制造技术与机床

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陈凯, 张礼华, 赵恒, 陈景铭

2023, (1): 9-15. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.001

摘要 HTML PDF(1743KB)

摘要:
实现轴承的智能化诊断是实现旋转设备的智能化诊断的关键。在轴承故障诊断实际情况中存在特征提取不完全、变工况情况下传统的诊断方法效率低的问题。针对这个问题，提出了一种组合方法。在该方法中使用具有宽卷积核的卷积神经网络与长短时记忆网络组合的深度特征提取网络对原始的振动信号进行深层次的特征提取，其次以对抗域适应网络实现源域与目标域间的知识迁移，解决了变工况情况下的跨域诊断能力不理想的问题。并对所提方法进行了验证，实验结果表明，所提方法能够有效地实现对轴承振动信号的深度提取以及识别变工况情况下的轴承故障类型，提高了跨域诊能力。

基于LE和DBN算法的轴承故障信号特征提取及诊断

余震, 何留杰, 王峰

2023, (1): 16-20. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002

摘要 HTML PDF(1215KB)

摘要:
为了提高机械传动系统的运行稳定性，提出了一种基于半监督拉普拉斯特征映射（semi-supervised laplacian eigenmap, SLE）和深度置信网络（deep belief network, DBN）算法的故障信号特征提取方法。选择SLE算法提取高维振动信号的流形参数，在DBN内输入流形学习数据实现特征数据二次挖掘的过程，完成不同故障的分类。研究结果表明：采用SLE-DBN模型进行处理时达到了比其余模型更优性能。采用SLE算法可以显著缩短SLE-DBN组合模型运算时间。训练集样本进行识别得到的准确率接近100%，表明模型能够对训练数据起到良好的拟合效果。SLE算法相对MCA与PCA算法表现出了更优特征提取性能，当设置合适参数时可以获得近100%的准确率。当有标签样本数量介于60~120时，DBN网络相对CNN网络表现出了更优分类性能。SLE-DBN模型对于别轴承故障诊断方面都达到了理想分类精度以及实现快速识别的要求。

基于经验模态分析的机床主轴轴承外圈非接触式故障检测方法

刘斌, 刘佳, 张海鹏

2023, (1): 21-28. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.003

摘要 HTML PDF(2903KB)

摘要:
针对主流机床的电机主轴轴承外圈故障检测问题，提出1种利用机床主轴电机定子电流信号进行非接触式故障诊断的方法，利用经验模态分解（EMD）对机床电机非平稳定子电流信号进行分析。采用经验模态分解方法提取定子电流信号的本征模函数（IMF）应用于维格纳分布（WVD），得到故障信号的维格纳分布轮廓图，最终利用人工神经网络进行故障样本的模式识别，可有效检测机床主轴轴承外圈缺陷。试验结果表明，在不同负载条件下，基于经验模态分解的维格纳分布定子电流监测对外圈缺陷的故障检测和诊断具有准确率高、计算量小以及检测成本低等优点，具有一定的工程实用及推广价值。

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

韦泽川, 李均, 冯峰, 查慧婷, 许超, 马原, 赵学奇, 冯平法

2023, (1): 29-35. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.004

摘要 HTML PDF(1948KB)

摘要:
面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别，但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型，设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成（DDS）技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大，使用相位和有效值（RMS）计算实现频率追踪策略，从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后，对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析，结果表明，在开环定频驱动功能下可以输出15~50 KHz的超声信号，在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外，文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级，并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。

超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

林洁琼, 闫东, 卢明明, 李家成, 高鑫

2023, (1): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005

摘要 HTML PDF(1911KB)

摘要:
铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理，使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型，并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出：超声振动辅助切削SiCp/Al时，SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低，切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比，但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低，另外在剪切带的切削温度最高。

TB9钛合金超声辅助切削试验研究

刘乐, 张亚龙, 关悦, 金宏, 刘前峰, 刘海

2023, (1): 44-48. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.006

摘要 HTML PDF(1389KB)

摘要:
钛合金作为航空紧固件的主要原材料，其加工性能直接决定了航空紧固件的服役性能，进而影响着航空装备的可靠性，改善钛合金的机械加工性能是提高航空紧固件的有效方法。文章以TB9高强钛合金为研究对象，主要对比传统切削加工和超声切削加工在主切削力、表面加工形貌以及刀具磨损特征等方面的不同，结果表明了与传统切削相比，超声切削有效降低了切削过程中的切削波动，并降低了加工中的切削力；同时超声切削引起的机械划痕深度降低了61.34 %，且随着超声振幅的增加，TB9钛合金试样的表面加工质量显著提高、硬质合金刀具的氧化磨损程度降低。

