2021年, 第49卷, 第17期　
刊出日期：2021-09-15
  

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    工业机器人专栏
  • 基于半解析法的四足爬壁机器人关节扭矩估算
    张铁, 吴凌峰, 赖乙宗, 蔡蒂
    机床与液压. 2021, 49(17): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.001
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    四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩是机器人吸附力设计和关节电机选型的重要依据。在考虑重力和吸附姿态变化的情况下,利用有限元分析足端力和关节扭矩需要重复画网格和仿真分析,工作量较大。结合运动学、静力学和有限元分析提出一种简单且统一的半解析方法估算不同吸附姿态下四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩。算例中利用半解析法计算得到84组数据并分析得到不同姿态下最大足端力和最大关节扭矩的变化规律,基于算例结果完成了机器人的吸附力设计和关节电机选型,最后实验测量了不同姿态下机器人的关节扭矩最大值。实验结果表明:机器人吸附力设计和关节选型合理,半解析法计算的最大关节扭矩误差小于8.86%。
  • 基于改进模糊自适应的机械手阻抗控制研究
    罗萍, 杨波, 常峥, 张晓晓
    机床与液压. 2021, 49(17): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.002
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    为解决因机械手非线性不确定系统、负载变化及力传感器测量不准确等引起的轨迹位置和接触力的控制问题,研究了一种反演自适应模糊控制方法。在目标阻抗控制模型上引入改进的力补偿以及自适应控制律,并采用Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性,同时利用模糊理论设计了模糊控制系统完成目标阻抗参数的自整定,实现了无需依赖信息模型的力/位控制。以简化的二自由度机械手模型完成仿真实验。结果表明:该控制方法具有较好的力/位控制性能,系统鲁棒性较好。
  • 涂胶机器人离线编程系统设计与应用
    刘欢庆, 苏宇锋, 高建设
    机床与液压. 2021, 49(17): 15-19,98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.003
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    为提高涂胶的质量与效率,借助SolidWorks二次开发接口,设计一种涂胶机器人离线编程系统。针对具有非均匀有理B样条曲线(NURBS)的工件轮廓的涂胶,研究一种NURBS插补算法,与粗精路径点提取方法相结合,能够实现涂胶过程规避障碍物;利用C#.NET结合OpenGL开放图形库实现了仿真环境;以ZZRT-608六自由度机器人作为机械系统、ZMC406作为控制系统搭建了实验平台。以典型的鞋样涂胶工件为测试对象进行实验验证,与KUKA机器人手动示教编程作对比,结果表明:该离线编程系统在效率上提高了30%~50%,涂胶轨迹更加均匀,能够更好地满足高精度生产需求。
  • 基于改进人工势场法的机械臂路径规划仿真
    付泽民, 余奇, 熊鹏鹏, 王志进, 赵志繁
    机床与液压. 2021, 49(17): 20-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.004
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    为解决六自由度机械臂在工作空间中的路径规划问题,提出一种改进的人工势场法与快速随机搜索树(RRT)算法相结合的规划方法。以发那科M-20iA工业机器人作为研究对象,选取其各连杆D-H参数并创建坐标系,分析其正运动学问题。然后采用包围球包络障碍物、圆柱体包围盒包络机械臂,将碰撞问题转化为球心到圆柱体中轴线最短距离的问题。接着改进势场法的势函数,并在机械臂进入局部极小点时改用RRT算法使机械臂跳出该点,之后继续采用势场法规划路径到达目标点。最后在MATLAB中对该改进算法进行仿真,仿真结果证明:该算法可以成功避障,保证机械臂平稳运行至目标处。
  • 基于C集的少自由度并联解耦机器人构型综合
