2021年, 第49卷, 第13期　
刊出日期：2021-07-15

  

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试验与研究
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  基于离线插补的参数跟踪法的应用研究

  马虎亮, 吕明, 王燕青, 杨胜强

  机床与液压. 2021, 49(13): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.001

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  提出面向曲线插补的参数跟踪法,以曲线的参数方程为基础,对其进行归一化处理,并推导出曲线参数方程的导数方程。以导数值预测参数跨步步长,实现参数的递增,完成曲线的插补。以圆弧、阿基米德螺旋线和摆线为例说明参数跟踪法的求解过程。推导圆弧、阿氏螺旋线和摆线的导数方程,并给出具体的插补案例。结合坐标系旋转的公式,以阿氏螺旋线为例说明任意角度旋转的标准曲线的插补方法,证明了参数跟踪法也适用于非标准曲线方程。详细说明参数跟踪法使用过程中的关键技术,即归一化处理增强插补方法的规范性;阐述参数导数方程出现的零点现象并通过设置跨零步长来处理;阐述参数步长异常情况和解决方法。
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  基于速度正交分解的3D打印扫描路径优化算法

  王迪尔, 宋朝霞, 颜小林, 张俊

  机床与液压. 2021, 49(13): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.002

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  为提高3D打印扫描填充的效率与零件成型质量,搭建基于SOPC的3D打印机驱动系统,提出基于速度正交分解的3D打印扫描路径优化算法。该系统能够支持各运动轴的同步驱动。该算法结合了运动的正交分解原理以及同步驱动方式的优势,将扫描路径中的空行程以及直线拐角替换为圆弧曲线,使各轴速度能均匀变化,打印头以最大可行速度按照规划的路径作匀速运动,扫描填充整个截面。实验结果表明:与原算法相比,新算法能有效减少扫描时间10%以上,尤其在打印扫描结构复杂且面积比较小的模型时扫描时间最高可减少55%以上。
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  基于R-LWE密码体制的RFID认证协议研究

  刘涛, 贾浪峰, 郭苹

  机床与液压. 2021, 49(13): 13-18,24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.003

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  针对现有射频识别(RFID)系统不能抵抗量子攻击、安全效率低、隐私泄露等问题,提出一种基于R-LWE密码体制的RFID相互认证协议。该协议能够抵抗量子攻击,并且密钥短、加解密速度快、存储空间小。通过使用基于R-LWE的密码体制对标签的ID进行加密处理,在标签中直接保存密文信息,并加入随机数,可以保证加密信息的新鲜性和不确定性。与标签认证协议相结合,不仅解决了假冒攻击、重放攻击、拒绝服务攻击等安全问题,而且实现了标签、阅读器、后端数据库之间的相互认证。与其他协议相比,该协议不仅安全性和计算效率高,而且适合用于资源受限的低成本标签。通过GNY逻辑对协议进行形式化证明,表明了该协议的可行性。
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  偏导射流式压力伺服阀污染卡滞机制及影响研究

  褚渊博, 何学工, 王江涛

  机床与液压. 2021, 49(13): 19-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.004

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  偏导射流式压力阀属于典型的复杂电液伺服系统,服役期间油液污染会引起油液等级增高,造成整阀性能的渐进劣化甚至结束耐久寿命。针对此问题,阐述偏导射流式压力阀工作原理并建立整阀的数学模型;分析污染卡滞机制并建立了偏导射流式压力阀污染卡滞摩擦力模型,同时分析GJB420B中污染等级颗粒数量、直径分布并计算了相应摩擦力数值;搭建整阀模型,进行了不同污染等级下偏导射流式压力阀性能劣化仿真。结果表明:阀芯卡滞摩擦力随着油液污染等级的增高而逐渐提高,并最终引起偏导射流式压力阀输出压力幅值的衰减及响应速度减慢。研究方法和结果对压力伺服阀污染卡滞故障的定性分析、预测及恶劣工况下延寿具有重要参考价值。
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  基于Minitab/TURN5DOE的试验设计在质量管理的应用