CFRP铣削加工刀具优化

贺皑, 袁信满, 陈保林, 胡智钦

2023, (1): 49-54. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.007

摘要 HTML PDF(2214KB)

摘要:
碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced plastics，CFRP）因性能优异，在航空航天等高端装备领域应用广泛。但由于CFRP是典型的难加工材料，铣削过程中刀具磨损快，并且易形成毛刺、分层和崩边等缺陷。其中，最常见的是边缘毛刺缺陷，带来大量打磨工作。因此，探究抑制CFPR边缘毛刺产生的方法对企业实现优质高效加工具有重要意义。分析了CFPR边缘毛刺产生的原理，设计了优化结构的新型铣刀，在刀具周向设计了菠萝右旋刃、普通右旋刃、菠萝左旋刃和普通左旋刃4组刀刃，每组切削刃均由密布刀刃组成。边缘铣削试验结果表明，相比菠萝铣刀和交错铣刀，新型铣刀能够较好地抑制CFRP边缘毛刺的产生。

椭圆振动辅助切削振动参数对加工SiCp/Al切削力的影响研究

卢明明, 周瑞琦, 杜永盛, 高强, 杨亚坤

2023, (1): 55-60. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.008

摘要 HTML PDF(1911KB)

摘要:
为了研究椭圆振动辅助切削SiCp/Al复合材料的材料去除机理以及不同振动参数对切削力产生的影响，运用有限元分析软件ABAQUS建立二维平面的SiCp/Al复合材料切削模型，对比前人不同切削深度下测得切削力的实验数据验证模型正确性，进行椭圆振动辅助切削仿真研究。仿真结果表明，相位差为π/2时平均主切削力和吃刀抗力最小；随着振动频率的增大，平均主切削力和吃刀抗力都有着减小的趋势；X方向振幅对主切削力和吃刀抗力有着显著影响，X方向振幅增大，切削力减小；Y方向振幅增大，主切削力减小但吃刀抗力略有增大。

无氧铜深孔钻削仿真与试验研究

韩晓兰, 侯杰, 郑桓, 张旭康

2023, (1): 61-66. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.009

摘要 HTML PDF(1582KB)

摘要:
针对无氧铜深孔钻削时存在断屑难、易粘结等问题，采用仿真分析和试验研究相结合的方法，对无氧铜深孔钻削过程中切屑形态的变化进行了研究。基于ABAQUS软件对无氧铜深孔钻削过程进行了仿真，分析了进给量与转速的组合对切屑形态的影响规律，并进行了试验研究。研究结果表明：当转速为255 r/min、进给量为0.07 mm/r时获得短切屑，可实现顺畅排屑，为易切削难断屑材料的深孔钻削加工参数的选择提供了一定的参考依据。

基于EtherCAT通信的双CPU总线型柔性折弯加工中心专用数控系统研发

吴凤和, 王帅淇, 孙迎兵, 张会龙, 王宇, 连辉, 柴海宁

2023, (1): 67-73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.010

摘要 HTML PDF(1616KB)

摘要:
面向柔性折弯加工中心控制的低成本、便捷性、功能集成与定制化需求，提出并开发了一款基于EtherCAT通信的双CPU总线型柔性折弯加工中心专用数控系统。首先，通过分析十轴柔性折弯加工中心成型原理，基于EtherCAT通信协议，提出了一种“PC+运动控制卡”的双CPU总线型控制模式，确定了数控系统的硬件架构；然后，采用C#编程语言，完成了专用数控系统软件开发，重点解决了板材精确定位、考虑回弹的折弯控制、人机交互界面优化等关键问题；最后，开展了加工测试和实验验证。结果表明，开发的专用数控系统加工角度误差范围小于$ \pm 45'$，直线度间隙误差小于0.3 mm，符合钣金行业GB/T 33644-2017标准，且人机交互性友好、功能集成度高、运行稳定，能够很好地满足实际生产需要。

GNC62数控系统专用加工功能的开发和集成

耿文剑

2023, (1): 74-77. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.011

摘要 HTML PDF(1337KB)

