2011年, 第47卷, 第9期　
刊出日期：2011-05-05

  

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  平面平台型Stewart并联机构的奇异性分析

  程世利;吴洪涛;王超群;姚裕;朱剑英

  . 2011, 47(9): 1-7.

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  提出一种研究平面平台型Stewart并联机构奇异性问题的新方法。采用四元数描述旋转矩阵，并将矢量的坐标扩展为4维形式，通过分析动平台位置与姿态变量之间的耦合关系以及四元数的性质，得到采用8个二次方程式表达的运动方程组。应用该运动方程组进一步导出平面平台型Stewart并联机构的一种新的雅可比矩阵，通过对该新雅可比矩阵求取行列式，得到了奇异性轨迹关于位置姿态变量的解析表达式。根据奇异轨迹解析表达式就可以确定奇异轨迹在空间的分布情况，无论是位置奇异还是姿态奇异都是适用的。通过一个具体的计算实例来验证新方法的正确性。提出的新方法可用于所有具有平面平台的Stewart并联机构的奇异性分析。
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  高压输电线路除冰机器人抓线运动控制

  王聪;孙炜

  . 2011, 47(9): 8-15.

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  针对高压输电线路除冰机器人越障抓线过程中存在的对输电线缆定位困难的问题，提出一种基于输电线缆几何特征的单目立体视觉定位方法。该方法根据输电线缆成像的边缘、输电线缆半径和摄像机成像模型，可以计算输电线缆中轴线在摄像机坐标系下的数学表达式，从而对任意位姿的高压输电线缆进行精确的三维定位。在输电线缆准确定位的基础上，为了快速地确定抓取输电线缆的准确位置并提高除冰机器人抓线运动控制实时性，提出一种基于除冰机器人机械臂结构特征的除冰机器人抓线运动控制策略，该控制策略通过在机器人基坐标系下计算机械臂末端夹持器工作空间曲面与输电线缆轴线的交点来确定抓取点，并同时计算抓取线缆时机械臂各个关节的期望位置。试验结果验证了所提视觉定位方法及抓线控制策略的有效性。
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  三维空间微重力地面模拟试验系统设计

  齐乃明;张文辉;高九州;马静

  . 2011, 47(9): 16-20.

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  针对大中型及做复杂运动的空间试验目标，提出一种机电气组合的空间微重力地面模拟系统装置。该装置水平运动方向采用气垫支撑方式，竖直运动方向采用电动机作为动力源执行部件，经减速器减速后经滚珠丝杠及直线轴承作为传动装置，控制系统采用恒力闭环系统来跟踪目标重力。考虑试验目标所受到的来自本体的不确定影响及机械传动部件的摩擦干扰，且考虑到空间飞行器的姿态通常的低速运动，采用具有学习能力的神经网络等效滑模控制策略来自适应学习并补偿各种不确定影响。试验结果表明，所设计的试验装置结构不仅质量小，使用方便，且能够补偿运动空间机械手的非线性动态影响，达到较高的微重力环境模拟精度，对于三维空间微重力模拟试验具有重要的参考价值。
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  空间可展开天线展开过程轨迹与控制系统集成设计

  张逸群;段宝岩;李团结

  . 2011, 47(9): 21-28.

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  针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题，提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹，通过天线的运动学关系表达式，可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位置得到不同天线展开轨迹的可行性，继而为最优展开轨迹设计提供了依据。并基于天线的动力学分析，给出针对展开天线特点的控制系统设计方案。考虑展开轨迹和控制系统的耦合关系，基于优化的方法同时选择贝塞尔曲线控制点位置及控制器增益系数，达到减小天线在展开过程中所受冲击的目标。讨论优化过程中涉及的设计变量及约束方程表达式，该设计问题的求解方法，并给出了仿真步骤。结合典型算例的数值结果，说明该集成设计方法的有效性和合理性。
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  一种新型铰接空间连杆有限元单元及其在空间闭环机构中的应用

  杨毅;丁希仑;吕胜男

  . 2011, 47(9): 29-38.

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  有限元法已广泛应用于结构的应变，应力及动力学分析，而利用有限元进行刚体机构的运动分析的研究较少。基于最小势能原理，推导出一种新型两端铰接间有限元连杆单元的梯度矢量、刚度矩阵和Hessian矩阵。并对关节轴线平行和共面这两种特殊几何关系下的单元模型进行研究，给出计算公式和方法。在大型可展机构中，大量存在着结构相同的重复机构和闭环运动链。而基于有限元的运动学方法可以在不进行运动链分解的前提下，实现空间闭环机构的运动学分析。利用该方法对三种典型的空间闭环机构进行运动学仿真。其计算结果表明，应用该单元对空间闭环机构进行运动学分析，建模简单，计算正确，在大型可展机构中有很好的应用前景。
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  救生艇双转裙对接装置样机的研制及其试验研究

  王立权;唐德栋;孟庆鑫;张忠林

  . 2011, 47(9): 39-44.

