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2017年 36卷 第8期
2017, 36(8): 1149-1154.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0801
摘要
PDF 1013KB
摘要:
汽轮发电机转子铜排完成鱼尾槽铣削后需要进行严格的检测。由于传统的人工检测方法不可避免地带来错检或漏检，导致检测正确率（检正率）低下，本文中采用机器视觉系统对转子铜排两端鱼尾槽进行尺寸检测。首先，利用基于拉普拉斯变换改进的Otsu阈值分割方法，实现了目标边缘轮廓的精确定位；其次，结合使用移动最小二乘法（MLS）实现了亚像素轮廓的提取；最后，使用鱼尾槽样件对上述提出的算法进行了检测验证。实验结果表明，本文提出的方法可以满足铜排鱼尾槽在线检测要求，与传统方法相比，检测重复测量精度更高，重复测量精度平均提高50%以上。
汽轮发电机转子铜排完成鱼尾槽铣削后需要进行严格的检测。由于传统的人工检测方法不可避免地带来错检或漏检，导致检测正确率（检正率）低下，本文中采用机器视觉系统对转子铜排两端鱼尾槽进行尺寸检测。首先，利用基于拉普拉斯变换改进的Otsu阈值分割方法，实现了目标边缘轮廓的精确定位；其次，结合使用移动最小二乘法（MLS）实现了亚像素轮廓的提取；最后，使用鱼尾槽样件对上述提出的算法进行了检测验证。实验结果表明，本文提出的方法可以满足铜排鱼尾槽在线检测要求，与传统方法相比，检测重复测量精度更高，重复测量精度平均提高50%以上。
2017, 36(8): 1155-1160.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0802
摘要:
针对现有电共轭流体射流发生器（普通型）在微小流量输出情况下出现的严重压降问题，结合电流体动力学中离子拖曳泵送和传导泵送的运行机制，理论上解析了压降问题产生的原理，基于此，在普通型射流发生器的基础上设计了一种带有旁路微流道的改进型射流发生器。采用蒸镀、UV-LIGA、RIE等MEMS制造技术成功制作出了形貌质量俱佳的普通型和改进型射流发生器，并利用输出性能测量实验开展了对比验证。实验结果证明了通过在主流道侧添加旁路微流道来解决射流发生器的压降问题，并借此来提高其输出能力的可行性。
针对现有电共轭流体射流发生器（普通型）在微小流量输出情况下出现的严重压降问题，结合电流体动力学中离子拖曳泵送和传导泵送的运行机制，理论上解析了压降问题产生的原理，基于此，在普通型射流发生器的基础上设计了一种带有旁路微流道的改进型射流发生器。采用蒸镀、UV-LIGA、RIE等MEMS制造技术成功制作出了形貌质量俱佳的普通型和改进型射流发生器，并利用输出性能测量实验开展了对比验证。实验结果证明了通过在主流道侧添加旁路微流道来解决射流发生器的压降问题，并借此来提高其输出能力的可行性。
2017, 36(8): 1161-1166.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0803
摘要:
提出柔性梁的动力刚化/软化效应的本质是柔性梁的大范围运动所导致的梁内轴向力对于梁的横向弹性振动所产生的影响效应。给出了柔性梁动力学建模中计入动力刚化/软化效应的一种新方法：通过考虑大范围运动所导致的梁内轴向力对于梁的横向弹性振动所产生的影响，来达到动力学建模中计入柔性梁动力刚化/软化效应的目的。这种方法同目前已有的计入柔性梁动力刚化/软化效应的方法相比，具有直观、简单、物理概念清晰和符号运算简便的优点。通过对一旋转柔性梁的横向弹性振动的动力学建模和计算为例，具体演示了如何应用本文的方法计入柔性梁的动力刚化效应，同时也说明了本文方法在应用实施上的便捷性。最后，将本文的计算结果同相关文献的对应结果相比较，验证了本文方法的正确性。
提出柔性梁的动力刚化/软化效应的本质是柔性梁的大范围运动所导致的梁内轴向力对于梁的横向弹性振动所产生的影响效应。给出了柔性梁动力学建模中计入动力刚化/软化效应的一种新方法：通过考虑大范围运动所导致的梁内轴向力对于梁的横向弹性振动所产生的影响，来达到动力学建模中计入柔性梁动力刚化/软化效应的目的。这种方法同目前已有的计入柔性梁动力刚化/软化效应的方法相比，具有直观、简单、物理概念清晰和符号运算简便的优点。通过对一旋转柔性梁的横向弹性振动的动力学建模和计算为例，具体演示了如何应用本文的方法计入柔性梁的动力刚化效应，同时也说明了本文方法在应用实施上的便捷性。最后，将本文的计算结果同相关文献的对应结果相比较，验证了本文方法的正确性。
2017, 36(8): 1167-1174.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0804
摘要:
为了更好的实现加工中心的设计，减少设计过程的迭代次数，缩短开发周期，以加工中心的功能运动为核心，利用FMA结构化分解将加工中心按照"功能-运动-动作"的顺序逐层分解至相应的元动作，定义了元动作设计结构单元，在考虑各设计单元耦合性的基础上提出了FMA结构化分解驱动的加工中心设计过程规划流程；然后用可变度与敏感度双指标表示设计单元间的耦合程度，以设计结构矩阵为工具对设计单元间的耦合强度进行量化，利用基于次序指标的割裂算法对耦合强度矩阵进行割裂规划，优化设计单元的初始设计顺序，从而实现了加工中心的设计过程规划，加速了加工中心的设计与开发；最后以托盘交换架功能组元动作设计单元间的设计规划过程为例，证明了本文的可行性。
为了更好的实现加工中心的设计，减少设计过程的迭代次数，缩短开发周期，以加工中心的功能运动为核心，利用FMA结构化分解将加工中心按照"功能-运动-动作"的顺序逐层分解至相应的元动作，定义了元动作设计结构单元，在考虑各设计单元耦合性的基础上提出了FMA结构化分解驱动的加工中心设计过程规划流程；然后用可变度与敏感度双指标表示设计单元间的耦合程度，以设计结构矩阵为工具对设计单元间的耦合强度进行量化，利用基于次序指标的割裂算法对耦合强度矩阵进行割裂规划，优化设计单元的初始设计顺序，从而实现了加工中心的设计过程规划，加速了加工中心的设计与开发；最后以托盘交换架功能组元动作设计单元间的设计规划过程为例，证明了本文的可行性。
2017, 36(8): 1175-1179.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0805
摘要:
下肢自主康复训练机器人中交流伺服电机电流信号噪声严重影响电机力矩辨识精度。为解决非线性非平稳信号的滤波去噪问题，提出一种基于经验模态分解（EMD）的改进阈值小波滤波算法。首先对EMD最佳去噪层数和阈值小波的阈值处理函数进行分析和改进，然后将两种改进方法相结合，最后对Matlab中的Heavy sine信号添加高斯噪声，分别利用改进方法和软、硬阈值等滤波方法进行去噪实验。仿真实验结果表明，改进算法能有效去除非线性非平稳信号中噪声信号。与EMD和阈值小波等其他滤波方法相比，本文滤波算法去噪后信噪比更大，均方根误差更小，滤波效果更好。
下肢自主康复训练机器人中交流伺服电机电流信号噪声严重影响电机力矩辨识精度。为解决非线性非平稳信号的滤波去噪问题，提出一种基于经验模态分解（EMD）的改进阈值小波滤波算法。首先对EMD最佳去噪层数和阈值小波的阈值处理函数进行分析和改进，然后将两种改进方法相结合，最后对Matlab中的Heavy sine信号添加高斯噪声，分别利用改进方法和软、硬阈值等滤波方法进行去噪实验。仿真实验结果表明，改进算法能有效去除非线性非平稳信号中噪声信号。与EMD和阈值小波等其他滤波方法相比，本文滤波算法去噪后信噪比更大，均方根误差更小，滤波效果更好。
2017, 36(8): 1180-1186.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0806
摘要:
为了更深入的研究孔板形式对高速离心泵进口段回流漩涡的影响，提出改变孔板前后倾角大小的方法，主要设计了25种不同倾角孔板的组合方案，利用电脑模拟软件ANSYS-CFX对某一高速离心泵进行全流场的数值模拟分析，从中选取了对高速离心泵水力性能提高较大的3种倾角方案，对比分析高速离心泵的整体的流线和进口段的速度矢量变化情况，诱导轮叶轮压力和内部流场的影响，并对不同倾角孔板的性能曲线进行分析。综合对比分析为：-20°/10°型孔板能较好的改善进口段的回流漩涡，抑制诱导轮内部的回旋流，对高速离心泵的水力性能有很大提高。
为了更深入的研究孔板形式对高速离心泵进口段回流漩涡的影响，提出改变孔板前后倾角大小的方法，主要设计了25种不同倾角孔板的组合方案，利用电脑模拟软件ANSYS-CFX对某一高速离心泵进行全流场的数值模拟分析，从中选取了对高速离心泵水力性能提高较大的3种倾角方案，对比分析高速离心泵的整体的流线和进口段的速度矢量变化情况，诱导轮叶轮压力和内部流场的影响，并对不同倾角孔板的性能曲线进行分析。综合对比分析为：-20°/10°型孔板能较好的改善进口段的回流漩涡，抑制诱导轮内部的回旋流，对高速离心泵的水力性能有很大提高。
2017, 36(8): 1187-1192.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0807
摘要:
设计、研究一种新型结构的双浮体四立柱半潜式钻井平台，论证新型垂荡结构是否能够有效减小平台的垂荡响应。通过workbench建立双浮体四立柱原平台三维湿表面模型和新型结构的平台模型，通过数值模拟仿真分析，得到需要的数据进行综合评价。分析数据得出，增加新型垂荡结构的平台垂荡附加质量约增加一倍，平台在浪向角为0、45°、90°时垂荡响应的最小值、最大值、均值都有所减小，且垂荡响应最大值减小的较为明显。所设计的新型结构半潜式钻井平台能有效的降低平台的垂荡运动。