  赵玲玲, 樊树海, 吕庆文, 徐文浩

  机床与液压. 2021, 49(13): 25-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.005

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  对于国内制造型企业而言,提高产品生产制程能力是形成企业核心竞争力的重要方法。在仿真试验平台TURN5DOE内,结合试验设计方法与Minitab软件,以TURN5DOE模拟制造青铜衬套的单点车床车削操作进行数据采样试验;以直径与表面粗糙度作为试验指标,以切削液、机台、刀鼻半径、进料率、切削速度作为影响因素,设计正交试验方案。通过仿真试验得出参数最佳组合,以提高企业生产控制系统的稳定性和生产能力。
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  基于改进灰色TOPSIS模型的柔顺机构多响应稳健优化设计

  伍建军, 杨钥姣

  机床与液压. 2021, 49(13): 29-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.006

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  为了解决稳健优化过程中柔顺机构多响应特性难以合理客观赋权的问题,提出一种改进灰色TOPSIS模型的多响应稳健优化方法。利用主成分分析解决多响应合理客观赋权问题;引入灰色关联分析法和TOPSIS法建立改进灰色TOPSIS模型,以灰色相对贴近度作为综合度量指标,使多响应问题转化为单响应问题;并对灰色相对贴近度进行主效应分析,获得最佳参数设计水平。通过实际案例验证了该方法的有效性。
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  基于单轴扭矩传感器的信号提取设计与试验

  范亚南, 牛廉政, 张奇, 张忠海, 李想

  机床与液压. 2021, 49(13): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.007

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  针对六自由度机械臂关节扭矩传感器,为有效地提取机械臂关节的扭矩信号,提出一种适用于单轴扭矩传感器的信号提取方法。通过设计信号调理电路,采集扭矩信号,对电桥输出的微弱信号进行放大,同时减小同步温漂对信号输出的影响,解决电路的零偏问题。对扭矩测量传感器进行标定试验,得到扭矩测量传感器的性能指标及每个关节承受的扭矩与输出电压之间的关系。通过试验,验证了采用双全桥电路测量扭矩的可靠性。
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  基于观测器的机械手伺服系统非脆弱H_∞控制

  付兴建, 黄英华

  机床与液压. 2021, 49(13): 41-44,134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.008

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  针对一类不确定时滞系统,考虑系统状态的不确定性和控制器的脆弱性,在系统的状态不能直接测量得到的情况下,设计基于状态观测器的不确定时滞系统的鲁棒非脆弱H_∞控制器。将其应用于机械手伺服系统轨迹跟踪控制仿真,通过对机械手角度、角速度等状态信息的观测跟踪,验证了状态观测器的有效性和鲁棒非脆弱H_∞控制的可行性。
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  基于线性扩张状态观测器的机械臂变负载滑模控制

  黄建中, 岑豫皖, 叶小华, 包家汉

  机床与液压. 2021, 49(13): 45-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.009

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  大型串联机械臂液压控制系统存在变负载及外干扰问题,机械臂不同工作姿态的等效质量会造成液压缸系统固有频率变化,影响系统动态特性,为此提出一种基于线性扩张状态观测器的滑动模态控制策略(LESOSMC)。以破拆机器人机械臂为研究对象,仿真试验结果表明:LESOSMC在机械臂处于不同姿态时,保持了很好的动态特性和稳态精度,对周期正弦信号也具有良好的跟踪性能。LESOSMC在机械臂变负载控制中具有良好的鲁棒性,满足重载液压机械臂关节位置控制的要求,为解决液压重载机械臂关节液压缸的位置控制提供了有效的工程方法。
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  电火花线切割伺服控制系统特性实验研究

  高阳, 马虎亮, 王燕青, 杨胜强

  机床与液压. 2021, 49(13): 51-55,126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.010

