2011年, 第47卷, 第17期　
刊出日期：2011-09-05

  

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  混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

  訾斌;朱真才;曹建斌

  . 2011, 47(17): 1-8.

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  为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出，根据并联机器人机构结构综合理论，设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构，给出机构虚拟样机模型，该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法，建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程，结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明，混合驱动柔索并联机器人机构设计合理，数学模型正确，为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。
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  三维表面扫描机器人系统本体标定新方法

  吴德烽;李爱国;马孜;汪洋;吴翔

  . 2011, 47(17): 9-14.

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  提高三维表面扫描机器人系统的机器人本体定位精度是其用于制造加工质量控制的关键，提出一种基于三坐标测量机和非线性优化方法的机器人本体标定方法。该方法首先设计并加工一个测量转接件，测量转接件由3个标准球组成，将其安装于机器人的末端，利用三坐标测量机获得转接件上精确的球心坐标，并且通过串口获得机器人的6个关节角度值。而后建立机器人运动学本体标定的目标函数，确定所要优化参数的初值后，通过Levenberg-Marquardt优化方法得到机器人的实际D-H参数。将获得的实际D-H参数应用于修正后的机器人运动学模型，由未参与计算的验证点数据表明标定后的机器人绝对定位精度提高了一倍。
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  磁悬浮球形磁阻主动关节的建模与逆系统解耦控制

  曾励;王军;徐媛媛

  . 2011, 47(17): 15-21.

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  球形电动机直接支承驱动的多自由度球形主动关节机械集成度高，在控制和轨迹规划方面占有优势。但关节工作时，由于机械支承的摩擦磨损，造成关节部件发热，导致关节的静、动态性能变差。基于电动机技术、磁悬浮技术以及机器人技术，提出一种无机械摩擦和磨损、不需要润滑的多自由度磁悬浮球形磁阻主动关节结构，分析其工作原理；根据磁悬浮磁阻主动关节的气隙磁能对球形转子的旋转角位移和径向位移求导求出关节在一个坐标方向的电磁悬浮合力和电磁总转矩模型；基于电磁悬浮力及电磁转矩模型，建立主动关节系统的动力学原型模型和逆系统模型；将逆系统模型作为解耦控制器对原型系统进行解耦控制得到解耦后的伪线性系统，对解耦线性化的伪线性系统进行状态反馈闭环控制，并对其进行系统仿真研究；仿真结果说明，磁悬浮球形磁阻主动关节系统的逆系统解耦和状态反馈闭环控制具有良好的动态响应和抗干扰的鲁棒特性。
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  咽颌运动模式鱼类胸鳍的运动学建模及仿真

  刘强;龚成龙;纪志成

  . 2011, 47(17): 22-28.

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  针对实际鱼类胸鳍运动的随机性、不确定性和复杂性等问题给胸鳍推进机理和推进性能研究带来的挑战与困难，以及柔性胸鳍仿生研究所存在的问题，在对太阳鱼胸鳍的结构和运动特征进行大量观测研究的基础上，分阶段建立柔性胸鳍推进运动的运动学模型，并对其运动形态的变化过程进行仿真分析。仿真结果表明，所建立的运动学模型能够较好地描述胸鳍推进运动的运动规律和运动形态。此研究可为柔性胸鳍推进机理、推进性能和仿生等方面的深入研究提供理论依据。
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  结构动力学模型确认问题的核密度估计方法

  张保强;陈国平;郭勤涛

  . 2011, 47(17): 29-36.

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  将核密度估计方法成功用于解决结构动力学模型确认的挑战问题，进一步明确模型确认在结构动力学中的实施过程。在美国圣地亚国家实验室提出的结构动力学模型确认挑战问题中，由于子结构与整体结构的弱非线性连接以及子结构个体差异引起的统计特性并不满足标准的概率分布，因此采用核密度估计方法建立子结构的概率模型，并使用核主元分析进行降维处理来提高核密度估计的计算效率；在子结构概率模型的基础上，使用校准试验数据对模型的准确度进行定性验证，同时使用确认试验数据对模型的精度进行定量评估；最后把确认过的子结构模型用于整体认证结构的评估以及最后目标模型的预测中，得到了与其他研究者相一致的结果。研究表明核密度估计方法是一种解决结构动力学模型确认问题的有效方法。
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  接触界面法向刚度等效的新方法

  刘恒;刘意;王为民

  . 2011, 47(17): 37-43.