设计、研究一种新型结构的双浮体四立柱半潜式钻井平台，论证新型垂荡结构是否能够有效减小平台的垂荡响应。通过workbench建立双浮体四立柱原平台三维湿表面模型和新型结构的平台模型，通过数值模拟仿真分析，得到需要的数据进行综合评价。分析数据得出，增加新型垂荡结构的平台垂荡附加质量约增加一倍，平台在浪向角为0、45°、90°时垂荡响应的最小值、最大值、均值都有所减小，且垂荡响应最大值减小的较为明显。所设计的新型结构半潜式钻井平台能有效的降低平台的垂荡运动。
2017, 36(8): 1193-1197.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0808
摘要:
同步带的齿面磨损是主要失效形式之一，同步带与带轮齿面啮合干涉状态影响同步带齿面磨损。本研究以人字齿同步带完全啮合区为研究对象，采用空间微分几何和齿轮啮合原理，对完全啮合区同步带与带轮进行数学建模。研究节距差和螺旋角对完全啮合区啮合干涉影响，推导不同位置处的啮合干涉量表达式，建立啮合区三维干涉形貌模型，得到不同干涉量对啮合干涉形貌的影响以及螺旋角与干涉量之间的关系。研究表明：干涉量大小是影响啮合传动噪声和振动产生重要因素，完全啮合区干涉量的大小与带与带轮的齿形有关，且随螺旋角增大，干涉量变小，磨损变小，为人字齿同步带减振降噪设计和齿形修形设计提供依据。
同步带的齿面磨损是主要失效形式之一，同步带与带轮齿面啮合干涉状态影响同步带齿面磨损。本研究以人字齿同步带完全啮合区为研究对象，采用空间微分几何和齿轮啮合原理，对完全啮合区同步带与带轮进行数学建模。研究节距差和螺旋角对完全啮合区啮合干涉影响，推导不同位置处的啮合干涉量表达式，建立啮合区三维干涉形貌模型，得到不同干涉量对啮合干涉形貌的影响以及螺旋角与干涉量之间的关系。研究表明：干涉量大小是影响啮合传动噪声和振动产生重要因素，完全啮合区干涉量的大小与带与带轮的齿形有关，且随螺旋角增大，干涉量变小，磨损变小，为人字齿同步带减振降噪设计和齿形修形设计提供依据。
2017, 36(8): 1198-1204.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809
摘要:
机器人运动学模型的建立普遍利用Denavit-Hartenberg（D-H）参数法和旋量法，但是D-H参数法的几何意义不够明确，旋量法则有低自由度、关节轴线相交于1点的结构限制。针对6自由度关节机器人反解问题提出一种利用共形几何代数求解的新方法。首先以旋转关节轴线和旋转平面为基础建立无坐标系机器人模型，并定义肩部、肘部和腕部3种机器人结构设计形式。然后在上述模型和机器人结构下利用已知共形点建立直线、平面、圆周和球体等共形几何对象，通过几何对象的约束关系进行简单的代数运算完成各关节轴的旋转角计算。另外，该方法在进一步简化代数运算的基础上，利用2直线对象和旋转平面法矢量的约束关系唯一确定旋转角，从而完成运动学反解计算。最后，以常用的人机协作的UNIVERSAL ROBOT UR5 6自由度关节机器人为例，利用该算法进行运动学反解的验证，计算结果表明该算法的正确性。
机器人运动学模型的建立普遍利用Denavit-Hartenberg（D-H）参数法和旋量法，但是D-H参数法的几何意义不够明确，旋量法则有低自由度、关节轴线相交于1点的结构限制。针对6自由度关节机器人反解问题提出一种利用共形几何代数求解的新方法。首先以旋转关节轴线和旋转平面为基础建立无坐标系机器人模型，并定义肩部、肘部和腕部3种机器人结构设计形式。然后在上述模型和机器人结构下利用已知共形点建立直线、平面、圆周和球体等共形几何对象，通过几何对象的约束关系进行简单的代数运算完成各关节轴的旋转角计算。另外，该方法在进一步简化代数运算的基础上，利用2直线对象和旋转平面法矢量的约束关系唯一确定旋转角，从而完成运动学反解计算。最后，以常用的人机协作的UNIVERSAL ROBOT UR5 6自由度关节机器人为例，利用该算法进行运动学反解的验证，计算结果表明该算法的正确性。
2017, 36(8): 1205-1211.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0810
摘要:
提出新型200 kN双电机螺旋副直驱式回转头压力机的设计方案，基于两个独立的开关磁通交流伺服电机来直接驱动两个螺母独立运动。分析了该新型压力机工作时的运动学和动力学特性，并论述了其换模工况与冲压工况的工作内涵与设计要点。最后，建立了该新型压力机主传动系统在完成刻印与冲压两种工艺需求时的动力学和运动学分析模型，以及针对公称压力200 kN的回转头压力机两个开关磁通电机的额定转速与额定转矩的设计计算，并运用MATLAB软件进行仿真模拟，对设计结果进行了工程验证。
