创刊于1951年 月刊
ISSN 1005-2402
CN 11-3398/TH
主 管: 中国科学技术协会
主 办: 中国机械工程学会、北京机床研究所有限公司
主编: 黄正华
执行副主编: 谭弘颖
机床杂志社社长: 黄祖广
国内邮发代号: 2-636
国外代号: M397
境内定价: 18 元 , 全年 216 元
境外定价: 全年 180 美元
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2023, (4): 5-8.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.001
摘要:
航空发动机和新能源汽车传动轴上的内齿或花键很多是在盲孔内壁上加工，现在大多采用逐齿插削，效率低、刀损大，后续还有去毛刺要求；挤压工艺设备昂贵、工艺复杂、对高硬材料并不适合。提出一种内齿电解加工新工艺，研制了一台多工位电动汽车传动轴内齿加工机床，主要工作包括机床结构设计、控制系统开发等，进行了基础工艺实验，效果良好，设计达到预期目的。
航空发动机和新能源汽车传动轴上的内齿或花键很多是在盲孔内壁上加工，现在大多采用逐齿插削，效率低、刀损大，后续还有去毛刺要求；挤压工艺设备昂贵、工艺复杂、对高硬材料并不适合。提出一种内齿电解加工新工艺，研制了一台多工位电动汽车传动轴内齿加工机床，主要工作包括机床结构设计、控制系统开发等，进行了基础工艺实验，效果良好，设计达到预期目的。
2023, (4): 9-14.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.002
摘要:
针对C/SiC复合材料放电加工仿真普遍采用高斯热源，忽略间隙弧柱热效应的问题，文章以放电过程的热效应进行两部分等效。采用椭球体热源等效电弧弧柱，高斯面热源等效工件表面热效应，从平行和垂直于碳纤维两个方向进行温度场仿真，对比传统高斯热源与等效热源，并通过实验进行验证。结果表明：运用新型等效热源仿真，得到的凹坑尺寸比传统高斯热源更加接近实验加工的尺寸，预测精确度提高20%。
针对C/SiC复合材料放电加工仿真普遍采用高斯热源，忽略间隙弧柱热效应的问题，文章以放电过程的热效应进行两部分等效。采用椭球体热源等效电弧弧柱，高斯面热源等效工件表面热效应，从平行和垂直于碳纤维两个方向进行温度场仿真，对比传统高斯热源与等效热源，并通过实验进行验证。结果表明：运用新型等效热源仿真，得到的凹坑尺寸比传统高斯热源更加接近实验加工的尺寸，预测精确度提高20%。
2023, (4): 15-20.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.003
摘要:
讨论了饥饿润滑条件下，激光表面织构技术和激光熔凝技术在增强表面润滑性和耐磨性的作用。目的是增强激光表面织构的耐磨性，探讨表面织构增强润滑的作用。观察了基体材料Cr12MoV激光熔凝后熔化区、过渡区和基体的微观组织，检测分析了金相成分，测试了显微硬度。对比研究了不同摩擦磨损环境下激光表面织构技术、激光熔凝技术对摩擦系数的影响。激光熔化区由晶粒细小的马氏体和大量的残余奥氏体组成。激光熔凝后，硬度达到了基体硬度的1.4倍。激光表面织构在低转数时增加润滑作用明显。全熔凝处理在各种不同摩擦磨损环境下都能起到耐磨作用。
讨论了饥饿润滑条件下，激光表面织构技术和激光熔凝技术在增强表面润滑性和耐磨性的作用。目的是增强激光表面织构的耐磨性，探讨表面织构增强润滑的作用。观察了基体材料Cr12MoV激光熔凝后熔化区、过渡区和基体的微观组织，检测分析了金相成分，测试了显微硬度。对比研究了不同摩擦磨损环境下激光表面织构技术、激光熔凝技术对摩擦系数的影响。激光熔化区由晶粒细小的马氏体和大量的残余奥氏体组成。激光熔凝后，硬度达到了基体硬度的1.4倍。激光表面织构在低转数时增加润滑作用明显。全熔凝处理在各种不同摩擦磨损环境下都能起到耐磨作用。
2023, (4): 21-27.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.004
摘要:
汽车覆盖件的冲压生产正在向高速、高效、数字化和智能化的方向转变，同时大型高速冲压线的维护面临结构复杂、故障点多以及专业人员短缺等突出难题，冲压设备维护管理正经历着由事后维修、预防性维护到预测性维护的转变。文章提出了一种基于数字孪生技术的大型高速冲压线设备状态监控及智能维护系统J_IMS(JIER-intelligent maintenance systems)，首先在三维研发软件中构建真实冲压线的数字化孪生模型，通过OPC UA通用构架实时读取高速冲压线的运行数据，打通物理冲压线与孪生冲压线的数据链路，借助Unity数据驱动去驱动冲压线数字孪生模型，从而实现物理冲压线与孪生冲压线的同步运动，通过在大量项目实际应用验证J-IMS的有效性和准确性，为大型高速冲压线的设备状态监控及智能维护提供借鉴。
