将高密度能量场(声、光、电、热、磁等)引入加工区域，辅助或直接形成材料去除是先进制造技术发展的一个重要方向。磁场辅助加工是能量场加工中出现较早的一个技术，其原位吸热和主动控制残余应力的特点，预示了这一技术在材料加工领域的巨大应用前景。从加工过程的磁致效应、工具/工件磁化加工、磁场辅助加工基本理论三个方面对磁场辅助加工的发展现状进行了综述，并对其未来的发展方向进行了展望。
采用微磨床及微磨具的微细磨削技术，可以实现多种材料复杂形状三维微小零件的加工，且设备体积小、能耗少、成本低，已受到国内外研究人员的广泛关注。但是目前微细磨削技术的研究还处于起步阶段，在微细磨削机理、微磨床及微磨具等方面存在大量问题需要解决。因此非常有必要深入分析微细磨削技术的研究现状、存在的问题及发展趋势。明确了微细磨削技术的内容范畴;全面总结了微细磨削机理及工艺、微磨床及其关键部件、微磨棒等方面的研究现状;在此基础上，深入探讨了微细磨削技术在磨削机理及工艺、微磨床和微磨棒等方面存在的基础性问题，并进一步指出微细磨削技术还应关注其向多种材料应用、复合化加工、高效高精及智能化柔性化的发展方向，以期促进微细磨削技术在我国的推广应用，提升我国超精密微小零件的加工制造水平。
微铣削加工是实现具有三维复杂结构和材料多样性特征的微型零部件制造的有效技术手段，具有日益广阔的应用前景。然而由于刀具尺寸及加工参数的急剧缩减，微铣削表现出显著不同于传统铣削的加工机理。作为理解微铣削加工机理的最重要基础之一，至今已有大量关于微铣削力建模的研究，但是它们主要针对单一现象或者某几个现象进行研究，尚少有系统完善的理论来解释微铣削加工的力学过程，因此对微铣削加工切削力的全面总结是非常必要的。结合国内外微铣削技术的最新研究进展，从微铣削与传统铣削的不同加工机理出发，对微铣削力建模进行全面的论述和总结，并重点介绍刀刃钝圆半径、刀具跳动、挠性变形和刀具磨损对微铣削力建模的影响。探讨了目前微铣削力建模方法中的热点与难点，并指出了现有微铣削力建模有待研究的内容。
复眼透镜是光场成像系统中的关键光学元件。提出一种针对复眼透镜的新型设计加工方法：该设计方法可根据不同的相机参数，优化复眼透镜的设计参数，提高成像质量;该加工方法主要包含超精密车削加工和模压注塑两道工艺，并对车削加工工艺进行了改良。在光场相机的基础上，对光场成像中合成孔径以及数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。试验结果表明，设计加工的复眼透镜阵列具有较高的精度和较好的一致性，可有效实现光场成像的核心功能。
由于碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic，CFRP)宏观上呈现非均质、各向异性，细观上表现为纤维和树脂的特殊混合形态，导致其制件加工过程中极易产生分层、开裂等损伤，严重影响其制件的加工精度及承载性能。研究CFPR加工损伤产生机理并以此降低加工损伤是提高其加工质量的关键。基于宏观各向异性本构、Hashin失效起始准则及损伤演化，建立了可实现任意纤维角度单向板连续动态切削过程仿真分析的直角切削有限元模型，分析了任意纤维角度CFRP单向板连续切削过程面下损伤，得到了纤维角度、切削参数、刀具结构对面下损伤深度的影响规律。具体结果：纤维角度为影响面下损伤的主要因素，随纤维角度增大，切削力增大同时面下损伤深度也明显增加;面下损伤的主要原因为切削力过大导致的基体破坏及扩展;对于135°单向板面下损伤深度随刀具前角增大呈先增大后减小的趋势。
采用Berkovich压头，在纳米压痕仪上对K9光学玻璃进行了变切深纳米刻划试验。为探究摩擦因数与脆塑转变的深度，基于非线性最小二乘法对法向力、切向力关于刻划深度进行了拟合，并利用相关系数r检验其可靠性。利用AFM和SEM对刻划沟槽表面形貌进行分析，刻划过程存在弹塑转变、塑性去除和脆性断裂三个阶段。基于Hertz接触理论求得K9玻璃弹塑转变深度，根据AFM和SEM的结果，以裂纹刚开始萌生作为脆塑转变点，获得脆塑转变的临界深度。基于脆塑转变深度，通过添加修正系数，改进WEI提出的脆塑转变表征方法，建立了用摩擦因数来表征K9玻璃脆塑转变的表达式。通过分析压头在刻划过程中与工件产生的摩擦区，对脆性断裂阶段裂纹的产生和裂纹方向与刻划方向近似呈60°进行了解释。