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  采用典型的粗糙体——刚性面接触模型，针对弹性和弹塑性两种材料，对比分析目前常用的一般接触界面法向刚度等效方法的准确性，说明其在处理弹塑性材料时存在较大误差，而不能完全计入塑性影响是造成此问题的本质原因。通过将整个弹塑性接触系统等效成一个包含全部塑性区域的界面接触层和一个无界面块体，虽然可以计入此种影响，实现和原系统的准确动力等效，但有厚度接触层的引入也将同时带来了单元划分过多、工程实用不便的问题。为此将接触层刚度进一步分离，最终给出一种法向接触刚度等效的新方法。该方法将接触系统等效为无厚度均质弹簧和一个原系统等大小的无界面弹塑性块体，这样不仅能够实现系统动力行为的完全等效，而且可完全计入接触体塑性区域的影响。同时新的等效方法和塑性区域厚度无关，从而避免对原系统网格划分的不便，典型算例的结果说明了新方法的准确性和有效性。
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  滚动轴承故障特征的时间—小波能量谱提取方法

  张进;冯志鹏;褚福磊

  . 2011, 47(17): 44-49.

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  振动信号中的周期性冲击现象是诊断滚动轴承各元件故障的重要依据之一，针对滚动轴承故障特征，在小波变换理论基础上提出一种时间—小波能量谱信号处理方法，它能够有效地提取出振动信号中冲击成分的时域和频域特征。利用时间—小波能量谱方法分析正常、外圈故障、内圈故障、滚珠故障等四种状态下滚动轴承的振动信号，并与传统的包络解调分析方法进行对比分析。时间—小波能量谱不仅可以有效提取出冲击特征明显的滚动轴承外圈故障，还能提取出内圈、滚珠等信号特征微弱的滚动轴承故障，而包络解调分析方法只能提取出外圈故障特征而不能提取出滚珠故障、内圈故障特征。结果表明，时间—小波能量普比包络解调分析方法更能有效地提取出振动信号中的冲击信号成分。
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  矢双谱分析及其在机械故障诊断中的应用

  李凌均;韩捷;李朋勇;郝伟;陈磊

  . 2011, 47(17): 50-54.

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  双谱分析由于可以有效提取信号中的非线性特征被广泛应用于转子故障诊断。但常规双谱分析是以单通道信号为研究对象，不能全面地反映转子系统的非线性特征，存在着信息遗漏的问题，而且由同一截面的两个通道信号得出的分析结论会不一致。为解决这个问题，以全矢谱分析方法为基础提出矢双谱信号分析的新方法。矢双谱是融合了同一截面上双通道信号的幅值信息而保留了各自的相位信息的全矢双谱分析方法，能够真实地反映转子运转所包含的各种信息，且能满足分析结论的一致性要求。给出矢双谱的定义与算法，通过仿真和齿轮箱故障试验，研究结果表明，该方法能够更加全面地反映信号中所包含的非线性特征信息，分析结论具有一致性和可信性，从而提高智能故障诊断的准确性。
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  基于改进半监督模糊C-均值聚类的发动机磨损故障诊断

  徐超;张培林;任国全;傅建平

  . 2011, 47(17): 55-60.

