航空航天高端装备的快速发展,对高性能零件的要求越来越高。磨削作为一种重要的精密和超精密加工方法,在零件制造中发挥着关键作用,其加工质量及稳定性决定着零件的服役性能与产品的可靠性。磨削加工是一个复杂动态和多变量耦合的过程,加工时会受磨削参数、砂轮特性、工件材料和工艺系统动态稳定性等多种因素影响,导致加工质量出现较大的不确定性。如何准确有效地实现磨削加工过程监控及其工艺参数优化一直是改善磨削质量和效率的重要问题。本课题以高性能惯性导航关键件-整体式双平衡环挠性接头(恒弹性合金钢3J33)的磨削加工过程质量监控及工艺优化为对象,开展了磨削监控基础理论、信号特征提取与辨识、多目标工艺优化、加工过程与表面质量监控等方面研究,主要工作及创新成果如下:(1)构建了基于信息物理系统及加工状态数据驱动(CPS-SDD)的磨削加工过程监控实验平台。根据磨削表面质量目标确定了评价指标与测试方法,掌握了磨削过程中力、温度、振动和声发射等物理信号产生机制,研究了适合磨削表面质量监控的机器学习方法,建立了磨削工艺信息—过程状态—加工质量的映射关系。(2)提出了基于磨削过程中物理信号与表面质量高关联度的磨削特征辨识方法(PSRSQ-FI)。采用小波包分解和集合经验模态分解方法对原始信号进行预处理,提取不同频带中的均值、标准差和峭度,以及基于功率谱密度估计的有效值、偏度和波峰因数等信号特征;根据不同磨削表面质量评价指标,确定时频特征与表面质量指标之间的关联性,将关联度高的特征作为磨削质量的表征。(3)揭示了磨削加工工艺参数和力热载荷对于磨削表面质量的影响规律。以表面粗糙度、表面残余应力和材料去除率为目标,以砂轮速度、工件速度和磨削深度等工艺参数为决策变量,基于非支配排序多目标遗传算法获得了磨削加工的优化工艺参数组合,在确保表面质量前提下,提高加工效率。为表面质量优化提供了新方法,同时奠定了智能化磨削监控的工艺基础。(4)提出了基于高关联度磨削特征融合的表面质量监控方法(HRFF-MSQ)。基于砂轮磨损、表面粗糙度、残余应力和磨削烧伤等监控目标,实现了质量监测的高关联度磨削特征融合,给出了对应的监测方法和控制决策;在CPS-SDD磨削加工过程监控平台支持下,实现高性能整体式双平衡环挠性接头加工的表面质量控制。以上研究成果已在整体式双平衡环挠性接头制造中得到实际应用,为完成国家重大科技工程、提高我国航空航天高端装备的国际竞争力发挥了重要作用。