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  为探究电火花线切割加工的伺服控制系统特性,在门槛电压阈值控制方法的基础上,基于中走丝线切割机床,搭建电火花线切割伺服控制系统平台。将放电时采集到的频率信号通过FPGA芯片进行分析处理,并根据处理后的信号进行伺服运动。探索了电火花线切割加工效率与伺服控制系统特性之间的关系,得出阈值和检测周期对加工效率的影响;通过验证实验以及分析放电状态占比,探索最优的阈值。结果表明:当检测周期为0.5 s时,加工效率较高;当加速区占15%、匀速区占62%时,加工效率较高。
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  大型数控成形磨齿机床流体系统能耗研究

  丁文政, 卞荣, 陈勇, 于春建

  机床与液压. 2021, 49(13): 56-59,134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.011

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  流体系统作为数控机床的重要能耗部件,节能降耗潜力巨大。以大型数控成形磨齿机床作为研究对象,阐述机床流体系统的组成及功能,提出流体系统能耗测量与评价方法,并通过一组成形磨齿试验进行能耗分析。结果表明:流体系统能耗超过了机床总能耗的40%,其中液压系统和冷却系统的能耗都在20%左右,润滑系统能耗最低。后续要进一步控制热变形的精确能量需求,精准控制流体系统的运行,从而降低机床整体能耗。
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  考虑多种非线性因素的主动悬架系统最优控制

  易星, 曹青松

  机床与液压. 2021, 49(13): 60-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.012

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  主动悬架系统中非线性因素直接影响车辆行驶平顺性和操纵稳定性。考虑弹簧、阻尼器和轮胎等多种非线性因素,建立1/4车体非线性主动悬架系统动力学模型,并将其转换成一种仿射非线性系统。应用微分几何理论,对非线性动力学模型进行线性化处理,得到主动悬架系统作动器的控制律,再采用最优控制方法获得系统的最优反馈增益。通过MATLAB软件仿真研究非线性因素对悬架系统的影响,分析基于微分几何理论的最优控制器对非线性主动悬架的控制效果。结果表明:非线性参数c₂、ε和k_tt导致系统出现较严重的分岔现象,降低系统的稳定性;所设计的控制器能够有效改善主动悬架系统的响应特性,减少非线性因素对系统的不良影响。研究结论可为非线性主动悬架系统的研究提供一定的理论参考。
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  基于响应面法的1Cr18Ni9Ti不锈钢车削参数优化

  孙捷夫, 孔繁霁, 杨巍, 单英吉

  机床与液压. 2021, 49(13): 65-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.013

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  以1Cr18Ni9Ti不锈钢材料车削参数为研究对象,基于中心复合法建立车削试验矩阵,利用极值法分析各车削参数对表面粗糙度的影响规律,并得出使表面粗糙度最小的最优车削参数组合。利用响应面法建立表面粗糙度预测模型,基于显著性分析调整模型中变量成分提高模型的准确性。采用JMP软件对工程中常用的表面粗糙度目标进行加工参数优化计算,结果表明:基于响应面法建立的粗糙度预测模型可精确预测设定目标的最优车削参数,相比极值法更具有实际应用价值。
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  液包丝供给方式的电火花线切割实验研究

  滕凯, 马秀丽

  机床与液压. 2021, 49(13): 70-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.014

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  在大气介质中对Cr12MoV模具钢进行电火花线切割精加工,较工作液介质中加工可获得更高的加工表面质量,但也存在表面碳化、电极丝热疲劳损伤等问题。为解决上述问题,采用液包丝(双介质)供给代替传统供给方式进行电火花线切割精加工。结果表明:在液包丝(双介质)中加工的表面质量比大气介质中的略高,且电极丝损耗明显降低。研究结果可为Cr12MoV模具钢的高质量、稳定、低损切割提供参考。
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  无凸轮内燃机伺服压电液压执行机构及其控制研究

  鲁佳, 王华, 胡波

  机床与液压. 2021, 49(13): 75-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.015

