2011年, 第47卷, 第15期　
刊出日期：2011-08-05

  

• 全选
  |

论文
• Select
  描述变胞机构构态变换的一种新方法及其在构型综合中的应用

  杨飞;陶建国;邓宗全

  . 2011, 47(15): 1-8.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过分析变胞机构的拓扑构态变换过程，提出一种能描述杆件减少过程中任意杆件合并的矩阵表达新方法，此方法不需要进行行列变换就可得到简洁的终态矩阵，且不影响原机构杆件的编号。以此方法为基础，阐述杆件数增加或不变的变胞机构拓扑构态变换的数学描述和实现方法。根据变胞机构构态变化规律和平面机构构型综合的拓扑相关性，提出基于变胞机构拓扑构态变换的数学描述进行平面闭链机构构型综合的新方法，给出单自由度闭链构型综合的实现方法和步骤，并以8杆机构构型综合为例进行应用说明。
• Select
  4自由度混联机器人静刚度分析

  汪满新;王攀峰;宋轶民;赵学满;黄田

  . 2011, 47(15): 9-16.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  研究一种新型混联机器人模块-Bicept的半解析刚度建模方法。该模块由一含恰约束支链的2自由度平面并联机构和一与动平台末端串接的2自由度转头构成，是Tricept机器人的一种二维形式，具有制造成本低，工作空间大的特点，配以长行程导轨，可用于飞机壁板数字化自动制孔等场合。在完成2自由度并联机构位置逆解分析和变形分析基础之上，基于全变形雅可比矩阵建立该机构的静刚度半解析模型。建模中考虑了所有支链构件及铰链的弹性贡献，并侧重研究其恰约束支链弯曲刚度的精确建模问题。通过算例获得Bicept机器人面内静刚度在工作空间中的分布规律，并通过ANSYS有限元分析软件验证了计算结果的正确性。
• Select
  模块化可重构机器人的构形在线自主辨识

  姜勇;王洪光;潘新安;余岑;何能

  . 2011, 47(15): 17-24.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对模块化可重构机器人(Modular reconfigurable robot, MRR)构形复杂多变的特点，提出一种基于上层数据库和底层接口电路相结合的构形在线自主辨识方法。以所研制的MRR系统样机为研究对象，介绍关节、连杆、基座和夹爪等四类基本功能模块的结构及特殊接口电路设计；考虑多模块组合运动形式的等效性，以及同类型关节模块在输出力/力矩方面的差异，改进MRR构形空间的计算方法。利用图论中树的相关理论，在定义同类构形生成树和同序构形树枝的基础上，建立MRR构形辨识的总体研究模型，包括同类构形生成树辨识、同序构形树枝辨识和边约束条件辨识三个部分。根据模型中各部分的具体辨识对象，通过构建基本功能模块的上层数据库，并结合底层接口电路的特殊设计，实现机器人在无人参与情况下的构形在线自主辨识。以MRR系统样机为试验平台，通过多次构形辨识试验证明该方法的可行性和有效性。
• Select
  一种基于3-RPC并联机构的新型步行机器人

  张成军;李艳文

  . 2011, 47(15): 25-30.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  并联机构结构简单且具有较高的承载能力，将并联机构用于步行机器人，能够在很大程度上提高步行机器人的载重和行走效率，为此提出一种新型的步行机器人。该机器人本体采用3-RPC并联机构，具有3移动自由度,可以在不调整身体姿态的情况下向任意方向移动。采用螺旋理论分析该机器人实现三维移动的机构学原理并验证了自由度，给出位置反解的算法并绘出工作空间，结合3+3步态对机器人的行走运动进行运动学动态仿真分析，仿真结果显示机器人可以实现连续行走且步态平稳，表明该设计正确合理，具有一定的可行性。此外，由于采用并联机构，与传统多足步行机器人相比，该机器人还有容易得到位置反解等优点，有利于步行机器人的结构设计与运动规划，也拓宽并联机构的应用领域。
• Select
  工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