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  为解决在少量油液样本条件下发动机磨损故障诊断难的问题，提出一种改进半监督模糊C-均值聚类算法 (Improved semi-supervised fuzzy c-means clustering algorithm, ISS-FCM)。定义一种优化的目标函数，将无标签样本与训练样本间的平均距离度量考虑在内并赋予其一定权值，以引导聚类过程。为避免随机初始化划分矩阵使聚类结果陷入局部极值，利用训练样本对划分矩阵进行初始化。由于原始油液数据的聚类趋势不明显，不能有效描述发动机的磨损状态，利用自回归 (Autoregression, AR) 模型从油液光谱数据中提取出残差方差特征。结合某型履带车辆发动机台架试验，利用所提ISS-FCM算法对油液原子发射光谱测量数据进行分析，成功诊断出该发动机的拉缸和烧瓦故障。试验结果证明该方法在发动机磨损故障诊断领域的有效性。
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  热连轧机机电液耦合振动控制

  闫晓强

  . 2011, 47(17): 61-65.

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  全世界薄板坯连铸连轧机在轧制薄规格带钢时都出现不同程度的严重振动现象，导致带钢和轧辊生成明显振痕，从而影响企业的产品质量、外部形象和经济效益。利用自制综合遥测系统对轧机振动参数、力能参数、电参数和工艺参数等进行全面的现场综合测试，经过对测试信号的时域分析和频域分析获得振动的特征及规律；通过理论研究和仿真研究，发现轧机确实存在扭垂耦合振动、机电耦合振动和液机耦合振动现象，确定轧机振动的性质为机电液多态耦合振动。据此对电气传动控制系统和AGC系统进行参数修改和优化，将设计的二阶扭振抑制器应用在主传动控制系统中和对AGC参数进行优化，辊系振动明显降低，有效地抑制了轧机机电液耦合振动现象，取得了显著的经济效益和社会效益。
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  等温密封环摩擦状态演变预测与试验研究

  宫燃;车华军;李洪武;杨富春

  . 2011, 47(17): 66-71.

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  结合浮动密封环的工作特点，提出一种基于载荷分配概念的密封摩擦状态演变预测模型。设定载荷分配系数，对粗糙表面微凸体接触和流体润滑接触两个部分摩擦力进行建模计算，根据微凸体承载力和总承载力等参数信息获得总摩擦因数值。模拟计算获得反映密封接触特性的摩擦因数与转速、压力以及表面粗糙度的关系曲线，仿真曲线历经完整的摩擦与润滑区，能够对不同摩擦状态下的接触特性进行预测。利用密封系统试验台对模型进行分析和验证，结果表明两者变化趋势保持一致，具有共同特征，说明密封摩擦预测模型能够真实反映密封摩擦副的接触规律及其变化情况，是预测密封摩擦状态的有效方法。
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  基于傅里叶变换轮廓术的磨痕形貌测量

  陈凡秀;王静;李宏升

  . 2011, 47(17): 72-77.

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  往复冲击条件下，由磨损引起的接触表面磨痕的三维形貌的改变对接触润滑效应的研究具有非常重要的影响。在传统傅里叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry, FTP)测量系统中引入正弦光强产生装置以及图像实时采集处理系统，利用单幅条纹图像，快速、准确地重构出磨痕表面三维形貌。利用该测量系统对施加PB2400型润滑油方式下快速冲击一万次后的磨痕形貌进行了测量，利用FTP对采集的条纹图进行处理，获得该磨痕的三维形貌。将测量结果与粗糙度轮廓测量仪所得结果进行对比分析，验证该方法的可行性和有效性。将该测量方法与高速摄像机相结合，可以实现连续冲击过程中磨痕的瞬时三维形貌测量，为进一步研究接触润滑效应提出一种新的试验依据和方法。
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  基于微观模型分析的承压粗糙界面接触状态超声评价方法

  焦敬品;曾宪超;张强;何存富;吴斌

  . 2011, 47(17): 78-83.

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  提出一种用于承压界面接触状态超声评价的粗糙界面微观模型。通过对承压粗糙表面微观特性理论分析，建立粗糙界面微观形貌参数与承压界面超声响应之间的关系。开展三种不同粗糙度承压铝界面超声透射试验，得到加载和卸载过程界面透射系数随压力变化关系，进而获得界面接触刚度和非线性系数。研究表明，在较小压力情况下，超声非线性系数对承压界面接触状态评价具有更高的灵敏度。通过对试验检测数据进行非线性最小二乘拟合处理，确定出接触界面微观形貌特征参数，进而计算出接触界面声学特性指标。理论计算得到声学特性与试验结果吻合较好，证明粗糙表面微观模型用于非完好界面声响应预测的有效性。
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  轴连轴承温度场分析

  王燕霜;刘喆;祝海峰

  . 2011, 47(17): 84-91.