针对光学玻璃的F-Theta自由曲面透镜加工困难等问题，提出将金刚石砂轮的椭圆环面代替圆环面，进行F-Theta自由曲面磨削加工，研究形状误差的补偿磨削方法和光学玻璃的镜面磨削工艺。根据F-Theta透镜的自由曲面建立砂轮与工件相切的刀具轨迹法向算法。采用#46粗金刚石砂轮修整成椭圆环面，提出自由曲面磨削的法向误差补偿加工模式。最后，采用#3000超细金刚石砂轮的椭圆环面进行轴向磨削试验。试验结果表明：传统的垂直误差补偿磨削可减小面形误差45.9%及其PV值11.6%;而新提出的法向误差补偿磨削可减小面形误差47.9%及其PV值41.5%。此外，超细砂轮磨削可使得自由曲面的粗糙度达到28 nm，其镜面磨削工艺有别于较粗砂轮磨削工艺。因此，椭圆环面砂轮的法向补偿磨削是提高自由曲面加工精度的有效方法，而且，无需研磨抛光就可以实现光学玻璃的自由曲面镜面磨削。
在超精密磨削中，金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要，为了使微粉磨粒规则排布，提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法，制备了多种金刚石微粉砂轮，使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明：应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布，极大改善砂轮加工性能，利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。
半导体器件制造中，工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平坦化加工和背面薄化加工最广泛应用的加工方法。磨粒切削深度是反映磨削条件综合作用的磨削参量，其大小直接影响磨削工件的表面/亚表面质量，研究工件旋转法磨削的磨粒切削深度模型对于实现硅片高效率高质量磨削加工具有重要的指导意义。通过分析工件旋转法磨削过程中砂轮、磨粒和硅片之间的相对运动，建立磨粒切削深度模型，得到磨粒切削深度与砂轮直径和齿宽、加工参数以及工件表面作用位置间的数学关系。根据推导的磨粒切削深度公式，进一步研究工件旋转法磨削硅片时产生的亚表面损伤沿工件半径方向的变化趋势以及加工条件对磨削硅片亚表面损伤的影响规律，并进行试验验证。结果表明，工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片半径方向从边缘到中心逐渐减小，随着砂轮磨粒粒径、砂轮进给速度、工件转速的增大和砂轮转速的减小，加工硅片的亚表面损伤也随之变大，试验结果与模型分析结果一致。
颗粒微切削的性能和行为直接影响工件的表面质量，从材料去除规律和能量变化规律的角度对颗粒微切削作用的表面创成机理进行研究，分别采用EAM势、Morse势、Tersoff势描述单晶铜原子间、工件与颗粒、颗粒刀具原子间的作用力。分析纳米尺度下颗粒切削方向、颗粒切削速度、系综温度对颗粒微切削作用，通过探讨体系动能、体系势能、体系总能对工件原子运动规律的影响及颗粒微切削加工前后键角的变化形态，为阐述颗粒微切削作用的表面创成机理提供理论依据。研究结果表明正交切削比斜切削能获得更好的表面质量，颗粒速度与能量不存在线性关系，颗粒温度对体系能量有直接影响。通过分子动力学数值模拟得到体系的结构信息及相关热力学性质并对分子动力学的微观统计量进行分析计算，寻找合适的加工参数，为颗粒微切削加工工艺的发展提供技术支持。