  王一;刘常杰;任永杰;叶声华

  . 2011, 47(15): 31-36.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂，因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素，但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础，建立机器人工具中心点(Tool center point, TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型，避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿，通过建立柔性关节的弹性扭簧模型，将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备，只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集，大大简化数据采集过程。经过补偿后，标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm，验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。
• Select
  基于能量优化的海洋机器人航向与横摇自适应终端滑模综合控制

  金鸿章;高妍南;周生彬

  . 2011, 47(15): 37-43.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  近水面运动是海洋机器人的一种重要运动姿态，由于近水面处波浪比较剧烈，机器人无法靠自身保持一定的姿态和航向，特别是在一阶波浪力这种高频周期力的作用下，海洋机器人将不可避免地产生横摇、纵摇、垂荡等摇荡运动，严重影响到海洋机器人的正常工作及安全性，因此必须加以有效的控制。基于此，利用解耦及线性化方法得到海洋机器人水平面非线性运动方程，并依据终端滑模控制理论和零航速减摇鳍工作原理设计针对航向保持和横摇减摇的控制器，使系统状态的跟踪误差在有限的时间内收敛为零，另外考虑到海浪干扰的随机性及海洋机器人自身可携带的能量是有限的，因此在控制器的设计中引入自适应机制，并利用遗传算法从能量优化的角度出发对控制器参数进行优化。仿真结果表明，机器人在减少了系统能量消耗的同时保持了航向并达到了有效地减摇控制，从而提高了近水面航行时海洋机器人操纵控制的性能。
• Select
  绳牵引并联机器人完备干涉判定条件推导

  苏宇;仇原鹰

  . 2011, 47(15): 44-51.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为克服以往因干涉分类不清晰、推导不完备而造成的在绳牵引并联机器人干涉计算中所存在的误判和漏判问题，推导包括各类干涉情况的完备判定条件并提出干涉求解策略。在明确干涉分类的基础上，根据绳与绳以及绳与末端执行器边缘之间公垂线垂足位置关系的各种情况，推导绳与绳干涉以及绳与末端执行器边缘干涉的数学判定条件；证明绳与末端执行器面干涉的充分必要条件。在此基础上，提出一种适用于绳牵引并联机器人的干涉求解策略。通过对一个典型的绳牵引并联机器人的干涉问题进行求解与对比分析，表明所导出的完备干涉判定条件可较传统方法更合理地确定干涉区域，从而为更准确地实施绳牵引并联机器人的控制奠定了理论基础。
• Select
  切削加工机器人与CAD/CAM系统集成化

  肖文磊;郇极

  . 2011, 47(15): 52-60.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  使用6R工业机器人构架切削加工平台，论述切削加工机器人与CAD/CAM系统连接和集成的数据流结构，研究切削加工机器人的后置处理过程遇到的关键问题。阐述后置处理过程各个步骤的实现原理，并以REIS RV16工业机器人为例，建立切削加工机器人的原型系统，对其后置处理过程的坐标系变换、运动学求解、冗余自由度和奇异点回避问题进行推导和论述。建立切削加工机器人的仿真和后置处理系统平台，并完成2D和3D样件的加工。试验和仿真结果表明，该系统能够完成切削加工机器人的后置处理过程及生成可执行的机器人加工指令。
• Select
  楔形纳米流道内流体压力的分子动力学

  贾妍;刘恒;虞烈

  . 2011, 47(15): 61-69.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  应用分子动力学方法研究楔形纳米流道内壁面运行速度及固液间的相互作用势对液体润滑膜压力的影响。研究表明：轴承系统分离之前，液体薄膜的压力分布曲线偏离轴承系统正常运转状态下液体润滑油膜的压力分布曲线；壁面运动速度的增加对模拟区域内最大压力的影响是有一定的局限性，当运行速度较低时，随壁面速度的增加润滑薄膜的压力不断增加，当压力达到最大值后，不再随着速度的增加而改变；轴承系统分离之前，对模拟系统内压力起主导作用的是分子间相互作用势能；固液间的相互作用势能的强弱，对模拟区域内压力变化有着重要的影响，当固液间的作用势相对较弱时，随着固液间势能作用指数的增强，模拟区域中最大压力值小范围内下降；当固液间的作用势相对较强时，随着固液间势能作用指数的增加，模拟区域内的压力不断增加。
• Select
  基于高阶模糊度函数的内蕴模式分量瞬时频率计算