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  在对热传递方式分析的基础上，建立轴连轴承热传递模型。针对轴连轴承组件的具体工况及结构特点，并结合轴连轴承热传递模型，用有限差分法的思想将轴连轴承系统离散为一组温度节点。在球轴承拟静力学和生热分析的基础上，计算轴连轴承各组件的摩擦生热，轴连轴承组件各单元间摩擦生成的热量可近似按一定比例分配给内、外套圈。建立各个节点的能量平衡方程组，采用Newton-Raphson法对其进行数值求解。对不同工作转速和载荷下的轴承温度分布进行试验研究。结果表明，轴承转速和轴向载荷对轴承温升及温度分布影响较大，径向载荷对轴承温升及温度分布影响最小，其最高温度点位于球和内圈接触点上，外圈各点的温度低于对应的内圈各点的温度，其测试结果与计算结果基本吻合，数学模型正确合理。
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  偏心密封内切向气流力及其对稳定性影响的理论与试验研究

  张万福;杨建刚;曹浩;郭瑞;孙丹

  . 2011, 47(17): 92-98.

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  建立气缸—密封系统动力学分析模型，提出一种新的密封内气流力及刚度系数识别方法。应用双控制体模型对偏心密封腔内压力分布及切向气流力产生机理进行分析。理论研究表明各密封腔内压力近似呈正弦分布，压力高点沿轴向偏离最小间隙处的角度不断增大。随密封交叉刚度的增大，系统稳定性降低，当其超出一定范围时会导致系统失稳。试验研究转速、进气压力、偏心、密封间隙等因素对气流力的影响。试验发现在垂直于转子偏心方向上会产生一个较大的切向气流力，并且切向与径向气流力的差值随转速升高逐渐增大。随进气压力升高、密封间隙的减小，切向和径向气流力都增大，并且切向气流力较径向气流力增长幅度更为明显。在切向气流力的作用下气缸对数衰减率随转速升高逐渐下降，系统稳定性降低。
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  基于离散傅里叶变换的分形粗糙表面轮廓合成与研究

  周超;高诚辉

  . 2011, 47(17): 99-103.

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  针对使用离散傅里叶变换合成的分形粗糙表面轮廓，分别研究轮廓的分形参数(分形维数D、尺度系数C)与传统表征参数的联系，分形参数对轮廓空域几何形貌的影响以及分形参数对轮廓滤波的影响。结果表明，若假设分形轮廓的功率谱密度函数严格满足幂律关系，则可由Parseval定理获得轮廓分形参数与其方均根偏差Rq的定量关系但此时，轮廓的其余传统表征参数为随机值，且相互之间线性无关；分形维数D影响轮廓高低频成分的能量比随着D的增加，轮廓高频成分的能量增加，轮廓空域几何形貌显得凹凸不平；分形维数D相同时，尺度系数C越大，轮廓的方均根偏差越大；在为获得光滑分形轮廓进行滤波时，分形维数D较小的轮廓，可以保留更多的能量。
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  可重构制造系统多态可靠性建模与分析

  段建国;李爱平;谢楠;徐立云

  . 2011, 47(17): 104-111.

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  针对利用传统方法建立多状态系统可靠性模型引起的组合爆炸问题，提出一种基于随机过程方法和改进的通用产生函数法(Universal generating function, UGF)的含中间缓冲区的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing system, RMS)多态可靠性建模方法。利用随机过程方法建立存在非相邻状态转移的可重构机床(Reconfigurable machine tool, RMT)的马尔科夫模型，求解机床各理论稳态概率；定义中间缓冲区状态，并通过分析中间缓冲区对机床可用度的影响，得到中间缓冲区可用度和机床各状态的实际稳态概率；结合RMS和RMT性能多态性的特点，对UGF进行改进。在此基础上，表示设备层和系统层的发生函数，建立多零件族可修RMS的多态可靠性模型，并对系统的各项性能指标进行分析。以双零件族四工序非串行缸盖机加工系统为例，验证该模型与分析方法的有效性。
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  基于知识的CAE后处理流程化平台关键技术

  郑国君;门永新;胡平;赵福全

  . 2011, 47(17): 112-118.

