4 500m载人潜水器作为国家863计划重大项目之一，是我国自主设计并制造的深海资源探测及救援工具。潜水器的核心部件载人舱球壳，材料为TC4钛合金，其毛坯分为上、下两个半球冲压而成，完成机械加工后，最终将两个半球焊接成一个整体圆球。

半球毛坯由一块TC4钛合金圆板冲压而成，受冲压工艺、板材材质、大厚度以及拉伸量过深等因素影响，半球毛坯外形极不规则，内外球面上甚至有多处凹坑，部分位置厚度接近精加工极限尺寸，加工余量偏小且极不均匀。由于毛坯价值非常高，采用传统的划线考料和机床考量找正等方法风险极大，需要确定毛坯所有部位精确的加工余量。

根据这种情况我公司采用三维扫描仪与传统找正相结合的方法，在加工前进行数据验证，最终解决了毛坯找正的难题，完成了产品的加工。

  

图1 毛坯球面凹坑1

  

图2 毛坯球面凹坑2

1. 毛坯存在的问题及找正风险

球壳毛坯外形极不规则，外径尺寸约为φ2 258mm，内径约为φ2 065mm，高度约为1 261mm，质量为5t。毛坯内外球面有多处凹坑（见图1、图2），口部直边不平整，用超声波测厚仪检测，厚度最厚达到96mm，底部最薄处厚度为57mm，理论余量3mm，但受内外圆凹坑位置影响，实际余量小于3mm。

由于半球毛坯存在的问题以及钛合金不规则外形的粗加工变形大，找正误差、装夹以及粗加工后真空退火处理变形等因素，加工风险很大。毛坯找正的重点在于底部最薄位置，同时要兼顾不规则形状和多处凹坑。使用常规的划线考料和机床考量等找正方法，无法确保所有部位加工余量足够。正式加工前的首要问题就是建立毛坯的三维模型，之后实现球壳毛坯精确找正，将逆向工程的毛坯理想状态在机床上找正时重现。

2. 建立毛坯三维模型和数据分析

（1）机床找正。先将工件吊上自适应调平压紧工装，放平工件，用工装上的支撑柱支撑工件上的4个工艺搭子并进行微调，用百分表粗拉直工艺搭子上的拉直基准。根据分析对比得到的机床找正数据（见图7），用百分表调整工件的端面位置状态，接近于找正数据。用百分表精拉直基准，后重新用百分表调整工件，使打表数据与机床找正数据相同。最后打表压紧工件，工件压紧状态和自由状态，百分表的变动小于0.05mm。

像王伯琦和蔡枢衡这些民国学者清晰地认识到，社会本位对于中国而言，有其存在的价值和意义。但是，再好的东西也必须考虑到我们自己的实际情况。从内心而言，他们也都认可社会本位所追求的公共利益。然而，他们之所以提出不同的观点，原因在于：第一，中国没有个人权利观念作为发展社会本位的根基，所以，抛开个人本位，直接采社会本位法律实际上是在大跃进，或者说是急功近利。第二，因为中国封建传统文化的影响，所以要采用社会本位作为中国法律本位，这种说法没有说服国人的理论依据和可行性依据。而且，民国的一些学者之所以采社会本位，实则是在要求国人履行义务本位，放弃个人权利的实现。

精加工前，在机床上用直径10mm的球刀试切最小余量位置，见光毛坯面，最终确定是否借量加工。

文章中，我们对基于区块链的电子数据存证系统进行功能测试，分析该系统功能的可用性、界面的合理性和数据交互的正确性等。

路基沉降问题是当前高速工程中非常常见的病害问题，出现该问题之后，就会导致工程结构的稳定性下降，如果未能采取有效的措施来处理这一问题，就会导致工程无法正常进行，严重者会造成重大的滑塌事故，安全隐患比较大，建筑工程的施工也会受到很大影响。因此在高速公路的施工阶段，需要全面提升工程施工技术，有效解决所存在的路基沉降问题，大大提升了公路工程的建设施工速度。有了技术的提升就能够使公路工程的建设施工更具效果，沉降发生率也能够有效的降低，避免出现交通事故的问题，还能够促进我国公路事业的快速发展，具备非常高的经济效益与社会效益。