提出新型200 kN双电机螺旋副直驱式回转头压力机的设计方案，基于两个独立的开关磁通交流伺服电机来直接驱动两个螺母独立运动。分析了该新型压力机工作时的运动学和动力学特性，并论述了其换模工况与冲压工况的工作内涵与设计要点。最后，建立了该新型压力机主传动系统在完成刻印与冲压两种工艺需求时的动力学和运动学分析模型，以及针对公称压力200 kN的回转头压力机两个开关磁通电机的额定转速与额定转矩的设计计算，并运用MATLAB软件进行仿真模拟，对设计结果进行了工程验证。
2017, 36(8): 1212-1217.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0811
摘要:
快速铣是一种新兴的粗加工方法，研究它的刀具磨损机理对提高刀具寿命和加工效率有着重要的作用。采用硬质合金快速铣刀片在工件上进行了钛合金TC17铣削实验，研究了不同切削参数对切削力的影响，采用多元线性回归建立了切削力数学预测模型，分析了各铣削参数对切削力的影响规律，通过对后刀面的检测，分析了刀具磨损形貌和磨损机理。结果表明：每齿进给量、切削深度对切削力的大小影响显著，切削宽度和主轴转速影响很小，在试验参数范围内，选用切削参数组合为：fz=0.8 mm/z、ap=0.5 mm、ae=20 mm、s=600 r/min进行可转位刀片的磨损试验，快速铣可转位刀片的主要磨损形貌为后刀面磨损、材料剥落，后刀面主要磨损机理为黏结磨损，同时会产生一定程度的扩散磨损。
快速铣是一种新兴的粗加工方法，研究它的刀具磨损机理对提高刀具寿命和加工效率有着重要的作用。采用硬质合金快速铣刀片在工件上进行了钛合金TC17铣削实验，研究了不同切削参数对切削力的影响，采用多元线性回归建立了切削力数学预测模型，分析了各铣削参数对切削力的影响规律，通过对后刀面的检测，分析了刀具磨损形貌和磨损机理。结果表明：每齿进给量、切削深度对切削力的大小影响显著，切削宽度和主轴转速影响很小，在试验参数范围内，选用切削参数组合为：fz=0.8 mm/z、ap=0.5 mm、ae=20 mm、s=600 r/min进行可转位刀片的磨损试验，快速铣可转位刀片的主要磨损形貌为后刀面磨损、材料剥落，后刀面主要磨损机理为黏结磨损，同时会产生一定程度的扩散磨损。
2017, 36(8): 1218-1223.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0812
摘要:
在精密制造业中，切缝宽度对尺寸精度的影响尤为显著，而材料去除率是影响加工效率的最重要指标，其与切缝宽度之间关系复杂且相互制约，一组加工参数难以同时获得较小的切缝宽度和较高的材料去除率。针对此问题，运用BP神经网络与粒子群算法（PSO）的混合算法建立多目标预测优化模型；以Ti6Al4V合金为实验对象，以水压、脉冲时间、脉冲间隙、伺服电压和电极丝张力为工艺参数，以切缝宽度（Kerf）和材料去除率（MRR）为工艺目标，设计田口实验。结果显示，Kerf和MRR的预测平均相对误差分别为5.32%和6.14%，优化得到单目标和多目标最优工艺参数，Kerf同比降低11.10%，MRR同比提高27.37%，表明对切缝宽度和材料去除率的预测与参数优化效果显著。
在精密制造业中，切缝宽度对尺寸精度的影响尤为显著，而材料去除率是影响加工效率的最重要指标，其与切缝宽度之间关系复杂且相互制约，一组加工参数难以同时获得较小的切缝宽度和较高的材料去除率。针对此问题，运用BP神经网络与粒子群算法（PSO）的混合算法建立多目标预测优化模型；以Ti6Al4V合金为实验对象，以水压、脉冲时间、脉冲间隙、伺服电压和电极丝张力为工艺参数，以切缝宽度（Kerf）和材料去除率（MRR）为工艺目标，设计田口实验。结果显示，Kerf和MRR的预测平均相对误差分别为5.32%和6.14%，优化得到单目标和多目标最优工艺参数，Kerf同比降低11.10%，MRR同比提高27.37%，表明对切缝宽度和材料去除率的预测与参数优化效果显著。
2017, 36(8): 1224-1229.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0813
摘要:
针对工业机械臂逆运动学解算的问题，提出一种结合旋量方法和代数方法的逆运动学新解法。通过旋量的方法将工业机械臂整体逆运动学问题进行分解，利用Paden-kahan逆运动学子问题求解。并在该基础上利用工业机械臂的结构特点，利用代数方法进一步简化末端腕部三个关节的问题求解。以安川公司MH6六自由度工业机械人为例，验证算法正确性。实验表明：该方法可以获得正确的八组逆解并在旋量解逆运动学的基础上有效减少了中间计算步骤，降低了时间复杂度和空间复杂度。
针对工业机械臂逆运动学解算的问题，提出一种结合旋量方法和代数方法的逆运动学新解法。通过旋量的方法将工业机械臂整体逆运动学问题进行分解，利用Paden-kahan逆运动学子问题求解。并在该基础上利用工业机械臂的结构特点，利用代数方法进一步简化末端腕部三个关节的问题求解。以安川公司MH6六自由度工业机械人为例，验证算法正确性。实验表明：该方法可以获得正确的八组逆解并在旋量解逆运动学的基础上有效减少了中间计算步骤，降低了时间复杂度和空间复杂度。