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  在新车型开发的仿真分析中，由于后处理过程中存在很多重复性劳动，导致大量时间浪费和分析效率低下。为解决这个问题，以企业应用级别的计算机辅助工程(Computer aided engineering, CAE)后处理过程为对象，进行基于知识工程的CAE后处理软件平台设计方法的研究。以构建知识系统和用户定义特征为导向，充分结合企业研发流程和CAE分析经验，并运用HyperWorks软件平台下的各种开发工具，最终基于HyperWorks软件平台进行二次开发，得到一个以用户自定义模板、数据自动收集等关键技术为特征的CAE后处理流程化平台。平台实际使用效果表明，该流程化平台可为企业CAE分析人员提供专业、可靠、高效的后处理分析工具。
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  基于等效静态载荷原理的高速机构结构拓扑优化方法

  杨志军

  . 2011, 47(17): 119-126.

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  IC封装等高速精密设备要求高速执行机构的机械结构在满足一定刚度下尽量降低惯性。基于等效静态载荷方法的优化方法是近来发展起来的柔性多体动力学优化设计的有效方法。针对高速机构的特点，对该优化方法做了一些改造。为了模拟运动关节影响，采用含有运动学自由度的准静态方法，对离散结构响应方程进行求解。为了考虑单元修改对惯性载荷的影响，将单元应变能与动能的比值作为单元修改的灵敏度。提出量纲一单元测度，能够综合反应该单元在所有离散点的重要性。所提方法应用于微电子封装摆杆式焊头摆臂的优化设计中，并将三种方法进行了比较，结果表明，含有运动学自由度的准静态分析能够反映机构运动副的影响，当速度非常高时，惯性比刚度对振动的影响更大。数值结果表明本文方法对高速机构的优化设计是有效的。
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  基于多域互用的数控机床模块化配置设计

  徐敬华;张树有;李焱

  . 2011, 47(17): 127-134.

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  为实现数控机床各级功能部件的选型优配设计，提出一种多域互用的数控机床模块化配置设计方法。通过机床功能部件的机电液属性池定义模块，根据模块的隶属与层次关系创建产品偏序模板。定义关键模块、相关模块、虚拟模块，以表征各模块的优先级与重要性。根据零部件选型与优配约束，确定模块的实例化规则。由可比属性间的模糊隶属度推算两模块相关性，通过Karhunen-Loeve变换遴选出关键模块，根据支持矢量机多分类实现产品树重构。由布局设计促进模块实例化，由结构变异实现难直接重用零件的互用，根据设计需求输出模块化物料清单与装配体，最终实现多域互用的模块化配置设计。开发了模块化配置设计原型系统，应用于HMS系列某卧式加工中心设计，结果表明，通过“属性—模块—模板”的层级映射将已有的数控机床设计拓展到“布局域—选配域—变异域”多域互用的模块化配置设计，扩大了零部件借用范围，降低了不同布局的产品族间的非标件比率，有利于提高数控机床的设计效率和质量。
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  单点金刚石车削中刀具—工件相对振动的研究

  陈俊云;赵清亮;罗健

  . 2011, 47(17): 135-140.

