制造技术与机床

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董传贺, 孙晓宇, 李旺鑫, 贾睿昊, 赵欣

2024, (1): 13-18, 25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.001

摘要 HTML PDF(4033KB)

摘要:
为解决3D打印连续碳纤维复合材料（ continuous carbon fiber reinforced composites, C-CFRP）成型件内部空隙多、应力集中等缺陷，文章提出了基于熔融沉积技术的超声在线调控打印方法。探究了超声振幅在0 μm、10 μm、20 μm、30 μm、40 μm、50 μm时，C-CFRP丝的拉伸性能，以及超声振幅在0 μm、20 μm时，C-CFRP件的拉伸、弯曲性能；并通过超景深显微镜观测了C-CFRP丝的横截面形貌，以及采用扫描电镜观察了C-CFRP件断裂面的微观结构，最后对超声调控熔融树脂浸润纤维进行了机理分析。结果表明：C-CFRP丝的力学性能随着超声振幅的增加，先提高后降低，在20 μm振幅作用下，失效载荷值最大，为121 N，比无超声状态下提高了16%；复材件在20 μm振幅作用下，比无超声状态下拉伸性能提高了11%，弯曲性能提高了23%，为高性能C-CFRP 3D 打印技术的发展提供了参考。

激光熔化沉积30CrNi2MoVA温度场数值模拟研究

丁鑫钰, 李伟, 张煜杭, 陈龙庆, 王宗平, 殷鸣

2024, (1): 19-25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.002

摘要 HTML PDF(2138KB)

摘要:
30CrNi2MoVA钢被广泛用于军工炮管制备，由于工作环境恶劣，其零件表面易出现磨损、裂纹等损伤，常采用激光熔化沉积技术（laser melting deposition，LMD）完成表面修复工作。LMD过程中的热行为决定了材料组织演变从而影响零件的表面质量及力学性能。基于ABAQUS搭建LMD过程30CrNi2MoVA钢的温度场有限元模型。研究LMD过程中温度场的分布以及加工工艺参数对温度场的影响，分析了薄壁件沉积过程中的热历史及传热特征，并设计了相关实验验证模型的适用性。结果表明：LMD温度场沿扫描方向呈对称分布，激光功率每增大100 W，熔池最高温度增加约40 ℃，扫描速度则相反。随着沉积层数上升，热积累效应增大，熔池峰值温度升高，冷却速度降低。

增材制造SLM工艺对Ti6Al4V表面织构成型质量的影响

崔雲崴, 田斌, 王子妍, 冯青源, 冉志勇

2024, (1): 26-31. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.003

摘要 HTML PDF(2702KB)

摘要:
为了探究增材制造SLM工艺对“一步法”制备Ti6Al4V表面织构实际成型尺寸和形貌等成型质量的影响，文章采用金属3D打印机在选择性激光熔化（SLM）工艺下制备表面具有不同理论织构直径和深度的Ti6Al4V钛合金试样，观察并分析得到凹坑织构边缘和底部的未熔物随着织构直径和深度的增大而增多。随着理论织构深度增加，D400试样凹坑织构的实际直径和平均直径误差均先增加后减小，平均直径误差最小为2.08%；D800试样凹坑织构的平均直径误差呈下降趋势，最小为2.84%。而D400试样凹坑织构的平均深度误差逐渐减小，最小为2.23%；D800试样凹坑织构深度方向成型精度较低。3D打印一体成型可以在Ti6Al4V钛合金表面制备较好的凹坑织构，且实际凹坑织构在直径方向的成型质量优于深度方向。

基于改进型预估FOPID的选择性激光烧结预热温度控制研究

崔昊, 郭艳玲, 肖亚宁, 蒋成雷, 李健, 王扬威

2024, (1): 32-40. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.004

摘要 HTML PDF(3543KB)