    席万强, 俞斌, 宋长坡, 王尧尧
    机床与液压. 2021, 49(17): 25-30,48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.005
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    针对并联机器人各支链间相互运动耦合的特性以及各支链基座在世界坐标系的位姿问题,提出基于C集的一种少自由度并联完全解耦机器人的构型综合方法。阐述C集的基本概念并分析其运算法则;在C集理论的基础上,通过分析机构的组成特性,给出少自由度并联完全解耦机器人构型综合的具体步骤;依据此综合理论,实现三平动(3T)解耦并联机器人构型综合,得到了末端具有3T运动特征的并联机构组合。进而,以传统运动副、对称结构的3T并联机构为主要研究类型,构型出一种并联机构3-PRRR,并分析该机构的雅可比矩阵。结合ADAMS仿真软件验证新机构的解耦性能,结果显示:机构3-PRRR完全解耦,验证了所提方法的有效性。
  • 新型抱臂式架空输电线路巡检机器人研制
    侯建国, 张斌, 刘晓铭, 黄国方, 薛栋良, 温祥青, 王吉岱
    机床与液压. 2021, 49(17): 31-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.006
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    应用机器人替代人工实现架空输电线路的精益化管理,对解决线路运维结构性缺员造成的影响具有十分重要的意义。针对目前巡检机器人存在的线路改造工作量大、巡检效率低、智能化程度低等问题,提出一种三臂抱臂式巡检机器人及与之匹配的悬挂式过桥装置设计方法,包括整体设计、结构设计、控制系统、感知系统等。对机器人关键结构和悬挂式过桥装置进行了仿真分析,验证了机器人结构设计的合理性和悬挂式过桥装置的可行性。样机测试结果表明该机器人仅需在耐张塔处搭建过桥设施,即可实现全线连续可靠自主巡检。
  • 1T2R和2T1R两运动模式的并联机构的综合与分析
    陆彩满, 刘艳梨, 古亮, 吴洪涛
    机床与液压. 2021, 49(17): 38-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.007
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    基于方位特征集理论,确定1T2R和2T1R两运动模式串联支链的最小范围的方位特征集,综合得到许多两运动模式的新支链结构;依据最大线性向量的相关性,确定1T2R和2T1R两运动模式并联机构的组合方案;并分析优选的两运动模式的并联机构不同运动模式下的运动特征。研究结果表明:综合得到的并联机构只要在锁住分岔支链其中一个转动副的条件下驱动,则机构通过分叉点能够实现1T2R与2T1R运动模式的切换。
  • 六自由度机械臂反向动力学递推算法研究
    谈衡, 刘凯磊, 康绍鹏
    机床与液压. 2021, 49(17): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.008
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    针对多自由度串联型工业机械臂反向动力学求解问题,提出一种基于解耦自然正交补的反向动力学递推算法。通过六维旋量描述相邻连杆的速度约束,用自然正交补矩阵构建关节速度与六维旋量之间的关系。采用非解耦的Newton-Euler方程建立机械臂的动力学模型,当考虑连杆间的速度约束时,将该动力学模型用基于自然正交补的方法进行解耦,形成机械臂反向动力学递推算法,得到动力学模型的最小阶形式。以KUKA KR5六自由度机械臂为例,在仿真环境下对所提算法的有效性进行验证。结果表明:与其他4种算法相比,该算法计算复杂度低、计算效率高;该算法计算效率比ADAMS高67.7%。
  • 采用逆神经网络模型的移动机器人速度控制回路研究
    万军, 贾宇明
    机床与液压. 2021, 49(17): 54-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.009