摘要:
工艺复杂、工序繁多的工件普遍采用数控加工，对编程人员技术能力及经验要求极高。为了降低人力成本，可利用开放式数控系统二次开发功能，把复杂的过程和庞大的NC代码封装成数控系统专用功能，使用该功能进行编程和操作，有向导式的提示及图形化的说明，大幅降低了编程及操作人员的能力要求，同时也提升了编程效率及操作的准确性，将开放式数控系统优势和价值发挥充分。

华中数控卧式四轴机床坐标系自动补偿研究

杨凯, 胡兴平, 冯常喜, 张宁, 吴飞, 赵志虎

2023, (1): 78-82. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.012

摘要 HTML PDF(1162KB)

摘要:
针对卧式四轴机床无刀尖点跟随功能的情况下，无法实现产品在转台任意位置进行坐标系自动补偿的问题。通过分析刀尖点跟随原理，结合机床结构及坐标系变换后机床任意点坐标与机械坐标系的变换关系，编制坐标系自动补偿宏程序，开展基于NX的后处理开发研究，在NX编程平台中以事件形式驱动后处理，完成坐标系自动补偿宏程序的自动输出，实现华中数控卧式四轴机床坐标系自动补偿，实现产品在机床工作台任意位置的加工，提高四轴数控机床的适用性。

基于随机森林贝叶斯优化的机械臂运动参数优化研究

刘晨晖, 张为民, 薛峰

2023, (1): 83-90. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.013

摘要 HTML PDF(1232KB)

摘要:
机械臂作为生产系统中的重要物流设备之一，在新产品投产前，需要对其未知的上下料轨迹及其运动参数进行寻优配置或整定，以找到适应于该产品的最优物流参数配置方案；但目前在机械臂的运动参数优化方面仍存在着优化时间成本较高、优化效果欠佳的问题。面向机械臂安装燃料电池极板工作场景，以机械臂的运动平稳性、绝对定位精度、物流效率的综合归一值为优化目标，采用基于随机森林概率代理模型的贝叶斯优化算法，以ABB IRB 1410机械臂为例，对其关键运动参数进行寻优。将其与高斯过程代理的贝叶斯算法在相同条件下所得实验结果进行了对比。实验表明，在机械臂运动参数优化问题上，随机森林贝叶斯算法相较于高斯贝叶斯算法，综合效果提升了15%。

台虎钳的集成夹紧系统研究

杨茜, 尹甜甜, 盖蕾

2023, (1): 91-96. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.014

摘要 HTML PDF(1189KB)

摘要:
针对目前常用的丝杆加力台虎钳工作效率低、夹持力小和劳动强度大等问题，提出1种集丝杆加压、双速柱塞泵增压、液压缸驱动夹紧的多重增压方式及抱合支承于一体的新型集成夹紧系统。分析了台虎钳的研究进展概况，论述了集成夹紧系统的工作原理、结构特点、相关参数的计算方法，并通过设计计算，得到两种液压台虎钳夹紧系统的工作参数。结果表明：新型台虎钳夹紧系统结构紧凑，增压比大，采用较小的手动力和较少的手柄转动数圈，即可实现对工件的夹持，夹紧力大且稳定可靠；手工推动活动钳身部分进行快速移动，工作效率远高于丝杠传动，使用方便快捷，特别适合工件尺寸范围大、大小工件调换频繁的场合。

PMSM的新型趋近律滑模调速控制器设计

谭舒丹, 马家庆

2023, (1): 97-101. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.015

摘要 HTML PDF(5793KB)

摘要:
针对永磁同步电机（PMSM）矢量控制系统由于时滞现象导致的d-q轴电流脉动大、速度响应慢等问题，设计一种积分型滑模（SMC）速度控制器。其中，基于幂次趋近律提出一种新型趋近律，并通过Lyapunov函数验证其稳定性。然后，在电机实验中，提出从微观的角度进行d-q电流与电机速度的相图绘制，进一步验证控制器的有效性。数值仿真和实验表明，与传统SMC控制器相比，该控制方法能够减小电流脉动，提高系统的调速稳定性和响应速度。

基于坠落机制的混沌麻雀算法AGV路径规划

李一铭, 王跟成

2023, (1): 102-108. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.016

摘要 HTML PDF(1501KB)