  李宏坤;赵利华;周帅;张志新

  . 2011, 47(15): 70-75.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  瞬时频率计算是关系到经验模式分解实用性的关键，但是传统瞬时频率的计算方法对于信号分析的准确性有很大的影响。尽管非平稳信号的频率变化率可以用有限次的多项式表示，而最大似然估计、最小二乘法等相位建模估计方法计算量大，因此对于内蕴模式分量计算得到的瞬时频率仍然存在一些问题，其中边界效应更为明显。提出采用高阶模糊度函数来进行相位参数估计的方法，对内蕴模式分量的瞬时频率进行计算，在此基础上构建Hilbert时频谱进行信号分析。应用高阶模糊度进行瞬时频率计算，可以减小计算量，提高瞬时频率估计的准确性。采用仿真和实际信号验证方法的有效性，研究表明此方法可以有效消除边界效应影响，提高Hilbert时频谱的可靠性。
• Select
  基于声固耦合模型的车内低频结构噪声响应分析

  马天飞;高刚;王登峰;潘峰

  . 2011, 47(15): 76-82.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  根据模态相似原则建立某重型商用车简化的驾驶室有限元模型。在此基础之上建立驾驶室的声固耦合模型，并利用声学模态试验验证了模型的正确性。通过实车道路试验测量怠速工况和匀速行驶工况下驾驶室悬置点的激励信号和车内振动噪声响应信号。将测量的激励信号施加于声固耦合模型进行频率响应分析，计算20～200 Hz范围的车内结构噪声。将得到的振动噪声响应仿真结果与试验结果进行对比分析。分析表明，仿真响应频谱能够反映出激励谱和模态的影响，与试验结果相符。利用此模型预测车内振动噪声水平，也具有较高精度。
• Select
  多级粗糙间隙内的两相微流动数值模拟

  周平;郭东明;康仁科;金洙吉

  . 2011, 47(15): 83-88.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以带沟槽抛光垫多级粗糙间隙内的固液两相微流动为研究对象，基于计算机模拟生成多级粗糙表面，利用格子Boltzmman方法(Lattice Boltzmann method, LBM)计算微观流场，对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程以及固体颗粒的运动轨迹进行分析。探讨将这种新的抛光液两相微流动分析方法用于平坦化机理研究的可行性，并初步研究固体颗粒在多级粗糙间隙内的运动和碰撞过程，分析固体颗粒的运动特性。研究表明，多级粗糙表面的计算机模拟生成技术结合稀疏两相流模拟可以用来分析多级粗糙间隙内抛光液流动和固体颗粒运动轨迹。通过对抛光垫多级粗糙间隙内两相微流动的研究，有助于揭示晶片表面缺陷产生的机制，并提出减少缺陷的抛光垫微结构设计及修整方案。
• Select
  扭转复合微动模拟及其试验研究

  沈明学;谢兴源;蔡振兵;莫继良;朱旻昊

  . 2011, 47(15): 89-94.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于低速往复回转电动机系统和高精度六维力/转矩传感器，通过改变旋转轴的倾斜角α，成功实现了扭转复合微动，该微动属扭动微动和转动微动模式的复合。并对GCr15 钢球/50钢平面在倾斜角度为10°和40°及不同扭转角位移幅值下的扭转复合微动进行初步考察，同时结合光学显微镜、扫描电子显微镜、表面轮廓仪等手段分析50钢的扭转复合微动运行行为、磨痕形貌及损伤机理。结果表明，该试验装置能真实模拟扭转复合微动；倾斜角和角位移幅值对扭转复合微动的运行和损伤行为有重要影响；可利用摩擦力—角位移幅值曲线来表征扭转复合微动行为，50钢摩擦力—角位移幅值曲线呈直线型、椭圆型和平行四边形型3种类型；其损伤特征明显不同于单一运行模式控制(扭动微动或转动微动)下的微动行为。此外，不对称的磨斑形貌是扭转复合微动的一个典型特征。
• Select
  基于CFD分析的表面织构润滑计算适用方程研究