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  为解决纵横倾角较大的失事潜艇救援对接极为困难的问题，研制一种具有2自由度活动转裙的新型水下对接装置。根据装置的工作原理，建立转裙对接运动学模型，确定其可行的作业范围，并对救生艇对接时转裙位姿的调整进行仿真。研究转裙转动关节传动的结构形式及其密封原理，进行转裙总体结构的虚拟样机设计，给出转裙重要的技术参数。设计的转裙液压驱动系统，实现样机运转灵活、速度平稳、位姿调整方便精确。进行样机的耐外压与水密试验研究，试验结果表明转裙的密封性能、强度及稳定性均达到了设计水深指标的要求。利用该装置可实现对接裙口的方位在一定范围内连续调整，可较好地实现在大倾角、大海流、低能见度工况下的对接作业，提高潜艇救援对接的效率和成功率。
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  风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展

  陈雪峰;李继猛;程航;李兵;何正嘉

  . 2011, 47(9): 45-52.

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  针对目前迅猛发展的风电装备缺乏有效监测诊断方法开展综述，指出其研究现状和值得研究的问题。综述风力发电机的发展现状、故障特点和诊断难点，风力发电机的装机容量和规模都在逐年扩大，目前基于振动监测的风力发电机在线诊断系统尚属空白，其运行维护费用增加以及频繁事故发生所造成的巨大损失严重影响了风电的经济效益。针对风力发电机中的主要故障部件，如齿轮箱、发电机、叶片等，介绍现有状态监测和故障诊断方法的研究现状。结合风力发电机工作在变转速、不稳定载荷等工况下的特点，指出研究重点是需要针对这一新型装备研究其故障机理和特定的诊断方法，研发适合于风力发电机特点的在线状态监测和故障诊断系统。
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  考虑间隙与摩擦时的齿轮传动动力学键合图建模研究

  唐进元;陈海锋;王祁波

  . 2011, 47(9): 53-59.

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  针对键合图难于表达的考虑间隙与摩擦时的齿轮传动系统非线性动力学问题，根据齿面摩擦、时变刚度以及齿侧间隙等非线性因素的特点，用调制阻性元件表示齿面摩擦，并用两个调制转换器分别表示主、从动轮的摩擦力臂，考虑齿侧间隙为具有分段特性的非线性函数，将轮齿沿啮合线方向的变形分为三个状态，以齿侧间隙为信号，引入功率结型结构描述考虑齿侧间隙时的时变刚度，用流源Sf表示齿轮传递误差的导数，运用键合图建模理论建立含间隙和摩擦的齿轮键合图模型，以一对齿轮传动参数为例，运用键合图专用仿真软件20-sim对含间隙与摩擦的齿轮传动动力学键合图模型进行仿真求解，同时用Matlab软件对采用牛顿法建立的齿轮传动动力学方程进行对比仿真，结果表明该方法正确可行。
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  基于薄板固有特性的连续热镀锌带钢表面质量在线控制

  李健;颜云辉;郭星辉;王延庆;魏宇

  . 2011, 47(9): 60-65.

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  对源于气刀附近带钢振动的连续热镀锌带钢表面质量在线控制理论和方法进行研究。建立连续热镀锌镀后冷却段的带钢振动模型，基于哈密顿原理得到振动模型固有特性的解析解，对振动模型的合理性进行数值仿真验证，结合现场测试结果和表面质量实时监测技术，提出连续热镀锌带钢表面质量在线控制的基本思想和解决方案。研究表明，带钢线张力和速度分别对带钢固有频率和激励频率产生显著影响，可以作为表面质量在线控制的主要参数。计算带钢固有频率时可以忽略轴向速度的影响。数值仿真结果确认振动模型中用简支代替接触辊支撑和稳定辊支撑的正确性。带钢固有特性求解的解析形式能够满足在线控制的需要。建议加强稳定辊和接触辊的支撑刚度来抑制气刀附近带钢振动。
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  索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析

  郭宏伟;刘荣强;邓宗全

  . 2011, 47(9): 66-71.

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  针对索杆铰接式伸展臂的结构特点，提出基于能量互等原理的伸展臂连续梁等效动力学模型的建模方法。推导出伸展臂桁架单元的应变能与动能关于节点位移、几何结构参数及材料参数的表达形式。基于伸展臂桁架与连续梁等效模型两者之间应变能、动能分别相等原理，建立伸展臂桁架结构与连续梁等效模型之间的几何结构参数与材料参数的联系式，推导出伸展臂连续梁等效模型的等效刚度矩阵和质量矩阵。运用提出的索杆铰接式伸展臂连续梁等效模型化方法计算出伸展臂原理样机的等效刚度和质量参数。分别运用连续梁等效模型和有限元模型对伸展臂的动力学特性进行分析，通过理论计算和仿真分析得到伸展臂前8阶固有频率。通过有限元仿真结果与伸展臂等效模型计算结果对比分析，验证伸展臂连续梁等效模型的正确性。通过对不同长度伸展臂各阶固有频率的对比，得出伸展臂连续梁等效模型对于分析大型索杆铰接式伸展臂动力学特性具有较高的精度。
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  基于非抽样提升小波包及奇异值分解的液阀故障诊断

  陈敬龙;张来斌;段礼祥;胡超

  . 2011, 47(9): 72-77.