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  在纳米级车削表面形成中刀具和工件间的相对振动为主要影响因素之一。现有相对振动的研究方法包括谱分析法、直接测量法和切削力分析法，均不能同时满足真实反映切削过程中的相对振动和很好地预测表面粗糙度的要求，致使纳米级表面粗糙度的预测精度较低。针对上述问题，通过分析和提取单点金刚石车削已加工表面轮廓数据、定义等效振幅的概念和计算方法，提出一种新的刀具和工件间的相对振动提取和检测方法用于预测表面粗糙度。分析结果表明实际加工中的相对振动不是恒定的，它主要受主轴转速和材料特性的影响，其中加工非均质材料时的相对振动取决于夹杂相的尺度及刀具和工件间接触长度的相对大小且大于加工均质材料时的相对振动。最后通过预测表面粗糙度来验证提出的检测方法，较高的预测精度说明该方法可得到更接近于真实情况的相对振动信息。
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  基于场致发射理论的EDM平板电容模型及其参数

  刘蜀阳;黄玉美

  . 2011, 47(17): 141-149.

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  基于场致发射理论提出描述电火花加工(Electrical discharging machining，EDM)过程的平板电容模型，将单脉冲放电周期依次划分为极间电场建立、极间通道击穿、正常放电加工与消电离四个阶段，并分别进行各阶段的极间电场强度、极间电子自由程、极间介质介电常数和极间电流变化规律的理论分析。讨论EDM加工能量大小的影响因素，并给出基于该模型的极间电压与放电电流变化的仿真步骤与方法集。设计通孔加工试验和实时电流与电压采集电路，并基于该模型对极间电压与电流的变化曲线进行Simulink仿真程序设计。试验结果表明，相同加工参数实测曲线与仿真试验图形实现了较好的吻合，而且试验结果统计分析表明，该模型对不同电极材料与加工参数对加工效率的影响可做出合理解释且对加工效率有着良好的预测能力，证明了该模型的合理性与有效性。
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  周铣过程中加工误差预测新模型

  党建卫;张卫红;万敏;杨昀;王怡婷

  . 2011, 47(17): 150-155.

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  研究铣削加工过程中加工误差的预测及控制策略是进行加工质量控制的核心环节，对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。针对刀具柔性较大的铣削加工过程，以周铣加工过程中的刀具变形及刀齿轨迹计算为基础，建立一种新的加工误差预测模型。该模型从铣削力的预测和刀具变形的计算出发，采用圆弧近似方法求解各刀齿的运动轨迹，然后将各刀齿轨迹离散，通过计算各离散点处所有刀齿轨迹的最小值获得加工误差。与现有方法相比，该建模方法的显著优点体现在两点：一方面，建模过程较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理；另一方面，由于考虑了刀齿轨迹对加工误差的影响，模型的预测结果能够反映已加工表面的形貌。模型的有效性通过一系列铣削试验得到了验证。
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  基于Preston方程的软性磨粒流加工特性

  计时鸣;李琛;谭大鹏;袁巧玲;池永为;赵凌寒

  . 2011, 47(17): 156-163.

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  针对模具的细小尺度结构化表面难以进行光整加工的问题，提出一种基于固—液两相软性磨粒流精密加工新方法。利用软性磨粒流的湍流壁面效应，并配以约束模块，能够实现对模具结构化表面的无工具光整加工。基于对Preston方程及其修正系数的分析研究，确定了软性磨粒流加工中的颗粒选择条件，并得到适用于软性磨粒流的切削经验公式。采用可实现k-ε湍流模型以及SIMPLEC算法，对软性磨粒流的压力、速度分布及运动曲线进行数值分析；通过对不同规格颗粒对壁面的压力进行仿真研究，得到适用于软性磨粒流加工的最佳颗粒尺寸。基于上述理论分析与数值模拟结果，搭建软性磨粒流加工试验平台，进行不同入口条件下的加工对比试验，并详细分析入口条件对工件表面形貌的影响。试验结果表明，软性磨粒流加工方法可以实现细微尺寸结构化表面的光整加工，有效提高加工的精度。
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  多阶柱状微电极加工模型及试验研究

  刘勇;曾永彬;余宏兵;朱荻

  . 2011, 47(17): 164-171.