摘要:
针对麻雀搜索算法(SSA)在AGV路径规划中存在收敛速度慢、寻优精度差的缺点，提出一种基于坠落机制的混沌麻雀算法(SSA-CD)解决AGV路径规划算法。首先，引入Sinusoidal混沌映射和变尺度混沌策略对种群进行初始化，提高种群多样性使算法具备跳出局部最优解的能力；其次，引入动态黄金正弦策略增强算法发现者位置更新方式；然后，提出一种坠落机制增强种群随机性；最后，通过埃尔米特插值进一步优化最优解，获得更短更平滑的路径。通过栅格地图进行仿真实验，证明了改进算法的有效性、可行性和鲁棒性。

不同指令轨迹条件下滚珠丝杠进给系统运动精度特性研究

雷美荣, 苏芳, 王舒玮, 王晨升

2023, (1): 109-113. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.017

摘要 HTML PDF(2882KB)

摘要:
滚珠丝杠进给系统是高档数控机床重要部件，其运动精度决定了多轴联动加工机床的加工精度，在高速、高精度滚珠丝杠进给系统中，其指令轨迹参数是影响运动精度的重要因素。基于Simulink和Simscape搭建滚珠丝杠进给系统半物理机电耦合仿真模型，考虑不同指令轨迹参数，开展运动精度仿真及分析。结果显示，指令轨迹的位置、速度和加速度等参数对滚珠丝杠进给系统运动精度有重要影响，因此，在多轴联动加工机床中，合理规划进给系统轨迹参数对于提高其运动精度具有重要意义。

融合帝国竞争与遗传算法的零件加工工艺排序方法

李书涵, 周学良, 冷杰武

2023, (1): 114-120. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.018

摘要 HTML PDF(1448KB)

摘要:
针对计算机辅助工艺规划中的零件加工工艺排序问题，以最小化机床、装夹以及刀具变更次数为优化目标，构建了工艺排序的数学模型，并提出了融合帝国竞争与遗传算法的优化求解方法，将帝国竞争算法输出的较优加工序列作为遗传算法的初始种群，通过融合帝国竞争算法不受初始种群影响的特性和遗传算法的快速收敛能力提升算法求解性能。实验结果表明：混合算法寻找最优解的效果比采用单一算法的效果更好，并且收敛速度更快。

转向螺母多向联动加载成形工艺研究

刘丹, 刘光辉, 王涛, 刘华

2023, (1): 121-125. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.019

摘要 HTML PDF(1901KB)

摘要:
转向螺母是汽车上复杂异形非圆齿形零件，结构形状复杂，需要多个方向产生变形，各部分变形量不同，成形难度大。在分析其结构形状特点和成形难点的基础上，提出了多向联动加载成形工艺。该工艺在成形过程中，各凸模加载顺序、速度、行程根据材料流动和充填情况进行联动控制，控制材料主动向需要的地方流动和填充，进而提高材料充填性和降低成形力。利用有限元软件对该工艺成形过程中的金属流动规律、材料填充状况、应力分布、成形力进行了数值模拟分析。对转向螺母的多向联动加载成形工艺和顺序加载成形工艺进行了对比分析，多向联动加载成形工艺比顺序加载成形工艺成形力降低了28%。对多向联动加载成形工艺进行了成形试验，成形出的转向螺母充填饱满，尺寸符合图纸要求，未出现锻造缺陷，并进行了小批试制。试验结果表明该工艺具有可行性和实用性。

基于机器视觉的直齿轮齿距偏差检测

逯海滨, 张丹, 李长安, 隋文涛, 窦亚萍, 张宇凡

2023, (1): 126-131. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.020

摘要 HTML PDF(3663KB)

摘要:
针对直齿轮齿距偏差测量难度大、测量精度低的现状，文章采用机器视觉技术对直齿轮的齿距偏差进行检测。通过机器视觉系统获取齿轮图像，利用改进的 Zernike 矩亚像素边缘检测算法进行齿轮边缘检测；利用重心法求取齿轮几何中心，利用统计连通域法求取齿数，利用凸包法计算齿顶圆半径并计算获取齿根圆半径，通过齿顶圆公式计算模数，通过分度圆公式计算分度圆半径；依据测量结果给出了齿轮齿距偏差的测量方法，通过测量结果与直齿轮实际尺寸对比和分析，证明了该算法的合理性，可以实现齿距偏差的有效检测。