摘要:
针对选择性激光烧结（SLS）过程中预热温度控制的非线性不确定性和时延滞后等问题，本研究提出了一种改进预估分数阶比例-积分-微分（FOPID）控制器用于温度控制。该控制器首先整合了Smith预估器以消除纯时滞环节产生的震荡，提高被控系统的鲁棒性；然后提出了一种新颖的敏感参数自整定方法，即增强型混合阿奎拉优化器（EAOCBO）用于对预估FOPID控制器的模型参数进行最优设计。阿奎拉优化器（AO）是一种仿生智能算法，为克服其探索和开发阶段的不平衡以及易于陷入局部最优的缺陷，引入了白冠鸡优化算法中的领导者更新机制，自适应切换系数以及折射反向学习策略，在9个IEEE CEC2017测试函数中，EAOCBO的优化表现相较于其他对比算法有着显著增强。为了验证所提出的EAOCBO-Smith预估FOPID控制器的有效性，通过Matlab/Simulink软件仿真分析了单位阶跃信号下的动态响应特性并将其进一步应用于烧结样机开展成型效果试验。结果表明，所提的控制方法相较于其他先进的FOPID控制器有着更低的调节时间和稳态误差，这表明了其出色的响应速度和控制精度，同时，EAOCBO-Smith预估FOPID控制器在实际应用中也能精确地控制预热温度，改善温度场的均匀性，进而提高成型件的尺寸精度。

电源类型对短电弧-电化学复合加工放电凹坑影响研究

胡国玉, 王家豪, 周建平, 张晟晟, 付斐

2024, (1): 41-47. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.005

摘要 HTML PDF(2596KB)

摘要:
放电凹坑大小影响着加工表面形貌的一致性，放电凹坑的凸起高度及凹坑表面的重铸层对加工表面质量有重要影响。文章基于短电弧-电化学复合加工方法，在直流与脉冲两种常用电源类型下对钛合金TC4进行单次放电实验，分析两种电源类型下的短电弧-电化学复合加工单次放电凹坑尺寸及影响规律；结合单次放电凹坑实验所采集到的波形与电弧放电过程仿真模型对电弧放电过程的等离子体放电通道变化进行研究。研究结果发现，直流与脉冲放电凹坑的尺寸与影响规律差异与电弧的断弧方式有关，不同的断弧方式对等离子体放电通道产生影响，直流电弧倾向于通过流体介质运动和极间距离改变进行断弧，而脉冲电弧通过脉冲后沿电压变化和极间距离改变进行熄弧。这两种断弧方式不仅影响了凹坑的尺寸形貌，也影响了断弧后的电化学腐蚀效果。

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

王朝阳, 黄俏梅, 秦荣斌, 丁志敏

2024, (1): 48-52. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.006

摘要 HTML PDF(1957KB)

摘要:
为了提高列车车轴的使用寿命，研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力，探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明：与磨削试样相比，滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度，其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低，达到了0.2 μm；高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深；高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大，达到了370 HV_0.1，并形成了深度为150 μm左右的硬化层；滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响，特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高，从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。

超声滚挤压执行器的机床精密调高装置研究

卢邑彪, 王晓强, 田英健, 凌远非, 石青松, 张旭

2024, (1): 53-58. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.007

摘要 HTML PDF(3483KB)

摘要:
为解决超声滚挤压装置在超声加工时，由于执行刀具在机床垂直高度方向上，挤压头总是无法与工件中心轴线处于同一水平线，导致加工准备工作耗时长、高度调节难的问题，文章提出一种既能满足超声滚挤压执行器高度调节而且使用时不受机床局限的精密调高装置的机械设计方法。利用蜗轮蜗杆机构，实现高度方向调节，同时由楔块承重，可以承受在刀架夹紧情况下的巨大载荷，保护内部零件、螺母和弹簧片稳固构件，确保该装置在作业时避免出现移动，增加稳定性。最后通过试验对比得出：利用该装置后滚压头的调高时间缩短到30 s以内，测得工件粗糙度降低了7%左右，直径偏差降低了50%～67%。满足超声加工时在不同工况下，对刀具高度调节实现精准把控，极大程度地解决了超声滚挤压执行器在不同机床工作时高度调节的需求。