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    针对移动机器人运动轨迹容易受到不确定外界因素干扰的问题,采用逆神经网络模型设计移动机器人控制系统。分别采用逆神经网络控制器和传统PI控制器模型对两轮差动移动机器人运动速度和角速度进行跟踪控制。传统PI控制器模型使用了近似于线性的等效负载驱动器,而逆神经网络控制器使用前馈多层感知神经网络模型,该模型结合了其运动学和动力学的数学模型,在特定工作区域内,对逆神经网络模型进行离散训练。在平面内,对移动机器人的速度跟踪控制进行仿真。结果表明:采用PI控制器模型,移动机器人车轮运动速度和角速度与理论值存在较大误差,而采用逆神经网络模型时误差较小。采用逆神经网络模型设计移动机器人速度控制回路,可以提高移动机器人运动性能,更好地适应外界环境的变化。
  • 基于Dueling Network与RRT的机械臂抓放控制
    王永, 李金泽
    机床与液压. 2021, 49(17): 59-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.010
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    针对当前机械臂抓取与放置方式固定、指令单一、难以应对复杂未知情况的不足,提出一种基于深度强化学习与RRT的机械臂抓放控制方法。该方法将物件抓取与放置问题视为马尔科夫过程,通过物件视场要素描述以及改进的深度强化学习算法Dueling Network实现对未知物件的自主抓取,经过关键点选取以及RRT算法依据任务需要将物件准确放置于目标位置。实验结果表明:该方法简便有效,机械臂抓取与放置自主灵活,可进一步提升机械臂应对未知物件的自主操控能力,满足对不同物件抓取与放置任务的需求。
  • 一种机器人的传送带动态跟踪算法
    李雪锋, 庄健培, 高燕, 吴科龙
    机床与液压. 2021, 49(17): 65-67,73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.011
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    传送带跟踪功能是工业机器人最典型的应用,在喷涂、3C、上下料等行业均有广泛的应用。主要以直线传送带跟踪为研究对象,通过编码器的位置反馈信息,计算出物品坐标系在机器人基坐标系下的实时矩阵表示,通过改进的跟踪算法,实现从追踪到跟踪同步的功能。实验结果表明:机器人在位置模式下,通过该算法,TCP末端能快速追踪上物品,并实时同步传送带上的物品,最终实现对目标的动态跟踪抓取。
    • 试验与研究
  • 高速球轴承生热量的理论及试验研究
    于洁, 刘忠, 袁伟, 贺磊, 郭前建
    机床与液压. 2021, 49(17): 68-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.012
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    结合高速球轴承的拟动力学模型,分析轴承各零件在接触点处的切向摩擦力和相对滑动速度。利用局部分析法建立轴承生热量计算模型。研究转速、载荷和轴承几何结构参数对轴承各单元间的局部生热量和总生热量的影响。搭建轴承试验台,监测轴承生热量随工况的变化规律;将相同条件下的理论计算结果和试验结果进行对比,验证理论模型的正确性。结果表明:轴承在稳定运行时,转速和外加轴向载荷是造成轴承总生热量的主要因素;在球径一定的情况下,内、外圈沟曲率半径系数存在一个使轴承生热量最小的最优值;分析轴承生热量变化规律,有利于轴承的温度场计算、润滑油油量的选取等。研究结果为轴承结构的优化设计提供参考。
  • 全贯流泵装置水泵特性模型试验研究
    徐逍帆, 葛强, 仇宝云, 徐金, 李振志
    机床与液压. 2021, 49(17): 74-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.013
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    全贯流泵由于结构特殊,泵的输入机械功率不能直接测得,导致难以获得泵装置的有关特性参数。针对全贯流泵装置效率难以直接分析的问题,提出用损耗分离法进行全贯流泵效率计算。即根据电机与水泵装置之间的能量传递及损耗关系,通过测量电机输入电功率及泵装置的有关水力参数,分离电机损耗和泵装置损耗,运用MATLAB对数据进行函数曲线拟合验证,求出水泵的输入机械功率,分析并计算全贯流泵装置水泵特性参数。最后运用公式解析法计算泵装置输入机械功率,比较两者偏差。结果表明:损耗分离法可以得到比较准确的水泵装置特性参数,可以用于全贯流泵装置试验水泵特性研究与效率计算分析。
  • 基于COMSOL的摆线泵流场特性研究
    刘勇, 徐劲松, 黄龙龙, 王广华, 张蕊