汽车覆盖件的冲压生产正在向高速、高效、数字化和智能化的方向转变，同时大型高速冲压线的维护面临结构复杂、故障点多以及专业人员短缺等突出难题，冲压设备维护管理正经历着由事后维修、预防性维护到预测性维护的转变。文章提出了一种基于数字孪生技术的大型高速冲压线设备状态监控及智能维护系统J_IMS(JIER-intelligent maintenance systems)，首先在三维研发软件中构建真实冲压线的数字化孪生模型，通过OPC UA通用构架实时读取高速冲压线的运行数据，打通物理冲压线与孪生冲压线的数据链路，借助Unity数据驱动去驱动冲压线数字孪生模型，从而实现物理冲压线与孪生冲压线的同步运动，通过在大量项目实际应用验证J-IMS的有效性和准确性，为大型高速冲压线的设备状态监控及智能维护提供借鉴。
2023, (4): 28-35.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.005
摘要:
随着离散制造业智能制造的发展，柔性化、精密化和模块化的装夹技术在自动化加工过程中就显得尤为重要。为实现多品种、小批量、变状态的混线生产的自动化、智能化的精密加工，文章描述了零点定位技术在离散智能制造模型下的使用场景，并重点从一面两销零点定位技术、锥自定心的零点定位技术，以及模块化装夹技术的原理、数学模型、误差分析、托盘的设计原则、装夹特点、受力分析和机外预调公差范围等方面进行了研究和分析，为离散智能制造模式下的精密自动化加工的装夹关键技术奠定了技术基础，并且对离散智能制造的推进具有一定的指导意义。
随着离散制造业智能制造的发展，柔性化、精密化和模块化的装夹技术在自动化加工过程中就显得尤为重要。为实现多品种、小批量、变状态的混线生产的自动化、智能化的精密加工，文章描述了零点定位技术在离散智能制造模型下的使用场景，并重点从一面两销零点定位技术、锥自定心的零点定位技术，以及模块化装夹技术的原理、数学模型、误差分析、托盘的设计原则、装夹特点、受力分析和机外预调公差范围等方面进行了研究和分析，为离散智能制造模式下的精密自动化加工的装夹关键技术奠定了技术基础，并且对离散智能制造的推进具有一定的指导意义。
2023, (4): 36-43.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.006
摘要:
针对混合装配模式下数据信息割裂、组装过程实时监控困难以及产品质量难以追溯等问题，构建了装配过程追溯物联网，实现了组装资源的全面感知、智能识别和全流程追踪。在此基础上，搭建了物联网环境下的电子装备组装线信息化管控系统技术架构，并结合多种感知技术设计了组装线信息化管控系统，优化各种组装资源的规划、配置和调度，实现精准、实时和智能的监控，并通过某组件组装线成功验证其可行性，为军工企业以及其他制造企业的信息物联管控建设提供了有力的支撑和参考，具有显著的推广应用价值。
针对混合装配模式下数据信息割裂、组装过程实时监控困难以及产品质量难以追溯等问题，构建了装配过程追溯物联网，实现了组装资源的全面感知、智能识别和全流程追踪。在此基础上，搭建了物联网环境下的电子装备组装线信息化管控系统技术架构，并结合多种感知技术设计了组装线信息化管控系统，优化各种组装资源的规划、配置和调度，实现精准、实时和智能的监控，并通过某组件组装线成功验证其可行性，为军工企业以及其他制造企业的信息物联管控建设提供了有力的支撑和参考，具有显著的推广应用价值。
2023, (4): 44-49.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007
摘要:
在机器人自动化焊接中，精准高效的焊缝识别是实现高质量焊接的关键。针对现有视觉检测方法效率低、精度差的问题，提出了一种基于全卷积神经网络的焊缝识别方法。该方法首先采集数据对全卷积神经网络进行训练，得到最佳的网络参数；然后采用训练好的全卷积神经网络和最佳网络参数对焊缝图片进行语义分割，将焊缝所在区域与背景进行分离；然后对分割出的焊缝区域，进行骨架提取，得到接近单像素宽度的焊缝；之后根据自定义的直线度参数对焊缝形状进行判定，确定该焊缝是否为直线，用最小二乘法进行直线或曲线拟合，得到最终的焊缝轨迹。实验结果表明，所提方法能够快速准确地识别出焊缝位置和形状，可以作为自动焊接机器人轨迹自主规划和控制的技术基础。
在机器人自动化焊接中，精准高效的焊缝识别是实现高质量焊接的关键。针对现有视觉检测方法效率低、精度差的问题，提出了一种基于全卷积神经网络的焊缝识别方法。该方法首先采集数据对全卷积神经网络进行训练，得到最佳的网络参数；然后采用训练好的全卷积神经网络和最佳网络参数对焊缝图片进行语义分割，将焊缝所在区域与背景进行分离；然后对分割出的焊缝区域，进行骨架提取，得到接近单像素宽度的焊缝；之后根据自定义的直线度参数对焊缝形状进行判定，确定该焊缝是否为直线，用最小二乘法进行直线或曲线拟合，得到最终的焊缝轨迹。实验结果表明，所提方法能够快速准确地识别出焊缝位置和形状，可以作为自动焊接机器人轨迹自主规划和控制的技术基础。
2023, (4): 50-55.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.008
摘要:
由于机器人的基坐标系隐藏在底座内部，导致双机器人基坐标系间位姿关系的测量变得十分困难，而该关系作为机器人离线编程、协同控制的基石，对于多机器人系统的正常工作至关重要。为此提出了基于单目视觉的协同标定方法，利用单目视觉和棋盘格标定板求解双机器人基坐标系间位姿相对关系并使用激光跟踪仪标定法作为对照对双机器人基坐标系关系进行了标定，并通过双机器人位姿协同实验对标定的结果进行验证，最终得到基于单目视觉的协同标定方法所对应的双机器人位置协同误差最大值为1.278 mm，最小值为0.601 mm；姿态协同误差最大值则为0.481°。
由于机器人的基坐标系隐藏在底座内部，导致双机器人基坐标系间位姿关系的测量变得十分困难，而该关系作为机器人离线编程、协同控制的基石，对于多机器人系统的正常工作至关重要。为此提出了基于单目视觉的协同标定方法，利用单目视觉和棋盘格标定板求解双机器人基坐标系间位姿相对关系并使用激光跟踪仪标定法作为对照对双机器人基坐标系关系进行了标定，并通过双机器人位姿协同实验对标定的结果进行验证，最终得到基于单目视觉的协同标定方法所对应的双机器人位置协同误差最大值为1.278 mm，最小值为0.601 mm；姿态协同误差最大值则为0.481°。
2023, (4): 56-63.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.009
摘要:
以“独立挤出”型连续碳纤维增强PLA复合材料（continuous carbon fiber reinforced PLA composite, CCFRC/PLA）3D打印制件为研究对象，设计了柔性的连续碳纤维增强PLA复合材料丝（continuous carbon fiber reinforced composite filament/PLA, CCFRCF/PLA）送丝机构，研究了打印喷嘴直径与CCFRCF/PLA直径、表面包裹树脂膨胀特性及打印层高的关系，探讨了喷嘴端面直径对打印表面热辐射的影响规律，推导了喷嘴直径的计算公式，求解了最佳喷嘴直径和最佳端面直径。基于设计的打印喷头，采用仿真分析与实验验证的方法，探索了打印层高与制件力学性能之间的关系，结果表明CCFRC/PLA的抗拉强度与纤维层数呈正相关，并验证了层合板预测模型的有效性，获得了打印层高0.1 mm时CCFRC/PLA抗拉强度的修正系数为0.039，打印层高0.2 mm时，修正系数为0.124，为连续碳纤维增强复合材料 3D打印技术的发展提供了理论基础和参考价值。
以“独立挤出”型连续碳纤维增强PLA复合材料（continuous carbon fiber reinforced PLA composite, CCFRC/PLA）3D打印制件为研究对象，设计了柔性的连续碳纤维增强PLA复合材料丝（continuous carbon fiber reinforced composite filament/PLA, CCFRCF/PLA）送丝机构，研究了打印喷嘴直径与CCFRCF/PLA直径、表面包裹树脂膨胀特性及打印层高的关系，探讨了喷嘴端面直径对打印表面热辐射的影响规律，推导了喷嘴直径的计算公式，求解了最佳喷嘴直径和最佳端面直径。基于设计的打印喷头，采用仿真分析与实验验证的方法，探索了打印层高与制件力学性能之间的关系，结果表明CCFRC/PLA的抗拉强度与纤维层数呈正相关，并验证了层合板预测模型的有效性，获得了打印层高0.1 mm时CCFRC/PLA抗拉强度的修正系数为0.039，打印层高0.2 mm时，修正系数为0.124，为连续碳纤维增强复合材料 3D打印技术的发展提供了理论基础和参考价值。
2023, (4): 64-71.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.010
摘要:
针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低，及非增量式预测模型存在静态误差等问题，提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先，基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理，设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后，设计电流限幅器，以保证电机工作于电流约束内。最后，设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测，用于前馈补偿控制，并证明观测器的稳定性。仿真结果显示，所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化，所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比，所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。