TC4表面精整车削三维仿真与验证

豆卫涛, 史丽晨, 康凯, 韩飞燕, 卢竹青, 王哲

2024, (1): 59-66. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.008

摘要 HTML PDF(4736KB)

摘要:
为了分析无心车床精整车削钛合金线材过程中切削速度、进给速度、切削深度对切屑形貌、切削力和残余应力的影响，使用仿真模拟软件ABAQUS建立基于无心车床的三维有限元精整车削模型，并且通过试验设计与仿真结果进行对比分析。车削钛合金的过程中，高转速会形成较短的C形屑，有利于切屑的分离与断裂。由于主轴转速的增加，工件与刀具之间摩擦力降低，切削力随着主轴转速的增加而减小。由于进给速度增加，每转进给量随之增加，工件去除量增加，随着进给速度的增加切削力也随之增加。由于切削深度增加，切削去除量不断增加，因此切削力随切削深度的增大而增大。车削钛合金的过程中需要提高转速来降低切削力，有利于切削过程。同时进给速度较小时，易于生成C形屑，有利于车削过程。

外圆磨削非线性动力学模型与实验验证

封超, 张金峰, 许芝令, 王保义

2024, (1): 67-72. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.009

摘要 HTML PDF(1563KB)

摘要:
磨削颤振是磨削过程中砂轮与工件之间产生的强烈振动，它的存在降低了被加工工件的表面质量，加速了砂轮磨损，因此研究磨削系统的稳定性是解决颤振现象发生的关键。首先依据外圆磨削动力学宏观结构建立非线性动力学微观模型，并推导出非线性动力学方程，利用Faddeev算法，对非线性动力学方程进行线性化处理计算出系统特征值，并进行稳定性预测，得出影响磨削稳定性的因素；然后以进给速度和砂轮长度为例使用Matlab绘制出各因素不同取值时的稳定区域图，并研究各参数在状态变化转折点所对应的时域响应图和特征值位置图，发现进给速度从10 mm/min提高到12 mm/min时磨削过程从不稳定转变为稳定状态，砂轮长度从12 mm增大到14 mm时磨削过程从稳定转变为不稳定状态；对稳定图、时域响应图和特征值位置图三者进行对比，发现得到的结论一致，证明模型的正确性。

锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

陈建超, 张子名, 戎纪冉, 丁明超, 王加春, 李开颜

2024, (1): 73-79. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.010

摘要 HTML PDF(2009KB)

摘要:
根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律，提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法，即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段，并在各段的中等分处周向均布一组盲孔，通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则，给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例，采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明，锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比，极限转速提高了约10.79%，锥面接触应力分布显著均匀。

铣削20CrMnTi钢已加工表面粗糙度的试验研究

周浩淳, 金成哲, 张文瑞, 刘玮

2024, (1): 80-84. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.011

摘要 HTML PDF(2413KB)

摘要:
采用正交试验法研究CBN直柄平底立铣刀高速铣削20CrMnTi淬硬钢时切削参数对已加工表面粗糙度的影响。通过极差分析方法研究了切削参数对表面粗糙度的影响程度，通过单因素试验法得到了切削参数对表面粗糙度的影响规律，建立了基于指数函数的切削参数与表面粗糙度的关系模型。利用预测模型得出的表面粗糙度与试验的结果进行误差分析，说明所建立的模型能比较准确地对表面粗糙度进行预测。试验结果表明：各因素的影响程度从大到小依次为铣削深度、每齿进给量和切削速度，表面粗糙度随每齿进给量和铣削深度的增大而增大，随切削速度的增大而减小。

双机器人不同约束下的协调运动轨迹规划方法的研究

苏赫朋, 苗鸿宾, 李梦虔, 申光鹏, 余浪

2024, (1): 85-92. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.012

摘要 HTML PDF(2524KB)