    机床与液压. 2021, 49(17): 79-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.014
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    基于COMSOL建立摆线泵模型,对旋转域采用动网格技术、动静区域采用一致对方法实现数据传递。设置相应的边界条件后对泵进行CFD仿真,并通过试验验证仿真模型的可行性。对比不同温度下摆线泵的流场特性。结果表明:试验与仿真误差略微超过5%,仿真模型可行。对比油液在不同温度下的出口流量、压力特性,结果表明:随着油液黏度降低,摆线泵的出口流量均值降低,流量脉动率增加;摆线泵出口压力均值变化很小,但压力脉动率得到较大幅度增加。分析不同温度下摆线泵旋转域截面,结果表明:由于油液黏度降低,使得油液流动性变好,造成在吸油区产生的负压较低,在排油区径向和轴向泄漏增大,使得泵出口流量降低。研究结果为其他泵的仿真提供参考。
  • 液压激振伺服控制系统的模型辨识
    周新建, 郭维年, 肖乾, 祁强, 周生通
    机床与液压. 2021, 49(17): 85-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.015
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    推导了液压激振伺服控制系统模型的传递函数表达式,在AMESim中建立了系统模型并进行线性化分析。将AMESim中通过雅可比矩阵运算得到的结果作为依据,在MATLAB中进行系统模型辨识,得出系统的一阶积分环节增益、伺服阀和液压缸的固有频率与阻尼比等参数;在Simulink软件中建立验证模型并进行验证。结果表明:系统模型辨识得到的关于伺服阀和液压缸的固有频率和阻尼比与AMESim仿真模型线性特征值对应;Simulink验证模型的输出曲线与AMESim仿真中的输出曲线基本吻合,表明该方法能满足液压激振伺服系统的模型辨识。
  • 基于轮询枚举的轴承监测系统超多通道任意可选方法研究
    杨林杰, 李奇, 颜丙生, 刘自然
    机床与液压. 2021, 49(17): 89-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.016
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    可倾瓦轴承监测系统采集信号种类多,具有超多采集通道,实现通道任意可选比较困难。针对此问题,提出一种基于轮询枚举的方法,将循环索引和枚举型条件结构相结合并利用LabVIEW平台实现该算法。通过实验验证,该方法可以实现超多采集通道任意可选,对应通道数据存储也非常方便,便于对轴承单个瓦块进行数据采集分析。
  • 基于超磁致伸缩驱动的输液泵设计及可行性研究
    刘旭辉, 宋浩然, 胡慧娜, 吴雁, 李振武, 曹永军
    机床与液压. 2021, 49(17): 95-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.017
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    针对传统机械式输液泵的输液精度低、输液不平稳等问题,提出一种基于超磁致伸缩微驱动的输液泵的概念设计。介绍该新型输液泵概念结构和工作原理;对输液泵的超磁致伸缩驱动器装置进行初步的可行性研究。结果表明:在外加电流为0~2 A时,超磁致伸缩驱动器的输出力达到470 N、输出位移达到58μm,可控性能优异,验证了超磁致伸缩微驱动输液泵设计的可行性。
  • 基于嵌入式系统的汽车电子水泵测试系统研究
    王巍, 冯晨, 王敏, 唐宁
    机床与液压. 2021, 49(17): 99-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.018
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    针对传统水泵测试系统对汽车电子水泵测试的局限性,研发一款基于嵌入式系统的汽车电子水泵测试系统,兼容多种汽车电子水泵。分别从硬件组成、软件设计和控制策略方面介绍该测试系统。设计嵌入式控制器实现系统的参数采集和工况控制。通过输入和输出RS-485、PWM、LIN和CAN等信号,模拟ECU对汽车电子水泵的控制信号;采用PID算法控制管路流量;设计了系统的上位机;采用某车企汽车电子水泵产品完成系统验收。该系统可用于不同控制信号的汽车电子水泵性能测试。
  • 基于二阶LADRC的多电机同步控制系统研究
    杨赛东, 张士雄, 刘亚奇