针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低，及非增量式预测模型存在静态误差等问题，提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先，基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理，设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后，设计电流限幅器，以保证电机工作于电流约束内。最后，设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测，用于前馈补偿控制，并证明观测器的稳定性。仿真结果显示，所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化，所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比，所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。
2023, (4): 72-77.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.011
摘要:
针对SolidWorks工程图中尺寸标注易出错、人工检查难度大等问题，提出了一种对SolidWorks工程图尺寸冗余检查技术。基于VB.NET编程语言对SolidWorks进行二次开发，通过调用SolidWorks中的API函数获取工程图中的视图信息以及尺寸信息，用SQL Server数据库对数据进行储存和读取。运用比较法，实现了工程图中尺寸重复以及尺寸链封闭的检查，并将错误尺寸高亮显示在工程图中。最后以冷藏车的典型零件为对象，验证了该方法的可行性。该技术极大地降低了检查时间和错误率，提高了工作人员的效率。
针对SolidWorks工程图中尺寸标注易出错、人工检查难度大等问题，提出了一种对SolidWorks工程图尺寸冗余检查技术。基于VB.NET编程语言对SolidWorks进行二次开发，通过调用SolidWorks中的API函数获取工程图中的视图信息以及尺寸信息，用SQL Server数据库对数据进行储存和读取。运用比较法，实现了工程图中尺寸重复以及尺寸链封闭的检查，并将错误尺寸高亮显示在工程图中。最后以冷藏车的典型零件为对象，验证了该方法的可行性。该技术极大地降低了检查时间和错误率，提高了工作人员的效率。
2023, (4): 78-84.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.012
摘要:
为精准预测复合双轴转台精度，分析了多因素对系统精度影响规律。利用复合双轴转台统计系统实验数据，学习构建以内轴精度、外轴精度、自准直精度和待检编码器精度为主要节点的贝叶斯网络结构；在Netica中建立系统精度推理模型，并通过证据敏感性分析和平均绝对误差（MAE）分析验证贝叶斯网络（BN）模型的有效性；运用自学习贝叶斯网络的概率推理，分析主要目标节点各变量的后验概率变化，对系统精度变化规律进行原因诊断和支持解释。研究结果表明：复合双轴转台精度自学习BN模型能够实现系统精度准确推理预测，系统精度超差的MAE值基本稳定在5%以内，且角度间隔0.125°和时间间隔20 s为系统最优控制参数，为贝叶斯网络技术在复合双轴转台精度推理中的应用提供了参考。
为精准预测复合双轴转台精度，分析了多因素对系统精度影响规律。利用复合双轴转台统计系统实验数据，学习构建以内轴精度、外轴精度、自准直精度和待检编码器精度为主要节点的贝叶斯网络结构；在Netica中建立系统精度推理模型，并通过证据敏感性分析和平均绝对误差（MAE）分析验证贝叶斯网络（BN）模型的有效性；运用自学习贝叶斯网络的概率推理，分析主要目标节点各变量的后验概率变化，对系统精度变化规律进行原因诊断和支持解释。研究结果表明：复合双轴转台精度自学习BN模型能够实现系统精度准确推理预测，系统精度超差的MAE值基本稳定在5%以内，且角度间隔0.125°和时间间隔20 s为系统最优控制参数，为贝叶斯网络技术在复合双轴转台精度推理中的应用提供了参考。
2023, (4): 85-88.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.013
摘要:
高温合金作为航空紧固件的主要原材料，其力学性能直接影响着航空装备构件的紧固性能。以GH4141高温合金为试验材料，分析不同热处理后GH4141试样的金相组织、显微硬度、力学性能和断口形貌等特征，研究结果表明了固溶温度对晶粒尺寸影响较大，且随着固溶温度的升高，显微硬度降低；热处理后试样表面形成的残余应力为压缩状态；试样在1 080 ℃ 固溶760 ℃ 时效处理后的拉伸强度最大为1 214 MPa，其拉伸断口表现出明显的析出相强化诱导的颈缩和韧窝特征。