基于正多边形截面薄壁零件旋压成形质量研究

王佰超, 张欣龙, 高建军, 张澧桐, 张洪明, 王慧冬

2023, (1): 132-138. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.022

摘要 HTML PDF(1781KB)

摘要:
基于新型非圆旋压成形方法，讨论正多边形零件旋压成形的旋轮对零件轮廓的成形轨迹方程。以等边三角形截面以及正五边形截面的旋压为例，研究新型非圆旋压成形方法在旋压过程中的主轴转速、旋轮进给比和道次三项工艺参数对正多边形截面旋压件壁厚差的影响。应用有限元软件进行仿真分析，根据仿真结果分析正多边形旋压件的壁厚分布规律，即正多边形旋压件的壁厚呈周期性分布，最大壁厚发生在正多边形旋压件的圆角处。采用Box-Behnken实验设计方法设计仿真实验，根据仿真数据对零件的壁厚差进行方差分析，建立了关于壁厚差的预测模型并对其进行优化，最后进行多组仿真研究用来验证模型准确性。结果表明主轴转速、旋轮进给比、道次对正多边形零件壁厚差的影响显著，主轴转速与壁厚差呈正相关，而进给比壁厚差呈负相关，道次对壁厚差的影响先减小后增加。

GPS轮廓法粗糙度数据处理研究与实现

潘丽丽

2023, (1): 139-144. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.023

摘要 HTML PDF(1608KB)

摘要:
根据GPS规范，对轮廓法粗糙度数据处理提出了切实可行的方案并通过编程实现算法：利用最小二乘拟合法消除测量数据中的标称形状；将高斯滤波器输出函数离散化，实现数字滤波器，并利用该滤波器滤除噪声，将原始轮廓、粗糙度轮廓和波纹度轮廓进行分离。

一种基于改进NSGA-II的多目标绿色柔性作业车间调度方法

郑锦灿, 邵立珍, 雷雪梅

2023, (1): 145-152. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.024

摘要 HTML PDF(1693KB)

摘要:
针对多目标绿色柔性作业车间调度问题，建立了以最小化最大完工时间、总负荷和总能耗为优化目标的多目标优化模型，提出了一种带有自适应交叉变异算子和学习机制的改进NSGA-II多目标优化算法。该算法通过机器和工序的两级编码机制，使用基于全局、局部和随机选择的非支配排序选择策略得到初始种群；采用具有自适应算子的混合交叉变异策略进行迭代，提高算法的全局搜索能力；引入分布函数来改进精英保留策略提高种群的多样性；通过学习机制进行邻域搜索提高算法的局部搜索能力。最后，采用基准测试算例Brandimarte以及Kacem数据集对算法进行测试，结果表明采用改进的NSGA-II算法求解多目标绿色柔性作业车间调度问题具有求解精度高、收敛速度快以及解集多样性好的优点。

基于机器学习的图号申请系统设计与实现

罗瑞旭, 张辉, 张胜文, 李坤, 方喜峰

2023, (1): 153-159. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.025

摘要 HTML PDF(1626KB)

摘要:
针对企业中图号申请效率低下的现状，开发了基于机器学习的图号申请系统。首先，对企业PDM库中的历史图号申请记录进行去流水号和去重处理得到数据集。其次，采用K-means++算法将数据集和需要申请图号的新零部件共同聚类划分为若干簇，遍历每簇中的新零部件并利用KNN算法得到其属性图号。针对“同名异号”件采用基于多视图卷积神经网络的三维模型检索技术得到其属性图号。最后，对属性图号分配最新流水号得到完整图号。以企业某批次冷藏车厢体为例，系统图号申请正确率达到95%以上，效率提高5~6倍。

隐性扰动下柔性作业车间重调度决策

宋李俊, 徐志鹏, 李斐

2023, (1): 160-167. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.026

摘要 HTML PDF(1626KB)

摘要:
针对柔性作业车间隐性扰动累积下的重调度问题，对重调度时刻点的确定以及重调度方式的选择进行了研究。在不超过各工件交货期的条件下，通过分析工序间的动态关联性，计算出各工序的所能容忍的延迟完工极限，作为重调度触发的时刻点。利用遗传算法对3种重调度方法（即右移重调度、部分重调度和完全重调度3种重调度方法）进行程序设计，并建立数学模型对重调度方式进行选择决策。最后，通过仿真证明了重调度时刻点的准确性以及重调度方式选择的正确性。

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