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  为解决大部分可变气门控制器无法实现气门的完全可变性,提出一种包含压电和液压部件的伺服压电液压执行机构。采用自适应前馈控制器实现伺服压电液压执行机构的有效控制。构造伺服压电液压执行机构模型,建立伺服压电液压执行机构中压电结构、伺服活塞结构和液压结构的数学模型。设计一种包含2个前馈控制器和1个反馈控制器的自适应前馈控制器。采用MATLAB软件对伺服压电液压执行机构进行仿真,并与传统PI控制器的控制结果进行对比。结果表明:采用自适应前馈控制器的伺服压电液压执行机构的跟踪性能明显提高,跟踪误差减少约50%,控制电压范围也大大减小。该执行机构能很好地实现无凸轮内燃机气门的有效控制。
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  基于改进粒子群算法优化的凸轮驱动电液制动器控制研究

  魏荣, 刘茹敏, 张洪强, 张鹏程

  机床与液压. 2021, 49(13): 80-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.016

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  为解决车辆制动反应时间较长的问题,设计一种凸轮驱动电液制动器控制系统,并对制动响应时间进行仿真验证。介绍凸轮电液制动系统的总体结构,建立系统的动力学模型。定义凸轮机构的设计变量和约束条件,构造其优化目标函数。引用粒子群算法并进行改进,利用改进粒子群算法对目标函数进行优化,并给出凸轮机构优化流程图。在不同制动压力下,利用MATLAB软件对优化后的凸轮驱动电液制动器的制动反应时间进行仿真,并且与优化前进行对比。结果显示:随着制动压力的增大,优化前凸轮驱动电液制动器的制动反应时间较长,优化后反应时间较短。采用所设计的凸轮驱动电液制动器控制系统,能够缩短车辆制动时间,有利于安全驾驶。
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  数控机床进给系统定位误差建模及模糊评判

  程军涛, 刘康华, 李雪晓, 聂少武

  机床与液压. 2021, 49(13): 85-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.017

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  采用高速精密数控机床定位精度实验数据建立定位误差线性模型,再根据灰色模型和柯西问题公式建立定位误差非线性数学模型,用模糊综合评判法对两种模型进行二次评判,得出最优的预测模型,并用选取的定位误差补偿模型对机床定位误差进行补偿。补偿后,定位误差的0.95的置信区间上下限小于3μm,结果满足机床的设计使用要求。
设计与开发
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  电子齿轮箱专用功能开发及应用技术

  何英武, 梅江平, 陈光锋

  机床与液压. 2021, 49(13): 89-93,111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.018

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  以电子齿轮箱为研究对象,从分析齿轮机床运动过程入手,构建电子齿轮箱滚齿加工的耦合关系联动模型;深入研究电子齿轮箱的单轴跟踪误差和耦合误差;结合齿轮加工的难点问题,提出耦合误差的简化计算模型,并开发了控制齿轮加工耦合误差的电子齿轮箱相位误差动态闭环补偿技术。最后通过基于广数218系统平台的应用,来体现所提方案的实用性。
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  短应力线轧机端盖分析与优化设计

  张平格, 万炬峰

  机床与液压. 2021, 49(13): 94-98,152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.019

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  对短应力线轧机轴承座外侧静迷宫端盖的结构进行优化分析,以减轻端盖的质量、提高端盖的强度与刚度。以减少静迷宫端盖质量和最大应力应变作为优化目标,使用Creo建立端盖的参数化模型,通过ANSYS Workbench进行静力学分析,构建响应曲面模型并进行敏感度分析,最后通过MOGA算法对端盖设计参数进行最优求解。优化后与初始值相比,端盖质量减少了16.58%,等效应力降低了22.10%,等效弹性应变下降了20.39%。优化后实现了端盖的轻量化,提高了设计强度和刚度,为以后短应力线轧机的设计优化提供了参考。
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  22000kN大型伺服压力机电控系统研究与实现