高温合金作为航空紧固件的主要原材料，其力学性能直接影响着航空装备构件的紧固性能。以GH4141高温合金为试验材料，分析不同热处理后GH4141试样的金相组织、显微硬度、力学性能和断口形貌等特征，研究结果表明了固溶温度对晶粒尺寸影响较大，且随着固溶温度的升高，显微硬度降低；热处理后试样表面形成的残余应力为压缩状态；试样在1 080 ℃ 固溶760 ℃ 时效处理后的拉伸强度最大为1 214 MPa，其拉伸断口表现出明显的析出相强化诱导的颈缩和韧窝特征。
2023, (4): 89-96.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.014
摘要:
大型铝合金环锻件加工工艺流程复杂，工序较多，加工过程伴随有工件变形。针对各主要工序带来的变形问题，结合加工工艺和工件材料性能属性对变形机理展开深入研究，围绕变形原因，针对加工前、加工中和加工后提出了一系列变形控制措施。通过试验验证了变形控制方法的有效性，为后续工件量产提供工艺优化参考。
大型铝合金环锻件加工工艺流程复杂，工序较多，加工过程伴随有工件变形。针对各主要工序带来的变形问题，结合加工工艺和工件材料性能属性对变形机理展开深入研究，围绕变形原因，针对加工前、加工中和加工后提出了一系列变形控制措施。通过试验验证了变形控制方法的有效性，为后续工件量产提供工艺优化参考。
2023, (4): 97-103.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.015
摘要:
针对纳米加工中碳化钨模具表面波纹度对非球面玻璃成像性能影响的问题，通过对单点斜轴磨削中的磨削刀具振动分析和磨削理论残余误差分析，阐述磨削工艺参数对表面波纹度的影响机理。结合磨削试验对磨削工艺参数进行优化，得到理想的磨削工艺参数：主轴转速40 000~45 000 r/min，工件转速为200 r/min，工作台轴向进给速度为0.1 mm /min，磨削深度为0.1 μm以下时，表面波纹度可达到理想的均匀交叉状态且表面波纹度wz值可控制在30 nm以内。
针对纳米加工中碳化钨模具表面波纹度对非球面玻璃成像性能影响的问题，通过对单点斜轴磨削中的磨削刀具振动分析和磨削理论残余误差分析，阐述磨削工艺参数对表面波纹度的影响机理。结合磨削试验对磨削工艺参数进行优化，得到理想的磨削工艺参数：主轴转速40 000~45 000 r/min，工件转速为200 r/min，工作台轴向进给速度为0.1 mm /min，磨削深度为0.1 μm以下时，表面波纹度可达到理想的均匀交叉状态且表面波纹度wz值可控制在30 nm以内。
2023, (4): 104-108.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.016
摘要:
针对某型号机器人手臂生产效率低以及垂直度、对称度和尺寸超差的问题，对该手臂结构进行了分析，采用V型槽和万向钉自适应相结合的定位方式，以及力矩可控的夹紧方式，为手臂零件设计了专用机床夹具。实际运用表明：该方法使机器人手臂的加工效率提高了40.5%，合格率提高到98%以上，满足了生产需求，为企业解决了一项技术难题，并提高了经济效益。
针对某型号机器人手臂生产效率低以及垂直度、对称度和尺寸超差的问题，对该手臂结构进行了分析，采用V型槽和万向钉自适应相结合的定位方式，以及力矩可控的夹紧方式，为手臂零件设计了专用机床夹具。实际运用表明：该方法使机器人手臂的加工效率提高了40.5%，合格率提高到98%以上，满足了生产需求，为企业解决了一项技术难题，并提高了经济效益。
2023, (4): 109-114.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.017
摘要:
针对异形天线罩复杂曲面的测量加工一体化加工方法中，存在测量复杂曲面时测杆与工件易发生干涉，使得数控编程困难的问题，提出了一种复杂曲面测量路径规划方法。该方法将机床测量系统离散为点云数据，通过点云的空间坐标变换来模拟数控测量时测杆与工件的位置关系，同时引入八叉树算法为点云增加拓扑关系，并检测测杆点云与工件点云之间是否发生干涉。最终将无干涉测量状态下的测量系统信息输出为G代码，通过Vericut软件进行轨迹仿真。文中对8 504个测量点进行测量路径规划，结果表明，测量路径均可以避开干涉位置进行有效地测量。该碰撞检测算法可以在满足测量要求的前提下准确地实现复杂曲面的测量路径规划，为复杂曲面的测量方法提供理论指导。
针对异形天线罩复杂曲面的测量加工一体化加工方法中，存在测量复杂曲面时测杆与工件易发生干涉，使得数控编程困难的问题，提出了一种复杂曲面测量路径规划方法。该方法将机床测量系统离散为点云数据，通过点云的空间坐标变换来模拟数控测量时测杆与工件的位置关系，同时引入八叉树算法为点云增加拓扑关系，并检测测杆点云与工件点云之间是否发生干涉。最终将无干涉测量状态下的测量系统信息输出为G代码，通过Vericut软件进行轨迹仿真。文中对8 504个测量点进行测量路径规划，结果表明，测量路径均可以避开干涉位置进行有效地测量。该碰撞检测算法可以在满足测量要求的前提下准确地实现复杂曲面的测量路径规划，为复杂曲面的测量方法提供理论指导。
2023, (4): 115-120, 125.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.018