摘要:
随着工业机器人在各行各业的广泛使用，单个机器人已不能满足大规模工件的搬运、复杂焊接和孔轴组装等要求。在双机器人的研究中，最重要的问题就是如何保证双机器人间的运动满足时间和空间约束，也就是双机器人的多重运动协调。文章用两台机械臂协同搬运和协同写字的实例分别分析了紧约束和松约束下的协同运动，对其运动学协调关系进行分析，通过工件或主体运动轨迹研究机器人约束关系，构建两双机协同体系；在Matlab中进行稳定性验证，并对所提出的理论进行可靠性验证。

应用于机床加工的总线数字量模块开发与试验研究

靖娟, 金卫凤

2024, (1): 93-99. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.013

摘要 HTML PDF(1879KB)

摘要:
为了满足数控机床加工对信号量数据采集传输的实时性和稳定性的应用需求，如机床加工现场的轴运动位移硬件限位信号、气阀水阀信号、刀具测量等信号，同时能与可编程控制器建立通信进行数据交互，可实现信号量检测与控制功能。文章设计并开发基于以太网通讯技术的EtherCAT通信协议的数字量模块，对数字量模块软硬件设计内容与数据交互程序的执行流程进行研究，并通过配合标准EtherCAT通信主站TwinCAT进行试验，证明开发的数字量模块能与控制器主站正常建立通信并进行数据传输，且与EtherCAT总线通信数据周期保持同步。基于数字量信号检测设计出机床刀径测量方案，应用该数字量模块在机床加工中进行量刀试验，结果表明通过数字量模块对检测信号的实时响应计算得到的机床刀具磨损误差满足应用要求，具有工程实际价值，达到了研究的目的。

超声椭圆振动切削难加工材料的研究进展

孙玉涵, 张艺嘉, 杨延朝, 蒋振峰, 付秀丽

2024, (1): 100-107. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.014

摘要 HTML PDF(3400KB)

摘要:
超声椭圆振动切削具有断续切削特性的切削优势，已成为国内外研究及应用的热点，尤其适用于脆性材料、复合材料等难加工材料的高性能制造加工领域。目前该技术的机理及对难加工材料的适配工艺方面仍不成熟，需要进一步地探索和实践。通过超声椭圆振动切削机理、特性以及对加工表面质量影响因素的分析，阐明了其在加工中低切削温度、低切削力、低损伤、高尺寸精度以及良好表面完整性的独特优势，综述了在塑性材料、脆性材料、复合材料等难加工材料领域的应用，为后续研究超声椭圆振动切削技术提供了参考。

加工时间模糊车间多目标调度与奖惩灰靶决策

韩文颖, 赵明君, 春兰, 巴特尔

2024, (1): 108-114. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.015

摘要 HTML PDF(1169KB)

摘要:
为了实现加工时间模糊条件下柔性车间多目标优化调度，提出了基于邻域动态选择NSGA-II算法的优化方法和基于奖惩灰靶理论的决策方法。针对加工时间模糊条件下的车间调度问题，采用模糊集理论建立了多目标优化调度模型。在调度优化方面，对NSGA-II算法选择策略进行改进，构造了邻域动态选择NSGA-II的车间调度多目标优化方法。在决策方面，在灰靶决策理论中引入了奖惩算子，该方法可以决策出信息熵意义下的最优结果。经生产案例验证，与标准NSGA-II算法、混沌映射NSGA-II算法、双层遗传算法等相比，邻域动态选择NSGA-II算法的Pareto解集处于支配地位，表明该方法优化能力最强；经加权灰靶理论决策的最优调度方案满足时间约束和逻辑约束，是一种可行调度方案。实验结果表明，优化和决策方法是可行的，且具有一定优越性。

基于内网穿透的FANUC数控系统PMC远程访问方法

叶亮亮, 罗敏, 樊峻杉

2024, (1): 115-123. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.016

摘要 HTML PDF(9496KB)