  马晨波;朱华;孙见君

  . 2011, 47(15): 95-100.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提出N-S方程和Reynolds方程在建立表面织构润滑计算模型时适用范围的判据，对流体润滑条件下织构表面的流体动力学表现进行研究。采用求解基于N-S方程的表面织构润滑计算模型的方法研究惯性项对织构表面流体动力学性能的影响规律，并通过改变流体域典型长度尺寸l与摩擦副间隙h0的比值对Reynolds方程的适用范围进行探讨。结果表明：当l/h0<46时，惯性项的影响不可忽略，必须采用N-S方程进行织构表面的理论建模；惯性项的影响越显著，织构表面的承载力越大，而流体域中涡流也越容易产生，因而在进行表面织构参数设计时，使惯性项影响增大的同时要尽量避免织构内部涡流的产生；当l/h046时，惯性项的影响可以忽略不计，可以采用Reynolds方程代替N-S方程建立流体润滑条件下表面织构的润滑计算模型，但此时必须考虑空化现象对压力分布的影响。研究结果为表面织构的设计及理论建模提供了一定的参考。
• Select
  含多粗糙峰涂层等效应力的有限元分析

  徐中;王岳峰;仲强;王磊;徐文骥

  . 2011, 47(15): 101-106.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  研究刚性平面与含粗糙峰涂层在二维与三维模型下的弹性接触问题，采用有限元法分析涂层弹性模量比、涂层厚度、粗糙峰间距、刚性平面压下深度对涂层粗糙峰表面、涂层/基体界面分布及基体等效应力分布的影响。计算结果表明压下深度对三维涂层粗糙峰表面最大应力的影响最大，涂层厚度、涂层/基体弹性模量比、粗糙峰间距的变化对应力值影响逐渐减小；增大涂层厚度、减小压下深度和粗糙峰间距、降低弹性模量比会使得三维接触模型最大等效应力值显著降低；增加涂层粗糙峰数和涂层厚度、同时降低涂层弹性模量有助于提高涂层/基体界面结合强度。相对于二维接触模型来说三维接触模型在粗糙峰表面的等效应力增大，造成这种变化的主要原因是由于涂层表面粗糙峰之间的等效应力叠加引起的。该研究为涂层粗糙峰及涂层/基体界面强度的应力分析提供依据。
• Select
  导重法求解单工况的拓扑优化问题

  李枝东;刘辛军

  . 2011, 47(15): 107-114.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在拓扑优化中，因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数，求解难度较大，所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此，将导重法引入到拓扑优化的求解中，介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能约束下求结构最小质量问题的导重法迭代准则，采用密度惩罚(Solid isotropic material with penalization, SIMP)方法建立单工况下求最小柔度和最小质量这两类拓扑优化问题的优化模型，推导出用导重法求解这两类问题的迭代公式并计算了相应的算例，与ANSYS中采用的优化准则法(Optimality criteria，OC)和序列凸规划法(Sequential convex programming，SCP)进行对比分析。通过计算和对比分析显示出用导重法求解拓扑优化问题具有迭代公式简单、适用范围广、收敛速度快、求解效果好的优点。导重法为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径。
• Select
  超磁致伸缩执行器位移模型的参数辨识

  刘慧芳;贾振元;王福吉;宗福才

  . 2011, 47(15): 115-120.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  准确辨识模型参数是提高超磁致伸缩执行器位移控制精度的关键，针对单一算法难以实现对超磁致伸缩磁滞非线性模型参数准确识别的问题，将遗传算法与模拟退火算法融合，首先利用遗传算法的快速搜索能力得到一个较优群体，再利用模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化调整，并在算法中引入最优保留策略和动态步长搜索方法，提出一种改进的遗传模拟退火算法，并将其应用于对超磁致伸缩执行器位移磁滞非线性模型参数辨识。该算法兼具遗传算法和模拟退火算法的优点，既有较快的收敛速度，又提高了辨识精度和最优解质量。通过试验验证，超磁致伸缩棒伸长量的模型计算结果与测量值符合程度较好，平均相对误差为3.85%，该方法能方便有效地辨识模型参数。
• Select
  基于关键链的再制造系统不确定性生产调度方法