摘要:
针对当前高次非球面光学元件精密成形的热点问题“高次非球面加工后表面残留环带波纹”，分析了高次非球面加工残留环带波纹的主要原因，提出了高次非球面切线回转成形原理，设计了高次非球面切线回转成形实体数模，应用ANSYS Workbench对实体结构进行了动力学模态分析，解析得到了磨轮轴组件、工件轴组件和床身整体的1~5阶固有频率、临界转速和具体振型描述。以研发的高次非球面切线回转成形机床为基础，开展高次非球面加工实验，验证了高次非球面切线回转成形的先进性和实体结构设计的合理性。
针对当前高次非球面光学元件精密成形的热点问题“高次非球面加工后表面残留环带波纹”，分析了高次非球面加工残留环带波纹的主要原因，提出了高次非球面切线回转成形原理，设计了高次非球面切线回转成形实体数模，应用ANSYS Workbench对实体结构进行了动力学模态分析，解析得到了磨轮轴组件、工件轴组件和床身整体的1~5阶固有频率、临界转速和具体振型描述。以研发的高次非球面切线回转成形机床为基础，开展高次非球面加工实验，验证了高次非球面切线回转成形的先进性和实体结构设计的合理性。
2023, (4): 121-125.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.019
摘要:
作为机床主轴的核心零件，轴承的动态刚度对机床加工精度至关重要。为模拟机床主轴轴承的工况，测量轴承运转过程中的动态刚度，设计了一种能够对多种组配形式的轴承轴向或径向动态刚度进行测量的轴承动态刚度测量仪。该测量仪有柔性驱动系统驱动、伺服电缸加载、直线旋转运动轴系传递载荷和旋转，测量系统能够实时监测轴承转速、载荷和被测轴承变形量等数据，从而计算出被测轴承的动态刚度。阐述了测量仪的工作原理、测量主体、柔性驱动系统、加载系统等关键系统的结构和工作方式，介绍了测量仪的技术特点，并通过试验验证了测量仪的可靠性。
作为机床主轴的核心零件，轴承的动态刚度对机床加工精度至关重要。为模拟机床主轴轴承的工况，测量轴承运转过程中的动态刚度，设计了一种能够对多种组配形式的轴承轴向或径向动态刚度进行测量的轴承动态刚度测量仪。该测量仪有柔性驱动系统驱动、伺服电缸加载、直线旋转运动轴系传递载荷和旋转，测量系统能够实时监测轴承转速、载荷和被测轴承变形量等数据，从而计算出被测轴承的动态刚度。阐述了测量仪的工作原理、测量主体、柔性驱动系统、加载系统等关键系统的结构和工作方式，介绍了测量仪的技术特点，并通过试验验证了测量仪的可靠性。
2023, (4): 126-131.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.020
摘要:
针对X射线焊缝图像缺陷检测的准确率问题，提出运用Log-Polar变换的距离不变性和角度不变性将缺陷的位置及形状转化为典型缺陷图像的简单二维平面的平移，解决了缺陷和疑似缺陷区域的标定问题。此外，为了提高缺陷识别的检出率及识别准确性，提出基于稀疏描述的缺陷识别，运用从海量数据中提取典型样本、非参数化模型构建以及基于最优方向法的稀疏解求解三大知识体系，对所标定SDR进行识别。实验得出，通过有限的样本训练所得字典矩阵对缺陷的识别率达到了98.5%以上。
针对X射线焊缝图像缺陷检测的准确率问题，提出运用Log-Polar变换的距离不变性和角度不变性将缺陷的位置及形状转化为典型缺陷图像的简单二维平面的平移，解决了缺陷和疑似缺陷区域的标定问题。此外，为了提高缺陷识别的检出率及识别准确性，提出基于稀疏描述的缺陷识别，运用从海量数据中提取典型样本、非参数化模型构建以及基于最优方向法的稀疏解求解三大知识体系，对所标定SDR进行识别。实验得出，通过有限的样本训练所得字典矩阵对缺陷的识别率达到了98.5%以上。
2023, (4): 132-140.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021
摘要:
针对具有产品关联性的成组产品并行生产线平衡优化问题，采用分阶段研究思路，先后考虑工序复杂性与员工技能水平差异，提出工序与员工分配优化方案。首先以工序优先关系和设备属性为约束，以生产节拍、时间均衡指数和复杂性平滑系数为优化目标建立优化模型，将工序合理分配于工位中。然后根据成组产品特性和各工位技能需求建立员工指派模型，将不同技能员工与工位匹配，减少并行生产线之间节拍差异，实现成组产品的均衡生产。采用遗传算法和拟退火算法分别求解工序分配问题和员工指派问题，并结合实例验证了优化思路与方法的有效性。
针对具有产品关联性的成组产品并行生产线平衡优化问题，采用分阶段研究思路，先后考虑工序复杂性与员工技能水平差异，提出工序与员工分配优化方案。首先以工序优先关系和设备属性为约束，以生产节拍、时间均衡指数和复杂性平滑系数为优化目标建立优化模型，将工序合理分配于工位中。然后根据成组产品特性和各工位技能需求建立员工指派模型，将不同技能员工与工位匹配，减少并行生产线之间节拍差异，实现成组产品的均衡生产。采用遗传算法和拟退火算法分别求解工序分配问题和员工指派问题，并结合实例验证了优化思路与方法的有效性。