（3）数据分析。通过ATOS三维扫描逆向工程后得到的数据点进行曲面重构，由各曲面通过UG软件缝合成三维模型（见图5），采用ATOS软件与理论模型自动匹配得到基础数据，分析出毛坯余量最小区域和值（见图6）。毛坯最小余量位置在内球面底部，数值为0.9mm。

粗加工时内、外圆单面留量5mm加工，使毛坯大部分见光。工件开孔，焊接孔座，真空热处理后重新逆向工程，建立三维模型，确认工件变形量及毛坯最小余量位置是否需要借量加工。

  

图3 工件在机床上加工拉直基准和十字直边

  

图4 采用ATOS系统进行三维造型

  

图5 球壳逆向工程得到的三维模型

  

图6 ATOS自动匹配得到的最小余量数据

3. 机床找正及数据验证

（1）建立毛坯三维模型前的准备。为了使毛坯在机床上能按照逆向工程三维模型给出的数据精确定位，需要在毛坯2个工艺搭子上加工出拉直基准，在开口端面上铣出十字直边，以方便打表定位（见图3）。由于四个工艺搭子不平，需制作自适应调平压紧工装，避免工艺装夹变形。

（2）机床数据验证。工件毛坯按高度距离100mm，圆周30°的经纬度进行分点，在机床上用测量探头采集半径数据。数据采集完成后与毛坯三维模型数据对比分析，确定无误后进行产品的基准平面和内、外圆基准的加工。

（5）提供了丰富的学习、交流工具。平台可以与其他优秀院校建立链接，开展具有自己特色的开放式优质教育资源库，开展“资源共享、课程互选、学分互认”的新型远程教育模式。平台为各类用户配备了基于平台内所有师生的BBS论坛、聊天室、调查问卷和在线短消息等交流工具。平台为各类用户提供了个性化的日历、内部邮箱等实用工具。

由于球壳圆周上要开孔，以焊接出入孔座和观察孔座，所以尽可能地将毛坯有缺陷的位置在开孔时去除掉。参照ATOS得出的数据，用UG装配手动调整逆向工程三维模型与理论模型位置，重点考虑底部余量最小区域和凹坑，同时兼顾毛坯各处余量尽可能均匀，得出机床的找正数据。

采用SPSS 18.0统计学软件分析数据，计量资料（±s）选择 F 检验，计数资料[n（%）]选择 χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。

（2）逆向工程建立三维模型。载人舱球壳采用德国GOM公司的ATOS测量系统来建立毛坯的三维模型。其原理是用测量头的两个相机记录下投射在物体表面的条纹图像，软件计算出测量点云的三维坐标。针对球壳毛坯的内外两个面，将球壳分成多个部分分别进行测量。然后系统利用参考点，自动确定实测测量头的位置，并将所有测量数据转换到一个共同的物体坐标系里，由点云自动生成产品毛坯的三维模型（见图4）。在照相时注重毛坯凹陷位置，力求数据准确。

4. 结论

逆向工程在载人舱球壳毛坯精确找正中得以成功应用，现载人舱球壳已完成加工，顺利交付给客户。针对半球毛坯存在的种种问题，使用了三维逆向工程建立毛坯三维模型，与理论模型进行最优化对比，获得毛坯余量最优化的方案，并在机床加工找正环节，使用测量探头验证与逆向工程分析数据的一致性，实现了毛坯的精确找正。此方法为加工余量偏小的精密毛坯精确找正提供了一种有效手段。

  

图7 机床找正数据

参考文献：

[1] 郭伟青，李际军，吴小刚. 逆向工程中扫描数据点的曲面重构 [J]. 计算机集成制造系统，2004，10（9）：1160-1164.

[2] 张永红，朱耀华，胡滨. 基于数控加工机床的自由曲面测量新方法 [J]. 矿山机械，2010（12）：25-27.

[3] 田建平，石艳. 数控加工中工件原点找正方法的探讨 [J]. 机械，2006，33（8）：41-43.