  李聪波;刘飞;易茜;李成川

  . 2011, 47(15): 121-126.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对再制造系统生产调度的不确定性问题，提出一种基于关键链的再制造系统不确定性生产调度方法。基于单代号网络图(Activity-on-node, AON)对再制造系统调度问题进行参数描述，并建立再制造系统生产调度模型，对目标函数和约束条件进行描述。基于关键链理论对模型进行求解，将再制造生产调度问题看作是不确定性的资源受限型项目调度，以平均作业时间求得基准调度；将基准调度作为AON网络图中的资源约束，综合考虑AON网络图中的工序约束和资源约束得出再制造生产调度的关键链；再通过压缩作业时间、设置缓冲区以解决再制造工艺时间的不确定性问题，获得最终的调度方案。将该方法应用到某再制造车间的生产调度实践中，并用Crystal Ball软件对调度结果进行仿真。
• Select
  煤层气井有杆泵排采设备悬点载荷变化规律

  刘新福;綦耀光;胡爱梅;韩军;杨磊

  . 2011, 47(15): 127-134.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  煤层气井悬点载荷是标志排采设备工作能力的重要参数。基于有杆泵设备运动特性分析，建立计算悬点各载荷的数学模型和动力示功图，并通过现场实例验证，给出悬点载荷的变化规律和杆管变形情况。结果表明，煤层气井悬点载荷的计算需要考虑振动载荷和摩擦力的影响；抽排初期的强排水使悬点载荷变化幅值加大，稳定生产后，其变化较小；煤层气井动载荷和摩擦载荷所占的比例较大，分别达到15%和5%，这就加大悬点载荷的变化幅度与不平衡性，开采中，静载荷所占比例逐渐增大，而动载荷所占比例迅速减小，稳定生产时仅为2.5%，此时摩擦力的比例稳定在3.7%左右；另外，排采设备的杆管总变形量较小，仅占冲程的10%左右，其中静变形量占较大比例，而惯性载荷引起动变形量较小，后期可忽略。该算法首次较为准确地计算出煤层气井有杆泵悬点载荷并用动力示功图直观表达，为排采设备的设计和选型提供了合理依据。
• Select
  提高组件系统布局协同优化设计效率的新策略

  夏凉;朱继宏;张卫红

  . 2011, 47(15): 135-142.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  组件系统布局协同优化设计是一种能够同时进行组件装填和结构构型的优化设计方法。提出提高协同优化设计效率的新方法引入以下3种新技术：① 采用改进的网格嵌入技术，简化了组件的网格嵌入过程，提高了有限元建模效率；② 引入超单元技术，将有限元模型的组件部分生成为组件超单元，节省了有限元计算分析时间；③ 采用面向超单元的几何设计变量半解析灵敏度分析方法，避免了有限差分灵敏度求解，简化了灵敏度求解过程。在已有的典型算例基础上，采用所提出的协同优化设计新方法重新设计，计算结果表明，新方法在给出合理组件结构布局的同时大幅提升优化设计的效率。
• Select
  任意缸体旋叶式压缩机的叶片型线设计理论研究及应用

  宋立权;赵学科;李智成;刘静;张伟;邹凯

  . 2011, 47(15): 143-148.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  与缸体内壁相接触的叶片头部形状是旋叶式压缩机设计的关键之一。应用微分几何理论，研究出与各设计基本参数紧密相关、与缸体型线相匹配的叶片型线设计方法，从理论上保证旋叶式压缩机的运行可靠性，为实现高效压缩的旋叶式压缩机设计提供计算依据，拓宽设计理论。计算机仿真与试验表明，由设计理论获得的叶片具有很好的啮合特性，完全消除了“尖点滑移”和局部磨损现象，具有均匀相对滑动；型线的形状保证叶片头部与缸体内壁的运行可靠性；叶片头部具有最简单的型线形状，易于机械加工制造；与主型线光滑连接的前、后过渡修正圆弧，使叶片与缸体内壁啮合时，不成刀刃状，且利于形成油膜，改进润滑状况，同时降低缸体、转子及转子叶片和叶片槽的加工和装配精度要求。
• Select
  旋转超声钻削的切削力数学模型及试验研究

