科學基金項目（50175025），“進化過程驅動的產品概念設計模型研究”．課題組成員：檀潤華、段國林、徐安平、馬建紅、張瑞紅、苑彩云、王永山、姜屏。2001~2003,（7萬），2003年3月結題。(14)天津市自然科學基金項目（023603411），“組合夾具CAD中關鍵技術的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰(zhàn)委。2002.6 ~ 2004.6（6萬），2005年7月3日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(15)河北省自然科學基金項目（502047），“組合夾具計算機輔助構形設計中基于案例的推理方法的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰(zhàn)委。2002.1 ~ 2005.1.（6萬），2005年7月16日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進。(16)天津市自然科學基金項目（023605411），“MDT環(huán)境下RP數據處理及設備驅動程序的研究與開發(fā)”．課題組成員：徐安平、曲云霞、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2002.6 ~ 2005.6（6萬），2005年8月6日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(17)河北省優(yōu)秀專家留學基金項目，“選擇性金屬粉末直接燒結快速成形工藝關鍵技術及設備研究”．項目負責人：徐安平。2002.1 ~ 2004.12（8萬），已完成。(18)河北工業(yè)大學“十五211”工程項目，“功能梯度實體快速制作機”．項目負責人：徐安平。2005.1 ~ 2005.12（20萬），已通過驗收。(19)河北省教育廳計劃項目, “基于RP的新產品快速開發(fā)系統(tǒng)”．課題組成員：段國林、徐安平、李翠玉、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2001~2003（20萬），已完成。(20)國家863計劃項目（2002AA415300），“自主版權三維CAD和ERP軟件在離散型中小企業(yè)的應用研究”．課題組成員：檀潤華、李向東，徐安平等。（50萬），2005年11月通過科技部驗收。(21)美國國家科學基金（NSF）項目（DMI-0218169），“Dental Restorations via Multi-Material Solid Freeform Fabrication”．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, Jiwen Wang, Xiaoxue Li et al.(22)美國國家科學基金（NSF）項目（CBET-0930365），“Functionally Graded Orthopedic Implants via the Slurry Mixing and Dispensing Process．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, et al.(23)天津市自然科學基金資助項目（043603111），“多坐標高速銑削集成仿真系統(tǒng)研究”．完成人：閻兵，徐安平等。（6萬），2007年11月通過天津市科委驗收。(24)河北省自然科學基金資助項目（E2004000052），“CAD模型直接驅動的桌面立體打印設備驅動原理及實現(xiàn)方法研究”．完成人：徐安平，牛亞松，付建華，曲云霞等。（7萬），2008年1月31日通過河北省科技廳組織的專家鑒定，國際先進水平。(25)河北省自然科學基金資助項目（E2006000039），“場信息驅動的復雜功能梯度實體建模理論及數字化制造關鍵技術研究”．完成人：徐安平，朱東彬，曲云霞等。（5萬），2010年5月結題。獲獎與專利 專利：(1)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發(fā)明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)徐安平，汪建明，朱東彬，曲云霞．一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)徐安平，朱東彬，郭彬，曲云霞．一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造方法及設備．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請?zhí)枺?01120341665.0，申請日：2011年9月13日．軟件著作權：(1)現(xiàn)代集成快速原型系統(tǒng)(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．著作權人：徐安平、劉玉山、陳青果、侯紅葉、高艷平、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(2)現(xiàn)代集成快速原型系統(tǒng)(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．著作權人：徐安平、牛亞松、劉玉山、陳青果、侯紅葉、宋麗、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(3)非均質實體造型系統(tǒng)（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．著作權人：徐安平、紀振鵬、曲云霞、趙競雄、劉志華．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(4)銑削過程物理仿真系統(tǒng)（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．著作權人：徐安平、曲云霞、孫明達．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(5)STL模型缺陷檢測與修復系統(tǒng)（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．著作權人：徐安平、張蕊、曲云霞、朱東彬．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(6)銑削過程物理仿真系統(tǒng)（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．著作權人：徐安平、張大衛(wèi)、張學中、靳紅偉、韓喜峰、常寧、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(7)基于Web的博碩士學位論文管理系統(tǒng)（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．著作權人：張滿囤、徐安平、韓冬冬、張金鐲、王智琦、王麗、邊彬彬．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(8)基于Web的圖書館學科聯(lián)絡館員信息服務管理系統(tǒng)（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．著作權人：徐安平、王智琦．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可轉讓項目(1)一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發(fā)明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)一種非均質實體的制造方法及設備．國家發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請?zhí)枺?01120341665.0，申請日：2011年9月13日．(7)現(xiàn)代集成快速原型系統(tǒng)(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(8)現(xiàn)代集成快速原型系統(tǒng)(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(9)非均質實體造型系統(tǒng)（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(10)銑削過程物理仿真系統(tǒng)（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(11)STL模型缺陷檢測與修復系統(tǒng)（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(12)銑削過程物理仿真系統(tǒng)（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(13)基于Web的博碩士學位論文管理系統(tǒng)（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(14)基于Web的圖書館學科聯(lián)絡館員信息服務管理系統(tǒng)（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可承擔（合作開發(fā)）科研項目與技術合作(1)CAD/CAM軟件開發(fā)，RPM相關技術開發(fā)：包括功能性梯度材料/生物醫(yī)學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)功能材料或構件的數字化設計與制造技術開發(fā)，網絡制造技術開發(fā)；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優(yōu)化技術；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態(tài)精度設計。