  李庆卓, 戈海龙, 张传锦, 赵璨, 李洪超, 张博, 怀向东, 纪森, 高建波

  机床与液压. 2021, 49(13): 99-102,117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.020

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  介绍了基于发那科伺服系统的大型伺服压力机机械结构及特点,并简单介绍了压力机多连杆的传动方式;结合伺服压力机的电气控制方式及特点,对发那科控制系统进行了阐述。将自主研发的上下位机系统与发那科动力系统相结合,实现整个伺服压力机自动化系统,并给出了其优异的性能指标。证明了此方案适合用于伺服压力机控制系统。
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  刹车盘尺寸和形位公差自动检测研究

  穆英姿, 刘峰, 田壮, 黄一师, 侯春明, 谭智

  机床与液压. 2021, 49(13): 103-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.021

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  针对典型汽车刹车盘尺寸和形位公差的设计制造要求,提出一种采用自动化仪器检测刹车盘尺寸和形位公差的方法。分析了激光位移传感器的工作原理及其刹车盘厚度的检测方法,提出自动化检测机的传感器布置形式。设计了自动化检测机的机械结构、电气系统、操作流程,推导了直径、厚度、平面度、平行度、跳动等主要检测项目的计算公式,为刹车盘尺寸和形位公差的检测提供自动化解决方案。
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  液压支架单向阀卸荷冲击蓄能测试装置研究

  杨建新, 赵锐, 姚玉维

  机床与液压. 2021, 49(13): 107-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.022

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  由于液控单向阀卸荷冲击压力试验的实验室测试工况与实际使用工况有差异,造成实验室测试数据不能真正反映出液控单向阀动态特性。为解决此问题,研发一套与实际工况相近的单向阀卸载冲击压力测试方法及装置。利用蓄能器储能及可控释放技术,产生适宜的卸荷能量,模拟液压支架受载后的形变储能,考核液控单向阀卸荷时的动态特性。研究结果对提高单向阀产品质量有很好的指导意义。
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  差分进化算法在平面扭簧设计中的应用

  陈鑫, 曾冰

  机床与液压. 2021, 49(13): 112-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.023

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  由于因变量和自变量的关系无法用显式函数表达,导致平面扭簧的设计优化问题都是昂贵黑箱问题。差分进化算法是近年来用于解决高成本优化问题的方法,它通过使用代理模型,对适应度与因变量的关系进行预测,从而大幅降低计算成本。提出一种基于变可信度代理模型和差分进化相结合的设计优化方法(VFS-DE)。利用所提出的VFS-DE进行相关优化测试函数检验,结果表明:该方法可以有效地解决函数优化问题。将VFS-DE应用在机床伺服电机平面扭簧的设计中,相关实验结果验证了该方法的有效性。
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  智能制造切削加工系统PLC控制结构设计

  黄信兵, 刘小娟

  机床与液压. 2021, 49(13): 118-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.024

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  针对传统切削加工制造单元智能化转型升级需求,提出一种以西门子S7-1200 PLC为控制核心的智能制造切削加工系统方案。通过工业以太网,PLC与机床、制造执行系统(MES)、机器人、RFID等有机融合。重点分析了PLC与各组成部分之间的连接关系,PLC处理MES系统下发的工作任务流程,从而实现加工过程的智能化处理。该系统在加快加工单元的智能化改造,提升效率等方面具有积极意义。
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  重载高频伺服液压缸系统设计

  李峰珠, 徐颖

  机床与液压. 2021, 49(13): 123-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.025

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  基于工况计算,确定了液压伺服缸主要参数,在结构设计上采用导向带承压串联密封结构,以满足活塞支承需要,能够实现高压密封并具有低摩擦特性。活塞杆端部连接采用小升角螺旋预涨紧结构以解决动态载荷作用下螺纹间隙问题。基于伺服缸流量需求设计了先导控制的并联伺服阀液压系统。测试结果表明,设计的伺服缸系统能够满足大规格阻尼器的振动试验需求。
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  基于CATIA的华中数控五轴机床后置处理开发与验证