  张承龙;冯平法;吴志军;郁鼎文

  . 2011, 47(15): 149-155.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过分析硬脆材料脆性断裂去除机理和旋转超声加工特点，确定旋转超声加工时单颗磨粒的切削时间、切削深度、切削速度及切削轨迹长度，建立旋转超声恒进给率钻削硬脆材料的切削力数学预测模型。光学玻璃加工试验研究表明，切削力随进给速度的增大而增大，随主轴转速的提高而减小；在高进给速度条件下，切削力对主轴转速的变化更为敏感，在低主轴转速条件下，切削力对进给速度的变化更为敏感；从而很好地验证了已建立的切削力数学预测模型。旋转超声加工和普通加工的对比试验表明，旋转超声钻削加工可以有效降低切削力，一定程度上减小出孔崩边尺寸，从而提高加工效率、降低加工成本。根据旋转超声加工的表面粗糙度值略高于普通加工，提出硬脆材料脆性断裂去除时磨粒实际切削深度决定加工表面粗糙度的判断。
• Select
  气压驱动金属微熔滴可控喷射及沉积精度分析

  肖渊;齐乐华;曾祥辉;晁艳普;杨方

  . 2011, 47(15): 156-160.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  金属微滴按需喷射成形制造中，保证喷射系统按需产生均匀微滴和喷射沉积的位置精度是成形高质量金属零件的关键。采用试验研究的方法，分析喷嘴壁附着杂质对稳定喷射以及工艺参数对微滴均匀性的影响，并对喷射系统在可控喷射情况下按需产生的锡铅合金(Sn60%Pb40%)微滴尺寸分布进行分析；研究沉积高度变化对微滴沉积精度的影响。在上述研究基础上，通过选择合适的沉积高度，沉积制造一个66微滴阵列，并对微滴阵列的沉积精度进行分析。结果表明，所产生微滴的平均直径为321 μm，尺寸标准偏差为2.897 μm，约99%的颗粒分布在平均直径±2.8%附近区间内，分布较集中，均匀性较好；得到了发散距离随沉积高度增加而增大的变化趋势；成形的微滴阵列精度满足制造要求。为后续成形高质量微小金属零件提供必要的基础。
• Select
  土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

  蒲毅;刘建琴;郭伟;裴瑞英

  . 2011, 47(15): 161-168.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  研究土压平衡(Earth pressure balanced, EPB)盾构机刀盘刀具的布置方法，目的是为了确保刀具结构布置的合理性和实用性。依据刀具磨损的等寿命原则，提出确定刀具数量的磨损系数法和掘进系数法；针对具体施工问题，可预测盾构在开挖区间，刀具的磨损量以及许用磨损情况下刀具的掘进距离，为保障工程的安全顺利进行提供参考。基于阿基米德螺旋线布置方法，计算以刀具磨损的等寿命原则下，主切削刀的布置曲线；提出刀具平面对称布局原则，分析刀具的切削过程，得到单把刀具的实际切深；建立EPB盾构刀盘上先行刀的立体布局方法，计算得到先行刀的超前量；结合南京地铁二号线TA07标段，验证了刀具布置方法的正确性。研究内容和研究方法可为EPB盾构机刀盘的选型和设计奠定理论基础。
• Select
  微细球状电极制备研究

  孟冬;李寒松;曾永彬;刘勇

  . 2011, 47(15): 169-174.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  微细球状电极在精微加工、测量领域有很大的应用空间，为制备低成本、高精度微细球状电极，提出新的制备工艺，在微细电解加工机床上运用微细电化学刻蚀(Micro electro-chemical machining, micro-ECM)—单脉冲放电加工(One pulse electro discharge, OPEG)组合技术制备微细球状电极，即先利用电化学刻蚀技术制备出微细圆柱状电极，然后利用单脉冲放电加工技术制备出前端的微球头。通过电极制备试验，研究各主要加工参数，如加工极性、加工电压、放电持续时间及峰值电流等对微细球状电极成形的影响，得出微细球状电极瞬时成形的基本规律。通过此方法成功地在电化学刻蚀出的直径15 μm左右钨丝端部瞬间得到直径30 μm左右微细球状电极。相对于线电极放电磨削技术(Wire electrode discharge grinding technology, WEDG)-OPEG组合技术，此方法更易于形成微细球状电极，加工成本低且表面质量好。
• Select
  复杂光学表面的快刀伺服加工特性与路径规划