    机床与液压. 2021, 49(17): 104-106,172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.019
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    多电机同步控制系统稳态时负载突变时同步误差大,并且系统的跟踪性能与抗扰性能差。为解决以上问题,提出基于改进型速度补偿器的二阶线性自抗扰控制器。在MATLAB/Simulink环境下搭建了3台电机同步控制仿真实验模型并进行仿真。对比分析改进型偏差耦合控制结构与传统偏差耦合控制结构,研究结果表明:改进型偏差耦合控制结构具有精度高、抗干扰性好、收敛速度快等特点。
  • 基于机械对称性知识的夹具快速设计
    唐耀红, 刘显贵, 梁国祥
    机床与液压. 2021, 49(17): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.020
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    对机械对称性知识体系进行简要总结,分析机械对称性知识在机械设计与工艺规划领域的应用。对机械对称性所包含的结构对称性-功能对称性-原理对称性作用机制进行研究,提出根据机械对称性知识来进行夹具快速设计的基本思想。建立基于对称性知识的夹具信息模型,提出在机械对称性知识作用下夹具快速设计的关键技术与体系结构。根据对称性原理,在对SolidWorks进行二次开发的基础上,开发了应用于汽车同步器制造的CAFD系统,实现了基于机械对称性知识的夹具快速设计,验证了系统的实用性与有效性。
  • 管道全位置焊接熔池监测试验研究
    柯希林, 王中任, 汤宇, 夏良杰, 赵荣丽, 刘海生
    机床与液压. 2021, 49(17): 113-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.021
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    在管道全位置自动焊接过程中,焊接熔池形态监测对焊接质量控制有重要意义。设计一套熔池监测试验装置,方便采集清晰的熔池图像。运用图像处理技术检测熔池边缘。用熔池长度、熔池宽度以及熔池头部轮廓二项式系数等特征参数重新定义熔池形态。应用正交试验法和极差分析法,研究在仰焊区段焊接电流、电弧电压以及焊枪摆速等因素组合变化时对熔池形态的影响程度。结果表明:采用优化的焊接工艺参数组合,可以获得良好的焊缝成形质量。
  • 基于热传递函数的机床主轴热关键点辨识方法
    何郑曦, 荣茂林
    机床与液压. 2021, 49(17): 117-122,184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.022
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    针对机床热误差补偿技术中热态特性建模与热关键点辨识困难问题,提出一套较完善的主轴热态特性建模方法与热关键点快速辨识技术。考虑主轴系统温度与热变形等因素,建立主轴热态特性分析模型,结果表明:模型预测值与某精密卧式加工中心的热误差实测量值之间的误差均在20%以内,说明了所提建模方法的正确性。将模型输出结果用于主轴热关键点辨识,根据12个测点的热传递函数值筛选出6个热关键点;利用6个关键点的数据,基于BP神经网络建立一种主轴热误差预测模型;对比BP神经网络预测的输出值与热态特性模型的输出值,结果表明:最大误差为-0.060 36μm、最大相对误差为-0.200 6%,验证了所提热关键点辨识方法的有效性。
  • 气膜孔五轴视觉测量系统的设计与搭建
    毕超, 郝雪, 刘梅, 纪广波
    机床与液压. 2021, 49(17): 123-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.023
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    为解决空心涡轮叶片上气膜孔的孔径和分布位置的测量难题,在机器视觉测量与多轴运动控制的基础上,设计并搭建一套非接触式的气膜孔五轴视觉测量系统。该系统由三坐标测量机、双轴位置转台、工业视觉测头和叶片专用夹具等组成,具有3个直线自由度和2个转动自由度。在测量过程中,利用双轴位置转台实现被测叶片的转位,并通过三坐标测量机的运动实现工业视觉测头的移动,使工业视觉测头对焦于气膜孔的出口表面并采集其清晰图像。通过图像处理等步骤,获取被测气膜孔的几何尺寸和空间位置参数。为验证该系统的实用性和有效性,分别测量被测空心涡轮叶片上某一列气膜孔的孔径和孔中心坐标。实验结果表明:该测量系统能够完成气膜孔的孔径和孔中心坐标的检测任务,并且重复性精度指标满足使用要求。