摘要:
为解决内部网络中FANUC数控系统PMC远程访问的问题，文章提出了基于内网穿透的FANUC数控系统PMC远程访问方法，并使用花生壳软件、NATAPP、frp和花生壳硬件盒子等4种内网穿透工具实现，详细阐述了各个工具方法在实际使用中的具体配置方法，分析对比了4种方法在实际中的应用场景以及优势和劣势。这些方法具有低成本、高效率的特点，为实现FANUC数控系统PMC的远程访问提供了一定的指导和参考。

精密立式磨床天然大理石床身测试分析与优化设计

虞荣华

2024, (1): 124-129. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.017

摘要 HTML PDF(2790KB)

摘要:
为了解决铸铁床身性能已接近材料极限的问题，文章针对某型号精密立式磨床天然大理石床身进行了研究。首先介绍了某型号精密立式磨床基本结构，采用有限元方法对天然大理石床身进行了模态仿真分析；然后进行了床身振动测试验证了仿真模型的正确性；最后基于ANSYS拓扑优化模块开展了天然大理石床身结构优化设计。结果表明：天然大理石床身总变形量、等效应力、质量分别降低了23.8%、15.07%、1.01%，证明了天然大理石作为磨床床身材料的可行性及其性能优越性。

基于Bootstrap-C_pu的机床进给机构装配过程能力评估方法

惠阳, 牛博雅, 史建猛, 梅雪松

2024, (1): 130-135. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.018

摘要 HTML PDF(1345KB)

摘要:
机床进给机构装配过程是其装配质量形成的过程，由于受5M1E因素影响，进给机构装配过程能力可能不足，会导致进给机构装配质量出现较大波动，甚至出现不合格产品。为此，基于$ {C_{pu}} $和Bootstrap理论，构建了基于Bootstrap-$ {C_{pu}} $的进给机构装配过程能力评估方法，并进行了实际应用。结果表明：在95%置信度条件下，该批机床进给机构装配过程能力是足够的，其装配质量波动较小。

内外圈相对倾斜对圆柱滚子轴承寿命的影响

魏延刚, 段同江, 姚金池, 吕海霆

2024, (1): 136-142. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.019

摘要 HTML PDF(1580KB)

摘要:
采用Romax Designer工程分析软件对某大兆瓦风电机组齿轮箱进行整体建模，应用经典滚动轴承理论和“切片法”基本思想，对齿轮箱输出轴圆柱滚子轴承在不同内外圈相对倾斜情况下的接触应力、修形效果和轴承寿命进行大量分析计算；重点对轴承ISO/TS 16281寿命进行分析，分析内外圈相对倾斜量对ISO/TS 16281寿命的影响以及对未修形和对数修形最佳修形凸度量时两种情况下寿命的影响；还将ISO 281寿命和ISO/TS 16281寿命进行对比。研究结果表明，无论轴承是否修形，内外圈相对倾斜对轴承ISO/TS 16281寿命影响非常大，倾斜量越大，ISO/TS 16281寿命越短，对应的最佳修形凸度量越大，相应修形效果越好，ISO/TS 16281:2008额定寿命提高得越大；在内外圈相对倾斜量相同的情况下，ISO/TS 16281寿命与ISO 281寿命相差非常大。研究结果可为圆柱滚子轴承优化设计提供参考。

淬火20CrMnMo合金钢工件液氮冷装工艺研究

杨宏, 李自力, 范小斌, 李申, 张忠强

2024, (1): 143-150. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.020

摘要 HTML PDF(2166KB)