2017, 36(8): 1230-1236.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0814
摘要:
NURBS插补相对于传统直线和圆弧插补具有极大优势，但其存在敏感点区域插补速度波动剧烈而引起超出机床加工运动能力范围的问题。为了提高NURBS曲线插补运动学性能，改善其加速度和加加速度轨迹突变问题，提出一种NURBS曲线几何特性的敏感点区域速度平滑的插补算法。其通过搜索G1或G2不连续的断点和具有大曲率的关键点，在这些敏感点处分别利用FIR级联滤波器进行S型加速度的平滑速度规划，而后采用断点处速度近似调整的方法，来对其运动学特性进一步改善。仿真和实验结果表明，该算法在敏感点处平滑速度规划和运动学性能良好。
NURBS插补相对于传统直线和圆弧插补具有极大优势，但其存在敏感点区域插补速度波动剧烈而引起超出机床加工运动能力范围的问题。为了提高NURBS曲线插补运动学性能，改善其加速度和加加速度轨迹突变问题，提出一种NURBS曲线几何特性的敏感点区域速度平滑的插补算法。其通过搜索G1或G2不连续的断点和具有大曲率的关键点，在这些敏感点处分别利用FIR级联滤波器进行S型加速度的平滑速度规划，而后采用断点处速度近似调整的方法，来对其运动学特性进一步改善。仿真和实验结果表明，该算法在敏感点处平滑速度规划和运动学性能良好。
2017, 36(8): 1237-1243.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0815
摘要:
五轴加工后置处理在奇异区域内反解旋转角时，产生的旋转轴运动突变，不仅会引起较大的加工非线性误差，而且会损害工件与机床部件。针对以上问题，以五轴AB双转台卧式数控机床为研究对象，根据机床结构与运动链，运用齐次坐标变换原理，推导出其后置处理算法，将刀轴矢量的可行值域简化为球体，并通过将AB轴的运动类似为球体上的AB阶跃，分析了奇异问题的产生机理，提出了加工奇异区域的检测方法。对刀轴矢量投影局部放大后，通过刀位点和刀轴矢量插值分解B阶跃后重新生成刀具路径的方法，得到了奇异问题的避免策略。仿真加工验证表明，该方法可以在原有刀位轨迹不变的基础上较好地消除奇异问题，提高加工质量，同时也可推广到同类结构相似的机床上用于消除奇异问题。
五轴加工后置处理在奇异区域内反解旋转角时，产生的旋转轴运动突变，不仅会引起较大的加工非线性误差，而且会损害工件与机床部件。针对以上问题，以五轴AB双转台卧式数控机床为研究对象，根据机床结构与运动链，运用齐次坐标变换原理，推导出其后置处理算法，将刀轴矢量的可行值域简化为球体，并通过将AB轴的运动类似为球体上的AB阶跃，分析了奇异问题的产生机理，提出了加工奇异区域的检测方法。对刀轴矢量投影局部放大后，通过刀位点和刀轴矢量插值分解B阶跃后重新生成刀具路径的方法，得到了奇异问题的避免策略。仿真加工验证表明，该方法可以在原有刀位轨迹不变的基础上较好地消除奇异问题，提高加工质量，同时也可推广到同类结构相似的机床上用于消除奇异问题。
2017, 36(8): 1244-1249.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0816
摘要:
基于超精研过程中圆锥滚子与油石接触的几何特点及磨削原理，建立数学模型包括单位面积动态有效磨刃数模型和整体动态有效磨刃数模型，估计参数取值并用MATLAB运行模型，分析关键因素对磨刃分布的影响。超精研区不断变化的滚子半径是引起磨刃数动态变化的主要因素；受到滚子与油石径向接触弧长的影响，单位面积动态有效磨刃分布与整体动态有效磨刃分布完全不同；油石振荡频率对整体磨刃分布的影响最明显。若考虑磨削深度随滚子与油石接触面积的变化而变化，可以得到理想的"对号"形磨刃分布。
基于超精研过程中圆锥滚子与油石接触的几何特点及磨削原理，建立数学模型包括单位面积动态有效磨刃数模型和整体动态有效磨刃数模型，估计参数取值并用MATLAB运行模型，分析关键因素对磨刃分布的影响。超精研区不断变化的滚子半径是引起磨刃数动态变化的主要因素；受到滚子与油石径向接触弧长的影响，单位面积动态有效磨刃分布与整体动态有效磨刃分布完全不同；油石振荡频率对整体磨刃分布的影响最明显。若考虑磨削深度随滚子与油石接触面积的变化而变化，可以得到理想的"对号"形磨刃分布。
2017, 36(8): 1250-1254.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0817
摘要:
针对高反射曲面表面缺陷的检测，提出了一种基于计算机视觉的反射条纹检测方法。该方法根据该表面的高反射性和曲面特性，对曲面反射的照明光源内壁附着条纹的完整性进行检测，从而判断曲面表面是否存在缺陷。反射条纹检测系统由计算机、相机和照明光源组成。实验中，照明光源采用内壁附着同心圆条纹的穹顶漫射光源，相机通过照明光源的观测孔对曲面进行拍摄，将拍摄的黑白条纹图像送至计算机进行判别。实验结果表明，基于本方法的检测装置对某钢球生产厂家直径为0.8 mm的钢球缺陷的有效判别率为96.7%，其中G10等级及以下的钢球均被检出，满足其G10等级钢球的检测需求。本方法能够对高反射曲面表面的常见缺陷进行有效检测和判别。
针对高反射曲面表面缺陷的检测，提出了一种基于计算机视觉的反射条纹检测方法。该方法根据该表面的高反射性和曲面特性，对曲面反射的照明光源内壁附着条纹的完整性进行检测，从而判断曲面表面是否存在缺陷。反射条纹检测系统由计算机、相机和照明光源组成。实验中，照明光源采用内壁附着同心圆条纹的穹顶漫射光源，相机通过照明光源的观测孔对曲面进行拍摄，将拍摄的黑白条纹图像送至计算机进行判别。实验结果表明，基于本方法的检测装置对某钢球生产厂家直径为0.8 mm的钢球缺陷的有效判别率为96.7%，其中G10等级及以下的钢球均被检出，满足其G10等级钢球的检测需求。本方法能够对高反射曲面表面的常见缺陷进行有效检测和判别。
2017, 36(8): 1255-1259.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0818
摘要:
钛合金管材在航天航空、核工业等领域具有广泛应用，且对其壁厚均匀有很高要求，精确高效地检测出各截面壁厚分布可为后续壁厚修正提供良好的指导。因此，本文基于超声波测厚原理，选择全没水浸法的耦合方式，针对管材壁厚分布不均匀以及轧制后管材会出现弯曲等现象进行分析，以便于探头调节为前提进行自动检测装置的设计。结果表明，该装置能够准确检测管材壁厚分布且系统稳定性好，具有良好的可靠性与实用性。
钛合金管材在航天航空、核工业等领域具有广泛应用，且对其壁厚均匀有很高要求，精确高效地检测出各截面壁厚分布可为后续壁厚修正提供良好的指导。因此，本文基于超声波测厚原理，选择全没水浸法的耦合方式，针对管材壁厚分布不均匀以及轧制后管材会出现弯曲等现象进行分析，以便于探头调节为前提进行自动检测装置的设计。结果表明，该装置能够准确检测管材壁厚分布且系统稳定性好，具有良好的可靠性与实用性。
2017, 36(8): 1260-1264.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0819
摘要:
基于虚拟切片无损测量方法具有测量精度高、成本低、数据测量与处理快、可测量物体内部轮廓等特点。由于测量质量精度高，其测量装置中精密片层质量检测系统精度是研究的关键技术之一，直接影响微小单元体质量的计算精度。运用误差补偿与误差影响因素正交实验等技术手段，对精密片层质量检测系统的误差分析及优化。实验结果证明，实现了片层质量平均相对误差从19.36%降至5.52%，并且在各片层厚度条件下，相对误差皆保持平稳幅度。
基于虚拟切片无损测量方法具有测量精度高、成本低、数据测量与处理快、可测量物体内部轮廓等特点。由于测量质量精度高，其测量装置中精密片层质量检测系统精度是研究的关键技术之一，直接影响微小单元体质量的计算精度。运用误差补偿与误差影响因素正交实验等技术手段，对精密片层质量检测系统的误差分析及优化。实验结果证明，实现了片层质量平均相对误差从19.36%降至5.52%，并且在各片层厚度条件下，相对误差皆保持平稳幅度。
2017, 36(8): 1265-1271.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0820
摘要:
为了更合理地评估发动机燃烧噪声，将燃烧噪声按传递路径不同分为直接燃烧噪声和间接燃烧噪声。基于两种燃烧噪声的传递函数不随发动机工况变化而变化，在每个频率下建立缸压、缸压引起的转矩力与燃烧噪声之间多元回归模型并求解回归系数，得到相应频率下的直接燃烧噪声和间接燃烧的传递系数。对25 Hz~20 000 Hz频率范围内两种燃烧噪声传递函数进行了计算和分析，结果表明：在各个中心频率下的多元回归模型拟合度较高，说明应用此方法获取的直接和间接燃烧噪声传递系数比较准确；直接燃烧噪声和间接燃烧噪声的传递函数在2 000 Hz左右频率段均存在峰值；该汽油机在25 Hz~1 250 Hz频率范围内，间接燃烧噪声高于直接燃烧噪声，在1 250 Hz~20 000 Hz频率范围内，直接燃烧噪声高于间接燃烧噪声。
为了更合理地评估发动机燃烧噪声，将燃烧噪声按传递路径不同分为直接燃烧噪声和间接燃烧噪声。基于两种燃烧噪声的传递函数不随发动机工况变化而变化，在每个频率下建立缸压、缸压引起的转矩力与燃烧噪声之间多元回归模型并求解回归系数，得到相应频率下的直接燃烧噪声和间接燃烧的传递系数。对25 Hz~20 000 Hz频率范围内两种燃烧噪声传递函数进行了计算和分析，结果表明：在各个中心频率下的多元回归模型拟合度较高，说明应用此方法获取的直接和间接燃烧噪声传递系数比较准确；直接燃烧噪声和间接燃烧噪声的传递函数在2 000 Hz左右频率段均存在峰值；该汽油机在25 Hz~1 250 Hz频率范围内，间接燃烧噪声高于直接燃烧噪声，在1 250 Hz~20 000 Hz频率范围内，直接燃烧噪声高于间接燃烧噪声。