  宋艳丽

  机床与液压. 2021, 49(13): 127-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.026

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  以五轴NAS圆锥台试件为研究对象,通过CATIA软件进行五轴后置处理输出。采用VERICUT软件进行G代码仿真校验,通过在结构为AC双转台类型的GS-200五轴数控机床上进行CATIA后处理验证切削,证明机床切削的正确性,验证基于CATIA的华中五轴机床后置处理开发是成功的。
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  变速器润滑系统油泵壳体清洗工艺

  单艳芬

  机床与液压. 2021, 49(13): 131-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.027

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  油泵壳体清洁度对于变速器润滑系统整体性能有重要影响。由于油泵壳体结构复杂,采用一般清洗方法难以达到清洁度要求。将高压水射流清洗技术与精密清洗技术相结合,既能实现对规则性较好部位的清洗,也能实现对孔、缝隙等部位的清洗。实验结果表明:采用该种油泵清洗工艺,能大幅度提高油泵壳体的清洁度,达到产品性能要求。
建模与仿真
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  低压透平电液调节系统的建模及仿真研究

  高军霞, 吴凤和, 陈恩平, 唐军

  机床与液压. 2021, 49(13): 135-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.028

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  以某种低压透平电液调节系统为例,分析其多级放大结构的耦合特点,以及应用伺服随动反馈控制先导级滑阀阀口和主滑阀阀口开度变化的机制,建立该系统的数学模型,并采用MATLAB/Simulink对其进行仿真。搭建低压透平电液调节系统试验台,试验结果表明:利用该模型获得的试验结果与仿真结果吻合性较好,验证了该数学模型的正确性和可行性;适当减小主阀芯弹簧刚度以及油缸有效面积,可在不影响稳态输出精度条件下,明显提升低压大流量系统的动态响应速度;减小先导阀弹簧刚度,可在响应速度不变的条件下,减小对控制油压的响应时间,使静态输出特性曲线零位死区减小;给出了能提高系统动态响应速度的优化参数取值。研究成果可为低压大流量伺服控制系统的设计及优化提供参考。
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  基于双闭环迭代学习控制的PMSM转矩脉动抑制

  周雅娣, 许鸣珠

  机床与液压. 2021, 49(13): 142-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.029

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  针对永磁同步电机(PMSM)低速运行时转矩脉动大的问题,在迭代学习控制的基础上提出一种基于双闭环迭代学习的控制方法。仿真实验结果表明:与经典PI控制相比,所提控制策略能有效抑制电机低速运转时出现的输出转矩脉动,保证电机的平稳运行,提高永磁同步电动机在不同情况下的驱动性能。
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  潜油离心泵旋转速度对流道内瞬态气液两相流场影响

  宋微, 冯子明, 方欣, 董康兴

  机床与液压. 2021, 49(13): 146-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.030

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  为研究变频调速运行时,潜油离心泵输送气液两相流时泵内部流动特性,以Q10潜油离心泵的叶轮为研究对象,采用欧拉-欧拉非匀相流、非定常N-S方程和标准κ-ε湍流模型,对潜油离心泵叶轮内气液两相流动进行了瞬态仿真计算。结果表明:流道内的气相随着叶轮旋转而分布不均匀,叶轮内气相聚集范围均表现为自前缘处向尾缘处出口延伸,气相聚集浓度自前缘进口处向尾缘出口递减;当叶轮转速增加,气相在流道内周期性聚集扩散的周期缩短,且叶轮内气相浓度减小,气袋的体积变小,也容易分离破碎成小气袋;流道内整体流速增大,进出口压差增大;叶片两侧压差与叶轮转速成正比,同时叶片表面波动频率也随之增大。
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  GH4169镍基高温合金薄壁钻削过程中的应力及变形研究

  董坤阳, 黄树涛, 于晓琳, 许立福

  机床与液压. 2021, 49(13): 153-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.031