  • 一种多片舵同步展开模拟负载技术的可行性研究
    杜永刚, 于锟锟
    机床与液压. 2021, 49(17): 128-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.024
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    火工展开技术广泛应用在导弹折叠翼和折叠舵领域中,模拟负载技术是其测试过程中的关键技术之一。利用多组气缸实现多组模拟负载是一种较为新颖的方法,介绍了这种多组气缸驱动的模拟负载器的原理、组成等。在气缸加载的数学模型中加入气缸质量、摆动影响因素,应用MATLAB进行编程和仿真计算。结果表明:该方法可以实现多片舵的模拟负载的加载,在模拟出大负载的同时,兼顾了机械加载快速响应的优点。该模拟负载器结构简单、成本低廉,具有很好的应用前景和经济效益。
  • 基于线结构光视觉的轴径主动测量方法
    张翠翠, 刘思远, 赵京鹤
    机床与液压. 2021, 49(17): 132-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.025
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    针对轴径测量问题,提出一种通过建立与轴线垂直的虚拟平面,并利用基于最小二乘圆拟合算法快速获得被测轴直径的方法。对线结构光视觉系统进行标定,得到摄像机的内参、畸变系数、结构光平面参数;获得被测回转体轴线的方向向量和轴线与结构光平面交点坐标,利用已得到的方向向量和轴线与结构光平面的交点建立一个与轴线垂直的虚拟平面;再将结构光平面与零件表面上的交点投影到虚拟平面上,并通过所有投影点到轴线与光平面交点的距离排除数据中的噪点;最后利用有效投影点和轴线与光平面交点的距离,得到被测回转体的外表面圆柱度。通过轴径测量试验对该算法进行了验证,在复杂的测量环境下,当被测轴直径为30~50 mm时,平均测量误差为30μm,最大测量误差为50μm。因此,该算法可以应用于实际回转体零件的直径测量中。
  • 整体七级叶轮五轴加工工艺设计与研究
    张兴华
    机床与液压. 2021, 49(17): 137-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.026
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    以涡轮分子泵的七级叶轮作为研究对象,分析七级叶轮的结构特点及加工难点,制定整体七级叶轮五轴加工工艺方案。研究整体七级叶轮粗、精加工的加工路径及五轴机床后处理。在SurfMill软件中生成各加工阶段加工路径,并运用数字孪生编程技术进行加工路径仿真优化,以避免实际加工过程中出现过切或者碰撞,节约加工时间。利用在机激光测量进行实际加工,所得产品达到了目标加工质量。
    • 建模与仿真
  • 机械密封系统流场气穴特性数值分析
    陶兴伟, 穆塔里夫·阿赫迈德, 王鹏程
    机床与液压. 2021, 49(17): 142-146,163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.027
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    针对机械密封腔内流场在一定区域内会产生气穴的现象,建立密封腔的几何仿真模型。利用商业分析软件结合多相流模型对机械密封腔内流场的气穴现象进行数值模拟及优化,获得了机械密封腔内流场的气穴位置和分布情况。分析进口压力、转速对气穴产生的影响,并利用克里金(Kriging)插值方法对其组合进行优化。结果表明:在相同的初始条件下,不同冲洗液的进口压力和转速都对密封腔内气穴的产生具有促进或抑制作用;通过Kriging插值和误差分析,缩小了对气穴现象产生抑制的进口压力和转速组合的范围。
  • 基于Fuzzy-PID的单自由度液压实验台控制特性分析
    靳莹, 宁初明, 韩寿松, 沈灿铎, 黄勇
    机床与液压. 2021, 49(17): 147-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.028