摘要:
已有生产线上对于合金材料为淬火后的20CrMnMo的工件冷装工艺仍以经验工艺参数为指导，导致冷装工艺装备缺乏系统性设计方法，亟需揭示装配工件温度和变形量的时变规律。文章通过实验研究了淬火后的20CrMnMo材料的低温热物性，以此为基础，研究了几种典型工件在冷装配工艺流程中的温度和变形量随时间的变化行为。结果显示，相同工况下，工件温度变化率和形变速率都随工件尺寸增加而增大；通过实验验证了工件温度及变形的时变规律，模拟结果与实验结果具有较好的一致性。根据工件的加工误差和装配精度要求，实现冷装工艺装配时间的精准预测，研究结果将为材料热物性研究和冷装工艺关键参数的精准设定提供理论依据。

平面磨削GT35残余应力形成机理与可控工艺方案

付天章, 李媛, 陈明, 尹滦, 李立杰, 杨纪东

2024, (1): 151-157. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.021

摘要 HTML PDF(2121KB)

摘要:
陀螺仪电机轴承套等钢结硬质合金GT35材料零件由于加工过程中的微应力控制不当经常出现表面开裂、尺寸变形等质量问题，给陀螺仪的生产带来了不小的困扰。为了探究平面磨削加工工艺参数对表面残余应力的影响，实现低残余应力加工的可控工艺方案，文章分析了平面磨削GT35残余应力的形成机理，采用KP-36精密磨床开展了磨削试验，对砂轮线速度、径向磨削深度、工件进给速度以及砂轮结合剂种类等工艺参数进行了因素轮换法试验分析，并采用X射线衍射进行了残余应力检测。试验研究结果表明，在GT35钢结硬质合金平面磨削工艺参数中径向磨削深度影响程度占比49%、工件进给速度占比25%、结合剂种类占比16%、砂轮线速度占比10%；工件进给速度为18 m/min时残余应力最小；树脂结合剂砂轮比青铜结合剂砂轮加工后零件残余应力平均小10%。GT35材料零件平面磨削残余应力可控工艺方案为采用青铜结合剂金刚石砂轮并选用0.002 mm的径向磨削深度、18 m/min的工件进给速度以及30 m/s的砂轮线速度。

基于原点偏移的磨齿滚轮齿廓数控修整

秦香果, 张子英, 武志伟

2024, (1): 158-163. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.022

摘要 HTML PDF(1688KB)

摘要:
蜗杆砂轮磨齿作为齿轮加工的主流方法之一，具有加工效率高、加工性能稳定以及产品质量高等优点，适用于批量化、专业化的齿轮加工。而金刚石磨齿滚轮作为蜗杆砂轮主要的修整工具，其制造精度间距决定了齿轮的加工质量。因金刚石磨齿滚轮采用人类已知的最硬材料制成，其齿廓修整难度极大。因修整工具损耗严重，工程上主要采用光学引导和人工干预手段实现加工。该法制造精度低，难以适应当今人类对齿轮加工精度的需求。为此，文章分析了磨齿滚轮齿形修整时的工具损耗行为，提出了一种基于原点偏移的CNC修整方法，并通过工程实践，验证了方法的可行性。

超声混粉电火花加工热力学仿真及表面形貌研究

董颖怀, 张少剑, 王岩, 牛跃博, 周文

2024, (1): 164-170. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.023

摘要 HTML PDF(3133KB)

摘要:
为了研究超声振动和混粉对电火花加工的影响，基于传热理论，结合超声和混粉特性建立了超声混粉电火花传热模型。基于建立的传热模型对超声混粉电火花加工去除材料过程进行瞬态热力学仿真，并通过实验验证了仿真结果的准确性。通过仿真和实验分析了普通电火花、超声电火花、混粉电火花和超声混粉电火花四种加工方式，结果表明超声混粉电火花加工效率比普通电火花加工效率提高了23%。加入混粉和施加超声可以减少加工表面积碳，提高表面质量；可以使放电凹坑变得更加规则，使表面粗糙度降低。混粉电火花加工相对于普通电火花加工其表面粗糙度平均降低了8.9%，超声混粉电火花表面粗糙度相对于普通电火花平均降低了4.3%。