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  利用ABAQUS有限元仿真软件建立了镍基高温合金GH4169薄壁件钻削模型,分析钻削GH4169薄壁件过程中的薄壁变形和应力变化。根据钻削过程中钻头下方工件材料的应力及变形特点将其钻削过程分为5个阶段:第1阶段,工件变形以整体弹性下凹变形为主,并在钻头横刃旋转接触圆形区域下方发生了局部塑性形变;第2阶段,在制孔区以塑性变形为主,在非制孔区弹性变形量大于塑性变形量;第3、第4、第5阶段工件变形相差不大,在孔口边缘形成了较大的材料外翻,其余部分形成了一定的塑性变形。在钻头横刃刚与薄壁件接触时,钻头横刃与薄壁件接触部分表现为应力集中;随着钻头的向下进给,钻头后刀面与薄壁件呈面接触,应力波开始以大致为圆形的波形扩散在薄壁件上,随后以近似方形传递到薄壁件四边。
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  电磁平衡头自锁力矩随永磁体参数变化规律研究

  梁警威, 丁浩, 刘保国, 申会鹏, 梅俊伟, 刘彦旭

  机床与液压. 2021, 49(13): 161-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.032

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  电磁平衡头自锁力矩具有驱动和自锁作用,其评价指标分别为自锁力矩一个步距角内做功和自锁力矩峰值。在保持齿盘参数不变的前提下,通过建立平衡头自锁磁路的三维模型,基于Ansoft Maxwell-3D瞬态求解器,采用有限元分析方法,研究不同永磁体数量、材料、形状和位置参数下自锁力矩峰值、做功及其比值的变化规律。结果表明:自锁力矩峰值、整周期做功随永磁体数量、长度、直径的增加而增加,随气隙增加而减小,随偏心率变化呈抛物线改变;峰功比在磁路轴向投影不变时近似为常数0.34,在永磁体数量变化时近似为0.31,随永磁体直径的增加呈指数减小。
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  基于混合控制系统的大部件自动化作业仿真

  申皓, 谢颖, 虞文军, 谢伟, 李森

  机床与液压. 2021, 49(13): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.033

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  针对飞机大部件自动化制造过程中离线程序检查方法效率低、运行风险大的问题,基于RobotStudio二次开发构建自动化作业仿真平台作为离线仿真工具。在仿真平台中构建ABB控制器与数控系统的虚拟混合控制系统以及设备物理模型,实现仿真系统结构参数、运动控制参数与实际自动化系统统一。基于C#与RobotStudio API开发大部件位姿计算模块、导轨与机器人运动程序编译模块,实现仿真平台中大部件位姿快速变换与程序自动编译。以飞机外形扫描为应用场景进行试验,结果表明:仿真平台中的导轨、机器人与实际自动化系统运动一致,该平台能够实现结构碰撞检查与程序正确性检查,减少自动化作业前程序检查时间及提高自动化系统的安全性能。
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  大功率永磁偶合器旋转离心水冷温度场表征

  朱玉芹, 王雷, 刘昊

  机床与液压. 2021, 49(13): 171-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.034

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  针对传统流道静止或转速代入经验公式计算散热系数、难以精确表征大功率永磁偶合器旋转离心水冷温度场分布的难题,提出流固耦合传热结合MRF模型的方法,并以800 kW永磁偶合器为例进行仿真计算和散热优化,得到流道流场分布及整机温度分布结果。结论如下:冷却水流速随离心作用加速,在出口直角弯处能量损失后速度降低至67 m/s; 60 kW热损耗下温度分布沿径向逐步升高,最高温度为131℃,最低为76℃;对比不同热损耗、不同流道个数对温度、阻力矩、漏磁系数等参量影响规律可知,40个流道个数为最优,相较于原模型36个流道情况下温度降低6~8℃。
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  采煤机调高机构液压控制系统建模与仿真

  卜桂玲

  机床与液压. 2021, 49(13): 175-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.035