  王贵林;朱登超;戴一帆

  . 2011, 47(15): 175-180.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  复杂面形和微结构阵列等类型的光学元件应用范围越来越广，传统的机械加工方法难以满足面形精度和加工效率要求，超精密快刀伺服(Fast tool servo, FTS)是实现这类零件优质高效加工的有效手段。但是在复杂光学表面的快刀伺服加工中，面形的高低起伏将会使刀具和工件的相对位置实时变化，导致加工状态恶化、面形精度下降，甚至会产生刀具干涉和过切现象。针对这种情况，通过研究复杂面形快刀伺服加工中切削角的变化规律及其对刀具前角、后角的影响，给出刀具干涉的判断算法以及工艺参数的选取依据；为实现加工路径的合理规划，进行典型复杂光学表面的刀具补偿分析与算法设计；在此基础上，以正弦放射线作为对象，进行快刀伺服加工试验，测试结果表明加工面形精度达到PV 0.17 μm，没有发生过切和刀具干涉现象。
• Select
  基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

  吴宝海;张莹;张定华

  . 2011, 47(15): 181-187.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率，在广域空间中分析刀具的干涉误差，对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性，定义曲面可能干涉的区域为广域空间，然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中，计算刀具刀刃曲面的干涉误差，从而构建刀具的实际切削轮廓，并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后，通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系，以加工带宽最大化为目标，实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明，在相同的残留高度要求下，广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法，切触点轨迹长度减少了15.74%，说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。
• Select
  三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成算法

  孙殿柱;康新才;李延瑞;孙永伟

  . 2011, 47(15): 188-192.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了解决三角Bézier曲面精加工刀轨生成效率低以及存在的刀轨干涉等问题，提出一种基于三角Bézier曲面的数控精加工刀轨快速生成算法，该算法引入动态索引组织三角Bézier面片的拓扑近邻关系，基于该索引快速获取与刀轨截平面相交的三角Bézier面片集，对其中任一相交面片进行初始交点迭代计算，从初始交点开始跟踪迭代获取跨越三角Bézier面片的完整交线，将获得的有序交线各端点作为刀触点获取相应刀位点，依据刀触点处曲面法矢与刀杆矢量的关系快速确定可能存在干涉的区域，进而对干涉区域刀位点进行调整获取无干涉刀位点，顺次连接各刀位点生成数控加工刀轨，实例证明该算法可对任意复杂三角Bézier曲面精确、快速生成数控加工刀轨，并通过三角Bézier曲面模型的数控刀轨生成验证了该算法的实用性。
• Select
  工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征

  田欣利;张保国;杨俊飞;郭昉;毛亚涛

  . 2011, 47(15): 193-198.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  引弧微爆炸加工是一种新型工程陶瓷特种加工技术，其能量通过等离子体射流输出，由于加工过程伴随着强烈的光和热，直接测试十分困难。通过高速摄像技术和光谱分析技术，综合对等离子射流的外部形态和内部物理状态进行研究。利用高速摄像，观察射流的外观以及氮化硅和氧化铝两种陶瓷材料加工时的材料去除过程。观察发现，射流直径随电流值的增大而增大，单脉冲加工时蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展，蚀坑形状近似为球冠形；结合材料性质，推断出氮化硅陶瓷加工时分解，氧化铝陶瓷加工时直接熔化。对等离子体射流的光谱分析，采用氢原子示踪法，选择Hα谱线进行。分析结果显示，采用斯塔克展宽法获得的等离子体的电子密度在1016～1017 cm–3范围内，满足局部热力学平衡状态，并分析了加工参数对电子密度的影响规律。