2023, (4): 141-147.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.022
摘要:
针对挤出生产车间设备种类繁多，设备通讯方式多样，数据语义格式不一，形成多源异构数据无法统一采集的难题，以塑料挤出生产线为研究对象，提出一种基于OPC UA的挤出生产线监控系统信息模型。运用OPC UA信息建模理论，结合挤出生产线加工应用场景抽象出整体信息模型，通过定义类型模型建立可扩展的信息模型并实例化描述，使用UaModeler输出结构明确的可视化信息模型和XML模型描述文件。将生成的XML文件映射到OPC UA服务器地址空间，利用OPC UA客户端工具UaExpert连接OPC UA服务器对OPC UA信息模型进行测试。结果表明在OPC UA框架下构建的挤出生产线实例化信息模型的正确性和可行性，数据信息能以标准化方式采集和统一的接口访问方式进行信息通讯。
针对挤出生产车间设备种类繁多，设备通讯方式多样，数据语义格式不一，形成多源异构数据无法统一采集的难题，以塑料挤出生产线为研究对象，提出一种基于OPC UA的挤出生产线监控系统信息模型。运用OPC UA信息建模理论，结合挤出生产线加工应用场景抽象出整体信息模型，通过定义类型模型建立可扩展的信息模型并实例化描述，使用UaModeler输出结构明确的可视化信息模型和XML模型描述文件。将生成的XML文件映射到OPC UA服务器地址空间，利用OPC UA客户端工具UaExpert连接OPC UA服务器对OPC UA信息模型进行测试。结果表明在OPC UA框架下构建的挤出生产线实例化信息模型的正确性和可行性，数据信息能以标准化方式采集和统一的接口访问方式进行信息通讯。
2023, (4): 148-155.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.023
摘要:
针对作业车间调度问题求解的复杂性，以最小化最大完工时间为目标，提出基于深度强化学习优化算法求解作业车间调度问题。首先，基于析取图模型构建深度强化学习的调度环境，并建立三通道状态特征，设计20种复合启发式调度规则作为动作空间，将奖励函数等价为机器利用率；利用深度卷积神经网络搭建动作网络和目标网络，以状态作为输入，输出每个动作的Q值，进而使用行动有效性探索和利用策略选取动作；最后，计算即时奖励和更新调度环境。使用标准案例验证了算法可以平衡求解质量和时间，训练好的智能体对非零初始状态下调度问题具有很好的泛化性。
针对作业车间调度问题求解的复杂性，以最小化最大完工时间为目标，提出基于深度强化学习优化算法求解作业车间调度问题。首先，基于析取图模型构建深度强化学习的调度环境，并建立三通道状态特征，设计20种复合启发式调度规则作为动作空间，将奖励函数等价为机器利用率；利用深度卷积神经网络搭建动作网络和目标网络，以状态作为输入，输出每个动作的Q值，进而使用行动有效性探索和利用策略选取动作；最后，计算即时奖励和更新调度环境。使用标准案例验证了算法可以平衡求解质量和时间，训练好的智能体对非零初始状态下调度问题具有很好的泛化性。
2023, (4): 156-162.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.024
摘要:
为了提高订单加急扰动时柔性生产车间重调度的效率，提出了基于邻域拥挤度淘汰NSGA-II算法和优先加工通道的重调度方案。针对订单加急扰动下重调度问题，建立了减少车间能耗和完工时间的双重优化模型。构造了多目标优化问题的邻域，提出了基于邻域拥挤度淘汰NSGA-II算法的柔性车间静态调度方法。当订单加急扰动发生时，设计了基于优先加工通道的完全重调度方案。使用Kacem02标准算例对静态调度性能测试，文章算法的优化目标极值小于标准NSGA-II算法和混合NSGA-II算法，说明该算法的优化能力更强。订单加急扰动后，优先加工通道和滚动遗传算法均将加急订单完成时间由18 min提前到14 min，但是前者保持了整体完工时间不变，而后者整体加工时间由18 min增加到20 min，结果表明优先加工通道在柔性车间重调度中具有更好性能。
为了提高订单加急扰动时柔性生产车间重调度的效率，提出了基于邻域拥挤度淘汰NSGA-II算法和优先加工通道的重调度方案。针对订单加急扰动下重调度问题，建立了减少车间能耗和完工时间的双重优化模型。构造了多目标优化问题的邻域，提出了基于邻域拥挤度淘汰NSGA-II算法的柔性车间静态调度方法。当订单加急扰动发生时，设计了基于优先加工通道的完全重调度方案。使用Kacem02标准算例对静态调度性能测试，文章算法的优化目标极值小于标准NSGA-II算法和混合NSGA-II算法，说明该算法的优化能力更强。订单加急扰动后，优先加工通道和滚动遗传算法均将加急订单完成时间由18 min提前到14 min，但是前者保持了整体完工时间不变，而后者整体加工时间由18 min增加到20 min，结果表明优先加工通道在柔性车间重调度中具有更好性能。