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  为提高采煤机滚筒调高系统的响应速度和稳定性,分析了采煤机自动调高系统组成及原理,并推导了调高油缸伸出量与滚筒高度之间的函数关系,随后利用AMESim软件建立了系统仿真模型。仿真结果显示:相比于普通电磁换向阀,电液比例阀更加有利于滚筒高度的稳定、快速调整。另外,在设计调高系统时,应考虑外负载对电液比例阀启动时间的影响。
综述与分析
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  铝合金高速切削刀具磨损研究进展

  郑国强, 林有希, 孟鑫鑫, 俞建超

  机床与液压. 2021, 49(13): 178-182,189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.036

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  由于铝合金高速切削过程中切削温度高,导致刀具严重磨损,降低了刀具寿命和零件加工精度,因此准确预测刀具磨损和分析刀具磨损规律至关重要。分别从刀具寿命模型和刀具磨损速率模型概述刀具磨损理论模型研究进展,基于切削用量、刀具性质和冷却方式分析刀具磨损规律。从已有研究来看,在铝合金高速切削过程中刀具磨损随切削速度和进给量增大而增大,切削深度无明显规律;常见刀具磨损有黏结磨损、磨粒磨损和扩散磨损,其中黏结磨损为主要刀具磨损机制。
故障诊断与可靠性
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  基于DTBN的液压调高系统动态故障树分析

  陈东宁, 张金戈, 姚成玉, 刘强

  机床与液压. 2021, 49(13): 183-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.037

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  针对液压调高系统存在动态失效特性问题,采用基于离散时间贝叶斯网络(DTBN)的动态故障树分析方法进行分析。研究一种基于DTBN的动态故障树分析方法,给出动态故障树向DTBN转化以及用DTBN求解各时间段和任务时间内顶事件的发生概率、基本事件的后验概率和概率重要度的方法。利用基于DTBN的动态故障树分析方法构建液压调高系统动态故障树,并将其转化为DTBN。利用贝叶斯网络双向推理计算各时间段和任务时间内液压调高系统的失效概率和各元件的后验概率与概率重要度,为发现液压调高系统薄弱环节、提高系统可靠性提供依据。
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  2D换向阀异常打开故障分析与改进

  璩金超, 薛小伟, 张士卫, 阮健, 朱登魁

  机床与液压. 2021, 49(13): 190-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.038

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  针对某型号2D换向阀在使用中出现的未供电异常打开故障,建立故障树。应用故障件失效分析方法进行了故障定位、机制分析和故障复现试验,确认故障原因是油液中析出的气体进入2D换向阀的敏感腔,降低了敏感腔内油液体积弹性模量;当向2D换向阀供油时,2D换向阀的高压腔压力比敏感腔压力建立快,导致阀芯移动超过失效临界位置,使敏感腔与回油腔连通,阀芯保持在极限打开位置。依据分析结果对2D换向阀端盖增加了限位措施。经试验验证,该措施有效。
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  采用自适应超扭观测器的电液伺服系统故障重构研究

  王子剑, 张浩, 胡波

  机床与液压. 2021, 49(13): 195-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.13.039

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  为克服电液伺服系统中故障分布的不确定性,设计一种自适应增益超扭滑模观测器,用于电液伺服系统对有界未知扰动的故障进行重构。通过对电液伺服系统进行分析,获取电液伺服系统非线性动力学方程。利用电液伺服系统非线性动力学方程,构造自适应超扭观测器,用于消除观测器增益的保守性,提高抖振削弱效果。将该自适应超扭观测器引入电液伺服系统的故障重构,克服故障分布的不确定性。实验结果表明:所设计的方法能够较好地对气缸位置以及气缸速度进行估计,估计结果准确度较高,而且没有较大的抖振现象,超调量也较小。说明所设计的自适应超扭观测器能够较好地适应故障的不确定性,减少抖振效应,从而能够较好地实现电液伺服系统的故障重构。