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  为实现微电极的精确控制加工，对微细电极电化学刻蚀制备技术进行深入研究。针对单阶柱状电极的不足，分析多阶柱状微电极的加工原理及制备流程。针对分阶电极加工中的三种刻蚀状况，分析各段的刻蚀变化率，并由此推导出电极尺寸与形状控制函数。通过试验证实刻蚀过程中电流密度的不变性，讨论不同电流密度对电极直径的影响规律。通过试验归纳，建立加工电压、电流密度、浸入深度三者之间对应的函数关系，验证电极直径随时间呈线性变化的正确性。基于上述两组模型函数，建立多阶柱状微电极的加工控制模型，并对某三阶柱状微电极的形状及尺寸进行加工预测，实际加工结果显示，试验值与理论值具有很好的一致性。在加工控制模型的指导下成功制备出一批精度高的多阶柱状微电极。
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  薄板激光切割气熔比数学建模及试验验证

  孟庆轩;王续跃;徐文骥;康仁科;郭东明

  . 2011, 47(17): 172-178.

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  为研究薄板激光切割气熔比规律，分析激光切割区域内材料气化和熔化去除的形式，研究熔化层能量和质量流动状态，建立薄板激光切割的气熔比数学模型，并得到气熔比值和残留熔融层厚度随激光功率和扫描速度的变化。借助激光切割半径的回归修正，模拟得到激光切割0.5 mm厚6063铝合金薄板时气熔比值及残留熔融层厚度。发现随激光功率增大和扫描速度的降低，气熔比增大，残留熔融层厚度减小。在JK701H型激光加工系统进行验证试验，得到并观察65 W、2.2 mm/s，85 W、2 mm/s和105 W、1.8 mm/s三种参数下的切口，计算试验气熔比值和残留熔融层厚度，表明模拟结果与试验基本吻合，验证模型的可行性，为基于气熔比控制的激光精密切割工艺提供重要依据。
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  氧化铝砂轮地貌的量化评价及数学建模

  言兰;融亦鸣;姜峰

  . 2011, 47(17): 179-186.

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  砂轮地貌特征是指砂轮表面磨粒密度、磨粒切削刃和磨粒出刃高度分布等情况。准确测量和量化评价砂轮地貌不仅有助于加深对磨削机理的认识，而且是磨削过程优化、磨削过程建模与仿真不可缺少的前提条件。采用白光干涉仪对氧化铝砂轮地貌进行了测量；用伯明翰三维表面粗糙度特征参数量化砂轮地貌特征，评价不同粒度号氧化铝砂轮的磨粒密度、磨粒形状和磨粒锋利程度；根据磨粒出刃高度测量结果，利用统计方法建立氧化铝砂轮表面磨粒出刃高度分布的数学模型。结果表明，氧化铝砂轮表面磨刃形状近似为尖端带有圆球半径的圆锥形状，随着砂轮粒度号数的增加，磨刃的圆头半径减小；在同一砂轮修整工艺条件下，磨刃的顶锥角相差不大；氧化铝砂轮表面磨粒出刃高度符合正态分布规律。
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  螺旋面截形尖点矢量离散法及其在双圆弧滚刀过渡曲面最小化中的应用

  李国龙;孙孟辉;李先广;刘飞

  . 2011, 47(17): 187-192.

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  在具有尖点廓形的螺旋曲面成形加工中，计算出的刀具截形常常产生曲线自交叉现象，导致刀具加工出的螺旋曲面在尖点处生成较大的过渡曲面。为此，提出尖点矢量离散法，将点及其法向矢量定义为一个点矢量，对两相交曲线在尖点处形成的首尾两个点矢量进行离散，使尖点处更多的几何信息带入到廓形计算中，提高了计算精度。给出过渡曲面最小化算法，用工件截形离散尖点矢量及两侧四个点矢量计算刀具廓形点，消除自交叉后得到刀具尖点及附近四个点；用刀具点反算工件廓形点，得到过渡曲线；通过所建立的过渡曲面大小评价标准，以过渡曲线最小为目标在一定范围内进行刀具安装角优化。将该方法应用于双圆弧齿轮滚刀的铲磨加工中，通过实际加工验证，表明该方法可有效降低过渡曲面的大小，适用于具有尖点廓形的螺旋曲面成形加工的计算优化。