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    针对单自由度液压实验台的高控制性能要求,对单自由度液压实验台液压控制系统的动态控制特性进行分析。分析单自由度液压实验台的工作原理及液压控制系统主要元部件的数学模型;对Fuzzy-PID控制器进行分析与设计;在AMESim-MATLAB中构建单自由度液压实验台液压控制系统的联合仿真模型。对采用Fuzzy-PID和常规PID控制的单自由度液压实验台的控制特性进行对比分析。结果表明:采用Fuzzy-PID控制的单自由度液压实验台具有优良的伺服跟踪性能。
  • 含填充胶表贴式高速永磁转子保护套强度研究
    魏小丰, 胡青春
    机床与液压. 2021, 49(17): 151-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.029
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    含填充胶表贴式高速永磁电机转子,其永磁体为分块式,磁极间填充物为高性能结构胶。针对该类型转子的保护套进行强度研究,基于弹性力学理论推导保护套应力计算公式,使用有限元法对公式进行了验证;同时分析过盈量和转速对保护套强度的影响。结果表明:含填充胶表贴式高速永磁电机转子保护套在额定转速下有足够的机械强度,可以满足使用要求。
  • 四自由度水下机械手系统设计与仿真
    乔栋, 谢亚龙, 姚涛
    机床与液压. 2021, 49(17): 157-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.030
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    针对四自由度水下机器人操作机械手进行了运动学和动力学建模与控制研究。对水下机械手的结构进行了系统设计,并运用齐次变化法和牛顿-欧拉方法分别对其进行逆向运动学和动力学的理论分析。运用MATLAB进行了相关的运动仿真,验证了结构设计的合理性。对机械手控制系统进行相关研究,通过对控制方案以及信号传递与转换进行分析与设计,实现了对机械手的运动控制。
  • 基于AMESim的闭式液压系统动态特性与热力学分析
    张慧贤, 马利民, 梁莉, 郭哲锋, 钟卫
    机床与液压. 2021, 49(17): 164-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为研究某闭式液压转向系统的动态特性并进行热力学分析,建立该液压转向系统的仿真模型及热液压模型。结合设计要求及现场试验,研究液压泵流量、溢流阀压力以及系统负载对转向特性的影响,并对转向液压缸两腔压力进行对比分析。结果表明:较低的流量输出可减小液压冲击,过高的负载会产生较大的液压冲击,加入蓄能器能大幅改善液压缸工作压力的稳定性。通过建立的热液压模型,对系统的温升过程进行了仿真分析,结果表明:溢流阀设定压力对液压缸温升影响较大,应根据负载实际情况设定合适的溢流压力;负载的增加导致液压油温度升高,进而造成溢流损失、液压缸内泄漏增加以及管路摩擦力上升,在实际中应避免系统工作在极端负载状况。通过现场试验,完成了系统参数的重新匹配,改善了液压系统动态特性,同时使得油温大幅下降。研究结果为闭式液压系统动态特性及热力学设计提供了参考。
  • 齿轮副几何参数对直线共轭内啮合齿轮泵流量脉动特性的影响
    张东东
    机床与液压. 2021, 49(17): 169-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.032
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    流量脉动是引起齿轮泵自身振动及产生流体噪声的根本原因。为了得到流量脉动特性,以某型直线共轭内啮合齿轮泵为研究对象,基于MATLAB软件分析不同重合度所对应的理论瞬时流量曲线,研究齿轮副几何参数对流量脉动率的变化规律。结果表明:齿轮副退出啮合,理论瞬时流量最小。脉动率递增时几何参数影响程度由大到小排列为:齿轮分度圆半径>齿轮齿顶圆半径>传动比(两齿齿差)>齿圈齿顶圆半径;递减时由大到小排列为:齿轮齿数>齿轮分度圆半径>齿轮齿形半角。为了减少脉动率,对于满足计算的传动比,齿轮齿数确定,齿圈齿数取较小值,而齿圈齿数确定,齿轮齿数取较大值;齿形半角取较大值;齿轮及齿圈齿顶圆半径取较小值;齿轮分度圆半径在33.5~35 mm之间取值。
    • 综述与分析
  • 高硬度合金加工热力因素对刀具磨损影响研究进展
    刘屹, 林有希, 左俊彦
    机床与液压. 2021, 49(17): 173-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.033