2017, 36(8): 1272-1275.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0821
摘要:
A*算法是一种经典的启发式搜索算法，广泛应用于智能车辆的路径规划问题。但A*算法效率低，不具有实时性。针对A*算法的缺点，改进得到一种高效、实时的路径搜索算法ARA*，ARA*算法首先在一个松弛的约束条件下快速搜索到一条次优路径；然后在规划时间内逐渐加强约束条件，利用已搜索过的节点信息连续改进次优解，直到找到最优解或规划时间结束。其次，针对ARA*算法得到的路径存在折线多、转折次数多等问题，对ARA*算法得到的路径进行基于关键点的平滑处理。给出了平滑ARA*算法流程，分析对比了各自的特点，通过栅格地图路径规划的MATLAB仿真结果验证了理论分析，同时仿真结果也说明平滑ARA*算法的高效性、实时性。
A*算法是一种经典的启发式搜索算法，广泛应用于智能车辆的路径规划问题。但A*算法效率低，不具有实时性。针对A*算法的缺点，改进得到一种高效、实时的路径搜索算法ARA*，ARA*算法首先在一个松弛的约束条件下快速搜索到一条次优路径；然后在规划时间内逐渐加强约束条件，利用已搜索过的节点信息连续改进次优解，直到找到最优解或规划时间结束。其次，针对ARA*算法得到的路径存在折线多、转折次数多等问题，对ARA*算法得到的路径进行基于关键点的平滑处理。给出了平滑ARA*算法流程，分析对比了各自的特点，通过栅格地图路径规划的MATLAB仿真结果验证了理论分析，同时仿真结果也说明平滑ARA*算法的高效性、实时性。
2017, 36(8): 1276-1283.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0822
摘要:
提出一种以电动汽车的综合性能需求为驱动，基于质量功能展开和径向基函数的动力系统参数多目标优化方法。以包含成本、工况能耗和续驶里程等的综合性能最优为目标、以动力系统部件特征参数为设计变量，建立动力系统参数多目标优化的数学模型；基于质量功能展开建立整车性能需求和技术特性指标的耦合模型，确定子目标函数的权重系数；基于Modelica建立整车性能仿真模型并构建工况仿真的径向基函数响应面模型；采用模拟退火算法进行动力系统参数的综合目标优化设计。以某款电动汽车进行实例验证，优化方案的车辆综合性能提升了6%，证明了研究方法的有效性。
提出一种以电动汽车的综合性能需求为驱动，基于质量功能展开和径向基函数的动力系统参数多目标优化方法。以包含成本、工况能耗和续驶里程等的综合性能最优为目标、以动力系统部件特征参数为设计变量，建立动力系统参数多目标优化的数学模型；基于质量功能展开建立整车性能需求和技术特性指标的耦合模型，确定子目标函数的权重系数；基于Modelica建立整车性能仿真模型并构建工况仿真的径向基函数响应面模型；采用模拟退火算法进行动力系统参数的综合目标优化设计。以某款电动汽车进行实例验证，优化方案的车辆综合性能提升了6%，证明了研究方法的有效性。
2017, 36(8): 1284-1291.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0823
摘要:
针对车辆在侧向加速度或路面不平干扰时，易发生侧翻的特点，采用了主动横向稳定杆装置。为控制车辆的侧翻并保证车辆的舒适性，利用线性二次型最优控制理论设计了控制器，并采用微粒群优化算法对控制器的权系数进行优化。由于采用AARB控制车辆侧翻时，存在车辆失稳的特点，通过采用ESP装置及设计模糊控制器对带有AARB车辆的失稳进行控制，并进行了仿真试验。仿真结果表明，该集成控制能有效控制车辆的侧翻与失稳，有效提高了车辆的行驶安全性。
针对车辆在侧向加速度或路面不平干扰时，易发生侧翻的特点，采用了主动横向稳定杆装置。为控制车辆的侧翻并保证车辆的舒适性，利用线性二次型最优控制理论设计了控制器，并采用微粒群优化算法对控制器的权系数进行优化。由于采用AARB控制车辆侧翻时，存在车辆失稳的特点，通过采用ESP装置及设计模糊控制器对带有AARB车辆的失稳进行控制，并进行了仿真试验。仿真结果表明，该集成控制能有效控制车辆的侧翻与失稳，有效提高了车辆的行驶安全性。
2017, 36(8): 1292-1297.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0824
摘要:
开展磁力研磨加工方法对调质45钢的加工能力以及最优工艺参数的研究。实验采用SiC磨料和铸钢粉的混合物作为磁性磨料，钕铁硼永磁铁做磁极，利用正交试验方法从研磨液类型、磨料粒度、磨料比重、加工间隙和磁场强度5个因素分别4个水平进行实验设计，通过比较加工前后工件被加工区域表面粗糙度改善率（%ΔRa）进行磁力研磨工艺参数的优化。实验结果表明，磁力研磨加工调质45钢的优化后工艺参数为：油酸研磨液、360#SiC磨料、磨料比重30%、加工间隙1 mm、0.359~0.133T（Ø30 mm×20 mm永磁铁）；经磁力研磨光整加工后，工件表面粗糙度由初始的1.941 μm降至1.053 μm；磁力研磨加工后工件表面的加工纹理得到有效降低。
开展磁力研磨加工方法对调质45钢的加工能力以及最优工艺参数的研究。实验采用SiC磨料和铸钢粉的混合物作为磁性磨料，钕铁硼永磁铁做磁极，利用正交试验方法从研磨液类型、磨料粒度、磨料比重、加工间隙和磁场强度5个因素分别4个水平进行实验设计，通过比较加工前后工件被加工区域表面粗糙度改善率（%ΔRa）进行磁力研磨工艺参数的优化。实验结果表明，磁力研磨加工调质45钢的优化后工艺参数为：油酸研磨液、360#SiC磨料、磨料比重30%、加工间隙1 mm、0.359~0.133T（Ø30 mm×20 mm永磁铁）；经磁力研磨光整加工后，工件表面粗糙度由初始的1.941 μm降至1.053 μm；磁力研磨加工后工件表面的加工纹理得到有效降低。
2017, 36(8): 1298-1302.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0825
摘要:
为满足面向航空异形空腔薄壁结构件设计要求，并保证构件在高温下仍具有良好的机械性能，采用了激光增材制造方法实现K465高温合金空腔构件成形。分析表明，由于K465合金变形能力差、低熔点共晶相存在，导致成形过程容易出现裂纹，无法通过增材制造实现单一成分K465合金构件成形。通过在成形过程中合理的加入Stellite 6合金，进行去应力处理，并进行基板预热等工艺措施，可以显著减弱甚至消除裂纹。
为满足面向航空异形空腔薄壁结构件设计要求，并保证构件在高温下仍具有良好的机械性能，采用了激光增材制造方法实现K465高温合金空腔构件成形。分析表明，由于K465合金变形能力差、低熔点共晶相存在，导致成形过程容易出现裂纹，无法通过增材制造实现单一成分K465合金构件成形。通过在成形过程中合理的加入Stellite 6合金，进行去应力处理，并进行基板预热等工艺措施，可以显著减弱甚至消除裂纹。
2017, 36(8): 1303-1306.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0826
摘要:
将不同比例的碳纳米管（CNT）与高岭土均匀混和，在1 500℃高温下烧制成CNT/高岭土多微孔陶瓷材料。实验发现，该多微孔陶瓷材料在高温环境中可表现出半导体特性，即当达到一个温度阈值，多微孔陶瓷材料将成为导体，并且电阻率随温度的继续升高而降低。利用该特性，将材料加工成薄片并安装耐高温的夹持电极，制成高温传感器。研究结果表明，该高温传感器能适应较高温度环境的温度测量，在未来可应用于航空航天、喷气发动机研发等众多领域。
将不同比例的碳纳米管（CNT）与高岭土均匀混和，在1 500℃高温下烧制成CNT/高岭土多微孔陶瓷材料。实验发现，该多微孔陶瓷材料在高温环境中可表现出半导体特性，即当达到一个温度阈值，多微孔陶瓷材料将成为导体，并且电阻率随温度的继续升高而降低。利用该特性，将材料加工成薄片并安装耐高温的夹持电极，制成高温传感器。研究结果表明，该高温传感器能适应较高温度环境的温度测量，在未来可应用于航空航天、喷气发动机研发等众多领域。
2017, 36(8): 1307-1312.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0827
摘要:
采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构，并填充不同的固体润滑剂，对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明，与传统硬质合金刀具相比，微织构自润滑刀具能显著地降低切削力，减小前刀面摩擦系数，降低切削温度，减少刀具前刀面的磨损。选用MoS2/Sb2O3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能，减少切屑的粘结。
采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构，并填充不同的固体润滑剂，对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明，与传统硬质合金刀具相比，微织构自润滑刀具能显著地降低切削力，减小前刀面摩擦系数，降低切削温度，减少刀具前刀面的磨损。选用MoS2/Sb2O3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能，减少切屑的粘结。