研究一种考虑静柔度约束的3自由度并联动力头——A3头的轻量化设计方法。该方法针对航空铝合金结构件高速铣削工艺，首先建立静柔度约束，然后建立部件柔度、质量与设计参数间的响应面模型，进而将A3头的设计问题归结为一类以静柔度和几何干涉为约束条件，以运动部件质量最轻为目标的有约束非线性设计问题，并借助多岛遗传算法(MIGA)求解。仿真验证表明，与原设计相比，在运动部件质量增加3.6%的前提下，系统的静柔度降低超过50%，低阶固有频率提高30%。该方法为此类装备的工程设计提供一种有效手段。
自由度分析是机构构型综合、运动学和动力学研究的基础。过去的几十年，国内外学者主要对空间并联机构自由度分析开展了研究。研究比空间并联机构更加复杂的两层两环空间耦合链机构的自由度分析原理。通过推导两层两环空间耦合链机构的运动螺旋方程，建立耦合链带来的耦合关系的数学模型。基于运动螺旋方程，建立空间耦合机构中刚性子结构的判别方法和自由度分析原理。利用两层两环空间耦合链机构的等效子并联机构的分支运动螺旋系线性组合的特点可以实现自由度性质分析。两个典型的例子被用来说明提出方法的有效性。
可变结构体机器人是一种基于张拉整体结构设计的新型移动机器人，由刚度较大的压杆和弹性较大的拉索构成，利用自身形变产生滚动。然而由于缺乏必要的参数分析，目前其结构设计多基于经验，滚动控制往往采用固定驱动参数，未考虑材料参数与驱动参数对机器人易滚动性、能耗、结构可靠性等特性的影响;而张拉整体结构内力耦合度高，传统动力学分析参数影响极其复杂。因此，为获得低能耗、易滚动且结构可靠的可变结构体机器人，将重力矩、临界驱动长度和驱动力作为性能参数，描述可变结构体机器人的上述三项性能。通过有限元法分析方法，建立驱动参数、材料参数与三项性能参数的关系。在此基础上，提出参数优化方案，指导参数选择。通过试验验证结果的正确性。
随着海洋资源越来越受到国家重视，水下机器人已成为科研的热点。仿生机器鱼作为水下机器人，具有低噪声、对环境扰动小等特点。身体/尾鳍推进模式(Body and/or caudal fin， BCF)仿生机器鱼是指以身体/尾鳍推进模式推进的仿生机器鱼，它具有高速、高效、机动性高等优势，是近年来仿生机器鱼研制的重点。随着1994年首条仿生机器鱼的研制成功，许多优秀的相关研制成果已应用到水下考古、水质监测、污染检测等领域。基于此，介绍BCF鱼类的分类及特点、BCF生物鱼以及仿生鱼的推进机理，并着重介绍国内外BCF仿生样机的研制进展，对已有样机的驱动方式、机械结构和游动性能进行详细分析，揭示不同驱动方式所面临的技术问题，在此基础上总结BCF仿生机器鱼的发展趋势和应用前景。
间隙在机械系统中是不可避免的，由间隙引起的接触非线性会严重影响系统的动态响应，使其偏离理想状态，进而降低机械系统的性能和使用寿命。若能利用系统的动态信息识别出间隙非线性参数，就能为机械系统的间隙控制提供依据。针对含间隙连续体系统，提出一种改进的恢复力-位移曲线和条件逆向路径法相结合的间隙非线性参数辨识方法。将哈密尔顿原理推导得到的微分方程简化为空间缩减模型，在获取系统输入和输出的基础上，使用改进的恢复力-位移曲线方法识别连续体系统的间隙值，再利用条件逆向路径法识别间隙接触刚度。整个识别过程在Matlab软件中进行仿真，并在设计的含间隙悬臂梁试验台上进行了参数辨识试验，仿真和试验结果均显示了较高的识别精度，验证了该方法的有效性。
研究用有限元节点建模方法建立考虑轴、齿轮转子陀螺效应的单级齿轮传动系统动力学模型，计算得到系统固有特性，与有限元软件和试验测量得到的结果进行对比，三种方法得到的系统固有频率具有一致性，验证有限元节点动力学模型有效性。由转子动力学稳定性理论计算得到系统的涡动临界转速等高速动态性能参数与响应特征，建立的齿轮轴系动力学模型为高速齿轮系统的设计及稳定性分析提供了基础参考。
在研究鱼类侧线感知机理的基础上，综合运用了流体动力学，边界层理论，耦合仿生学等理论，建立类似于鱼神经丘模型的神经网络模型，从数值计算和仿真分析两方面对鱼体侧线系统进行模拟，并将研究结论应用于自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle， AUV)的导航及目标定位，为AUV导航和环境辨识提供新思路。计算机仿真结果表明，基于鱼类侧线感知机理构建的感知模型可以有区分度地对一个新的水流工况进行识别，可为AUV的导航及目标定位提供支持。