本發(fā)明公開了一種數控加工狀態(tài)自學習的刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)，結構為：刀具磨損規(guī)律學習庫存儲刀具學習磨損規(guī)律；數據獲取與判斷模塊將伺服驅動電流數字信號提供給數據處理模塊，進行格式轉換并保存為監(jiān)控電流信號；特征提取與選擇模塊選擇與刀具磨損強相的信號特征；擬合預測趨勢曲線模塊建立信號特征與刀具加工壽命關系曲線；刀具磨損規(guī)律模塊從刀具磨損規(guī)律學習庫中獲得刀具學習磨損規(guī)律；將趨勢信號特征帶入刀具學習磨損規(guī)律中得出刀具磨損量；刀具磨損補償及換刀模塊根據刀具磨損量作出刀具磨損補償及換刀決策，提供給數控系統(tǒng)接口輸入模塊。

本發(fā)明公開了一種多軸加工系統(tǒng)相對動剛度的獲取方法，包括如下步驟：(1)根據多軸加工系統(tǒng)的工作范圍建立其刀尖點可達姿態(tài)的工作空間，并將該工作空間離散化，即對每個軸的行程，均用一系列離散點表示；(2)對于任一離散點，建立其對應的多軸加工系統(tǒng)的動力學模型；(3)計算該離散點對應的相對動剛度矩陣 KD。本發(fā)明還公開了上述獲取方法在加工系統(tǒng)性能評價中的應用。本發(fā)明綜合考慮了機床本身結構、刀具和工件的動剛度特性及其相互耦合關系，能夠準確表征多軸加工系統(tǒng)在工作空間中的相對動剛度分布規(guī)律。

本項目主要為企業(yè)提供機械裝備關鍵零部件的修復和加工工藝等關鍵技術， 通過激光熔覆、熱噴涂等技術優(yōu)化了再制造產品修復的工藝參數，提高修復層 的性能，實現(xiàn)修復層的精密低應力平整化加工，提高修復產品的表面質量，形 成薄壁、弱剛性零件輔助加固高效高精度加工技術，降低加工過程中產生的振 動，避免出現(xiàn)加工變形，為企業(yè)進行機械產品再制造提供技術支持。

激光核聚變裝置、衛(wèi)星用光學系統(tǒng)、大型天文望遠鏡等國家重大工程及國防尖端技術對高精度大口徑光學非球面元件（Φ400mm以上）有極大的需求。該類元件屬于硬脆性難加工材料，對非球面表面加工精度的要求也相當高，當前國內精密超精密加工技術及裝備與國外相比仍然存在階段性差距，技術整體水平落后于發(fā)達工業(yè)國家。 針對國家對高精度大口徑非球面光學元件的重大需求，西安交通大學聯(lián)合國內超精密加工領域的優(yōu)勢單位秦川機床、哈爾濱工業(yè)大學、北京空間機電研究所、廈門大學和蘇州大學，首次采用階梯梁結構成功研制出了國內首臺1500mm非球面超精密車磨復合加工機床，實現(xiàn)了典型加工件（Φ400mm以上）的面型精度優(yōu)于5μm（PV），粗糙度小于10nm（RMS），同時研制出了1500mm大尺寸工件等應力支撐夾具和高精度工作轉臺（軸跳和徑跳均為0.3μm），開發(fā)了測量范圍可達1000mm的大尺寸非球面測量裝置，重復測量精度1μm。

已有樣品/n傳統(tǒng)蛋制品現(xiàn)代加工技術與裝備研發(fā)及產業(yè)提升示范。　　成果簡介：研究皮蛋腌制中多種金屬離子作用機理，發(fā)現(xiàn)蛋殼“腐蝕孔現(xiàn)象”與蛋清蛋白質堿解聚與凝膠調控分子機制，揭示蛋清膠體流變學特征，得出腌液對蛋白、蛋黃物性參數的影響，探明不同銅、鋅、鐵及錳鹽在加工中作用差異；找到銅鋅復合鹽代鉛及其比例、用量與生產規(guī)律，建立“無鉛低銅工藝”技術，銅含量降低29.7%，改變長期使用氧化鉛的現(xiàn)狀。研制出多種安全涂膜劑與包裝方式，構建離子色譜法檢測殘留量方法，改變包泥裹糠的傳統(tǒng)方法。　　應用前景：在全國1000

電解加工利用電化學過程的陽極溶解原理并借助預先成型的陰極將工件按照一定的形狀和尺寸加工成型的工藝方法，具有工具無損耗、加工效率高、不受金屬材料力學性能限制、成本低等優(yōu)勢特點。由于電解加工過程中材料去除過程是以尺寸極其微小的金屬離子形式進行的，因此電解加工不僅用于常規(guī)尺寸零件的加工，而且在微納制造領域具有很大發(fā)展?jié)摿Α?本成果針對群縫、群孔等結構零件的傳統(tǒng)加工中存在的加工效率低、成本高、表面質量不理想等問題，提出了零部件群縫（槽）、群孔（坑）復雜結構的整體電解加工方法，并研制出相應的電