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    针对高硬度合金材料在切削加工中刀具磨损严重的问题,总结了切削力模型、切削温度模型和相关实验研究,阐述了切削力和切削温度与刀具磨损之间的具体联系。从热力耦合的角度出发,综述了刀具磨损机制的研究进展。对高硬度合金切削加工中刀具磨损研究的新方向进行了讨论。
    • 故障诊断与可靠性
  • 基于滑动窗口-KL散度和改进堆叠自编码的轴承故障诊断
    杨锡运, 吕微, 王灿, 李韶武
    机床与液压. 2021, 49(17): 179-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.034
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    针对风力发电机组的发电机轴承故障诊断问题,提出基于滑动窗口-KL散度和改进堆叠自编码的深度学习网络故障诊断模型。采用改进的变学习速率的堆叠自编码器进行发电机轴承温度状态重构。利用滑动窗口-KL散度算法进行发电机轴承的故障诊断,诊断结果与欧氏距离和3σ准则故障诊断结果进行对比。结果表明:采用滑动窗口-KL散度算法进行故障诊断准确率高、误报率低。
  • 工业机器人谐波减速器的传动误差超限故障诊断
    柳杨, 王凌, 高雁凤, 高建秋, 王斌锐, 曾涛
    机床与液压. 2021, 49(17): 185-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.035
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    为解决工业机器人谐波减速器使用过程中传动误差超限故障诊断问题,建立伺服电机和谐波减速器的机电仿真模型,分析减速器间隙增大对驱动电机电流产生的影响。构建工业机器人谐波减速器机电系统实验平台,采集不同传动误差谐波减速器对应的驱动电机电流信号。利用电机电流信号,提出结合梅尔倒频谱和支持向量机,以及结合梅尔倒频谱和概率神经网络的2种故障诊断方法。基于多种指标综合分析比较上述2种故障诊断方法,结果表明:结合梅尔倒频谱和支持向量机的谐波减速器传动误差超限故障诊断方法综合性能优于结合梅尔倒频谱和概率神经网络的方法。
  • 基于电机电流信号的齿轮泵故障识别方法
    孙昱, 何林
    机床与液压. 2021, 49(17): 191-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.036
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    针对机械类信号在齿轮泵故障识别与诊断中存在的信号获取成本高、信噪比低、故障特征不易获取等问题,提出一种基于电机电流信号的液压齿轮泵故障识别方法。分析通过驱动电机电流信号对齿轮泵故障进行识别的可行性,对所采用的VMD方法的参数进行了优化,结合齿轮泵运行工况对IMF分量的相关性进行分析,并重构了电流信号,依据其排列熵和均方根值所构造的特征样本并融合KFCM聚类算法,对齿轮泵进行故障识别与诊断。并通过机电液试验台对不同故障类型的齿轮泵进行试验,试验结果表明:所提电机电流信号分析与特征提取方法可准确而有效识别齿轮泵故障。
  • 基于STL分解的平均故障间隔时间组合预测
    王晓燕, 郎贺, 王品, 白贤明
    机床与液压. 2021, 49(17): 196-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.17.037
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    由于影响数控机床刀架系统平均故障间隔时间的因素较多,采用单一的模型作预测无法充分提取已知数据中的隐含信息,导致预测困难。应用基于STL进行时间序列分解的组合模型预测算法,将原始故障数据分解为趋势项、季节项和随机项,应用指数平滑法和支持向量机回归分别对前两项数据进行预测,根据时序分解的加法模型将其结合,得到组合模型预测结果,并将组合模型与单一的预测模型进行对比分析。实例证明:组合模型预测优于单一模型预测。此方法应用于MTBF的预测,有助于工作人员针对故障发生时间点提前采取措施,同时为数控机床可靠性评估提供了新的研究方法。
机床与液压
Machine Tool & Hydraulics
ISSN 1001-3881
CN 44-1259/TH

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