厚壁圆筒自增强处理技术的关键在于预应力。传统的自增强处理技术采用的是机械预应力方法，即在圆筒投入使用前，对其施加超过操作压力的自增强压力，使之获得残余预应力。考虑到厚壁圆筒内、外壁存在温差时，筒壁中有热应力产生，因此针对厚壁圆筒自增强问题，提出了以热应力作为预应力的自增强技术。具体研究了圆筒壁厚、温差等对热应力与总应力(热应力与操作应力的叠加)的影响、热应力与总应力的变化趋势、各种参数间的约束条件;在分析热应力与总应力特性的基础上，得出最佳设计条件，提出了基于第四强度理论的热预应力自增强厚壁圆筒的设计方法。结果表明，热预应力能有效地降低和均化厚壁圆筒的操作应力;按照所提出的设计方法，在确保圆筒安全的前提下，可使圆筒获得最大的承载能力和最小的壁厚。
飞秒激光作为一种先进的加工技术，以其“冷加工”、多光子非线性效应、突破衍射极限等特质可实现对任意材料由微纳到宏观尺度复杂三维零件的精密加工，在微纳和精密机械、微纳电子、微纳光学、表面工程、生物医学等领域展露了巨大的市场应用前景。文章重点针对近三年来飞秒激光刻蚀、切割、制孔、功能表面制备、体内加工和聚合加工的研究进展进行综述，并探讨了飞秒激光在与材料相互作用机制、加工精度、加工方式、加工对象等方面面临的机遇和挑战。
高性能表面层制造是具有特殊功能性表面层结构零件的精密制造，体现了高性能零件性能与几何参数一体化制造的特点。依据功能性表面层结构零件的性能要求所设计的几何参数和材料特性，选择表面层加工制造方法，确定加工工艺载荷的物质与能量输入条件，通过减控加工工艺的几何、结构、物理、化学等多源耦合约束，构建主动协调的材料加工载荷的应力场、温度场和化学位场等(多)场环境，相应地揭示零件表面完整性变化关系内禀的加工过程印记，利用可控的表面完整性与高性能零件性能的关联模型，实现具有特殊功能性表面层的精密制造。高性能表面层加工制造原理的核心是表面完整性的形成机制、评价方法和调控作用，所提出的高性能表面层精密制造的体系框架，以基于知识方法取代实验迭代的试错法，可解决高性能制造的加工制造反问题。
随着3D打印的发展，模型的轻量化建模已成为该领域的一个研究热点。提出一种“弱平衡”轻量化建模方案来生成3D打印模型的内部填充结构。该方案能够根据结构分析自动生成内部密度变化的填充。该方法主要包括三个步骤：利用基于截面结构分析的方法来分析模型的应力分布及薄弱部分;利用一种混合的网格偏置技术向内部偏置模型，生成壳体模型。根据模型的应力分布，提出一种改进的泊松圆盘采样技术在偏置模型表面生成连续的密度分布点，在应力大的区域，点的分布密集，而在应力较小的区域，点的分布较稀疏;提出一种“弱平衡”八叉树技术对采样点进行空间划分，利用体心立方结构及Delaunay 3D 算法将偏置模型生成四面体网格模型。在该四面体网格模型中，单元四面体的体积从外部到内部渐变，且在物体薄弱部分填充密度较大。这些单元四面体被用来直接生成“框架-结点”结构。所提出的“弱平衡”轻量化方案允许根据应力分析在模型不同的部分生成不同密度的填充，从而取得全局优化的填充。
针对轴承用钢球表面缺陷检测的生产需求，以实现球面全展开为目标，提出球面螺旋线运动展开原理。首先，设计实现钢球全表面展开的倾斜轴锥面驱动体，并建立其锥面模型;分析展开过程中球面上一点的运动参数，建立钢球和驱动体的接触约束模型，采用迭代法求解拟合出驱动体锥面上接触点的运动轨迹模型;为保证钢球全表面展开，进一步分析球面上接触轨迹，利用弧长积分得到展开过程中球面上的接触轨迹曲线模型;最后通过仿真技术和物理样机试验对钢球展开过程进行分析测试，验证了理论分析结果的正确性。提出的球面展开理论及方法可以应用到高精密轴承球类滚动体的表面缺陷检测设备，也可对其他球类物体的检测提供理论参考。