2023, (4): 163-168.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.025
摘要:
通过对滚珠丝杠系统的热源、热边界条件的确定和计算，分别建立实心/空心滚珠丝杠系统的热稳态仿真分析模型，利用有限元的方法，得到滚珠丝杠系统的热稳态温度场分布，进而利用多场耦合对滚珠丝杠系统进行热结构耦合分析得到实心滚珠丝杠和空心滚珠丝杠的热变形情况，并分析热变形对滚珠丝杠系统的影响；然后分别对实心/空心滚珠丝杠系统进行模态分析和静态分析，分析滚珠丝杠中空后动静态特性的变化和影响，为立式加工中心的优化和改进提供理论依据。
通过对滚珠丝杠系统的热源、热边界条件的确定和计算，分别建立实心/空心滚珠丝杠系统的热稳态仿真分析模型，利用有限元的方法，得到滚珠丝杠系统的热稳态温度场分布，进而利用多场耦合对滚珠丝杠系统进行热结构耦合分析得到实心滚珠丝杠和空心滚珠丝杠的热变形情况，并分析热变形对滚珠丝杠系统的影响；然后分别对实心/空心滚珠丝杠系统进行模态分析和静态分析，分析滚珠丝杠中空后动静态特性的变化和影响，为立式加工中心的优化和改进提供理论依据。
2023, (4): 169-173.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.026
摘要:
滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键部件，其动态特性与运动精度紧密相关，对数控机床加工精度有重要影响。滚珠丝杠进给系统的动态特性具有明显的时变特征，为探究工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律，基于集中质量法构建了滚珠丝杠进给系统动力学模型，并利用有限元方法验证了模型精确度。基于所构建的动力学模型开展了工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律分析，构建了其响应面，结果显示，随着工件质量的增加，滚珠丝杠进给系统固有频率降低；工件位置离工作台重心越近，对系统固有频率影响越小。结果可用于实际加工过程中，指导工件的在工作台面的放置位置选择。
滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键部件，其动态特性与运动精度紧密相关，对数控机床加工精度有重要影响。滚珠丝杠进给系统的动态特性具有明显的时变特征，为探究工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律，基于集中质量法构建了滚珠丝杠进给系统动力学模型，并利用有限元方法验证了模型精确度。基于所构建的动力学模型开展了工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律分析，构建了其响应面，结果显示，随着工件质量的增加，滚珠丝杠进给系统固有频率降低；工件位置离工作台重心越近，对系统固有频率影响越小。结果可用于实际加工过程中，指导工件的在工作台面的放置位置选择。
2023, (4): 174-180.
doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.027
摘要:
为了提高样本不均衡条件下轴承故障诊断精度，提出了基于VAE-SNN的样本增广方法和基于非平衡损失网络的故障诊断方法。首先，使用变分自编码器用于数据生成，并依据孪生神经网络对生成数据的类别进行判定，实现了基于变分自编码器和孪生神经网络的样本增广；其次，分析了卷积神经网络无差别对待样本的缺点，针对不均衡样本的特殊性，提出了非平衡损失函数卷积网络，该网络能够自动关注数量少、难分的样本训练。经实验验证，生成对抗网络增广的样本相似度为0.847，孪生神经网络增广的样本相似度比对抗网络提高了6.61%，说明孪生神经网络的样本增广效果更好；在相同诊断方法前提下，样本增广后比增广前的准确率提高了9.42%，说明样本增广有利于提高轴承的故障诊断准确率；非均衡损失网络比卷积神经网络的诊断精度提高了7.17%，比自适应深度学习提高了4.12%，验证了非均衡损失网络的高准确率和优越性。
为了提高样本不均衡条件下轴承故障诊断精度，提出了基于VAE-SNN的样本增广方法和基于非平衡损失网络的故障诊断方法。首先，使用变分自编码器用于数据生成，并依据孪生神经网络对生成数据的类别进行判定，实现了基于变分自编码器和孪生神经网络的样本增广；其次，分析了卷积神经网络无差别对待样本的缺点，针对不均衡样本的特殊性，提出了非平衡损失函数卷积网络，该网络能够自动关注数量少、难分的样本训练。经实验验证，生成对抗网络增广的样本相似度为0.847，孪生神经网络增广的样本相似度比对抗网络提高了6.61%，说明孪生神经网络的样本增广效果更好；在相同诊断方法前提下，样本增广后比增广前的准确率提高了9.42%，说明样本增广有利于提高轴承的故障诊断准确率；非均衡损失网络比卷积神经网络的诊断精度提高了7.17%，比自适应深度学习提高了4.12%，验证了非均衡损失网络的高准确率和优越性。