基于优化Faster R-CNN算法的金属板材表面缺陷检测

孔思曼, 周晨阳, 王家华, 李林, 孙践知

2024, (1): 171-178. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.024

摘要 HTML PDF(2016KB)

摘要:
传统的图像处理方法对生产过程中各种金属板材表面缺陷检测效率低，难以满足工业生产的需求。为了提高金属板材表面缺陷检测的精度，文章提出了一种基于优化Faster R-CNN算法的金属板材表面缺陷检测方法，以残差网络ResNet50作为主干特征提取网络。首先，融合特征金字塔网络和可变形卷积网络以提高对小目标和不规则性缺陷的检测能力。然后，采用RoI Align和K-means++聚类算法对候选框进行优化，实现缺陷的精准定位。最后，将提出的模型运用在NEU-DET数据集中进行多次实验。实验结果表明，优化后的Faster R-CNN算法在此数据集上的mAP为78.7%，与原始网络相比提高了7.7%，并且其检测性能优于SSD、YOLOv5s和YOLOv7三类目标检测算法。

基于改进YOLOv5s的铝材表面缺陷检测方法

谢昆, 方凯, 陈娟, 杨召岭

2024, (1): 179-184. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.025

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摘要:
针对目前铝材表面缺陷检测算法在实际工程应用中检测精度低以及不够轻量化难以部署等问题，文章提出一种基于改进YOLOv5s的铝材表面缺陷检测方法。该算法以经典YOLOv5s模型为基础，将ShufflenNetV2-Block算法融合到主干网络backbone中，降低模型的计算复杂性；然后添加SE注意力机制，使注意力集中于缺陷相关区域，更好地区分类别之间的差异，提高分类性能和检测效率；最后优化损失函数，采用SIoU（S-intersection over union）替代CIoU，提升网络定位精度。结果表明：针孔类和斑点类缺陷检测精度比原版YOLOv5分别提升了8.3%和8.4%，mAP值提高了6.4%，提高了缺陷检测精度且降低了模型的大小和所占内存，更加便于移动端部署，有效改善了制造过程中漏检问题。

基于三维点云的曲轴同轴度误差测量方法研究

窦亚萍, 郑述, 杨治飞, 任慧茹, 顾旭辉, 隋文涛

2024, (1): 185-190. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.026

摘要 HTML PDF(1513KB)

摘要:
针对曲轴轴颈同轴度的快速检测的需求，文章提出了一种基于三维点云的同轴度误差视觉测量的方法。文章应用激光扫描仪获取待测件的三维点云模型，计算获取等间距的轴颈点云切片；然后，提出Pratt-RLTS法来得到各个点云切片的圆心，进而根据各切片圆心以最小二乘法获取公共基准轴线，最终实现同轴度误差的测量。实验结果表明：文章圆拟合方法对比最小二乘圆法、最小包容圆法、RANSAC等方法更准确稳定，与三坐标测量机结果相比最大绝对误差均值不过超过4.8 μm，可以满足快速高效测量曲轴同轴度误差的实际需要。

污染环境中织状复材蒙皮孔的视觉检测技术研究

李博, 章绍昆, 高鑫, 喻志勇, 卢仁华

2024, (1): 191-196. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.01.027

摘要 HTML PDF(5498KB)

摘要:
碳纤维增强复合蒙皮一般通过连接孔与飞机骨架零件进行连接，连接孔的孔位对于保证连接强度至关重要。为了实现污染环境中织状复材蒙皮孔的高效在机检测，文章设计了一套机器视觉装置，提出了连接孔与激光光斑的图像算法，通过孔区域快速定位和临近边缘搜索实现了孔周边缘的精确提取，结合激光光束标定和光斑坐标值计算连接孔的孔位。在蒙皮试验件上开展了在机测孔实验，将文章的图像算法与常规图像算法进行对比。结果表明，文章的算法具有更好的适应性；孔位测量误差小于0.05 mm，检测效率达到每分钟12孔。

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