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  针对液阀故障微弱信号特征识别问题，提出一种结合非抽样提升小波包(Undecimated lifting scheme packet, ULSP)及奇异值分解(Singular value decomposition, SVD)的降噪方法。确定信号的分解层次及各层初始算子的长度后，通过拉格朗日插值公式算出初始算子，用非抽样算法对原始信号进行分解。对最后一层各频带信号进行奇异值分解降噪处理，根据奇异熵增量曲线确定降噪阶次。用非抽样提升小波包的重构算法对信号进行重构，最终获得降噪后的信号。对降噪后的信号再进行非抽样提升小波包分解，以提取故障特征。对仿真信号的降噪表明，所提方法降噪获得较高的信噪比及较低的均方差，且能保留信号中应有的高频成分。提出的方法成功提取某往复式注水泵排水阀弹簧失效的微弱故障特征。
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  基于物理模型和修正灰色模型的行星轮系疲劳裂纹故障预测方法

  程哲;胡茑庆;高经纬

  . 2011, 47(9): 78-84.

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  结合物理模型与灰色理论，提出行星轮系齿根疲劳裂纹故障预测的新思路。针对直升机主传动系统中的2K-H行星轮系，建立太阳轮齿根疲劳裂纹损伤的物理基模型，通过仿真获得不同损伤严重度的振动仿真信号。选择并计算仿真信号的故障特征矢量，并以此作为损伤特征的标准模式，对待检信号特征矢量与标准模式进行灰色关联度分析，根据关联度对裂纹进行定量检测。结合物理模型仿真信号对灰色预测模型进行修正，使之具有更好的疲劳裂纹故障预测能力。对试验中的疲劳裂纹进行定量检测和故障预测。试验数据验证了本方法对行星轮系太阳轮疲劳裂纹的定量检测和故障预测能力。
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  密封动力特性系数试验识别方法及影响因素分析

  曹浩;杨建刚;郭瑞;孙丹;张万福

  . 2011, 47(9): 85-89.

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  引入转子动力学双平面平衡理论，将多级密封内的分布气流力等效到气缸两个端面上，建立多级密封动力特性系数识别模型。该模型考虑气缸平动和偏摆混合运动情况，并通过共振的方法放大气流力影响，从而提高识别精度。构建密封动力特性试验台，研究进出口压比、转速、偏心、间隙等因素对密封动力特性系数的影响。试验结果表明，8个刚度阻尼系数随着进出口压比增大有明显增大，且垂直和水平方向存在耦合效应。随转速增大，交叉耦合刚度系数和直接阻尼系数随转速变大趋势明显，而直接刚度系数和交叉阻尼系数变化不很明显。偏心状态下的交叉耦合刚度系数比同心状态下变大，而直接阻尼系数则减小，说明转子在偏心状态下比同心状态下更容易失稳。随密封平均间隙变小，8个动力特性系数绝对值增大。
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  一维声子晶体振动带隙的带边模式研究

  蔡力;韩小云;温熙森

  . 2011, 47(9): 90-96.

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  从一维声子晶体的波动方程出发，选用保持晶格对称性的原胞对声子晶体的能带结构进行解析分析。结果表明一维声子晶体带隙边缘的振动模式与其单个对称性原胞的固有振动模式完全一致，从而对一维声子晶体带隙特性的分析可以简化为对其单个对称性原胞固有模式的分析。研究表明，一维声子晶体中的振动模式是其各对称性原胞固有振动模式相互作用的耦合模式，在带隙边缘由于布拉格散射出现解耦效应，振动模式为解耦的驻波模式，从而与单个对称性原胞的固有振动模式一致。以有机玻璃及铝构成的声子晶体细直梁为例，采用振动试验对其振动传输特性进行测试，试验结果同理论分析结果基本吻合。这为声子晶体复杂梁杆结构的带隙特性研究及减振降噪设计提供了新的、简化的思路。
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  基于多粒度宏建模的MEMS非标结构设计方法

  徐敬华;张树有;裘乐淼

  . 2011, 47(9): 97-104.

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  随着微电子机械系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)应用的广泛化与需求的多样化，现有由参数化单元库内的结构组合的设计方法已难以满足非标设计需求。为此，给出一种支持非标结构设计的多粒度宏模型的映射提取与等效近似方法。在多粒度宏建模的MEMS设计层次和流程中，通过MEMS器件的完备有限元模型的节点关联与组合，映射提取描述系统的整体矩阵，获得系统的基于低阶常微分方程组的精确模型。按列一维方式变带宽存储大型稀疏对称矩阵，由拉格朗日多项式拟合和广义极小剩余获取等效近似模型，建立非标结构的系统级保真输入输出关系，连接器件级模型和系统级模型，不断迭代实现产品设计。以ACIS为几何造型内核开发自主原型系统，以数字光处理微镜为例进行验证，结果表明，该方法将局限于单元库内简单器件的设计拓展到支持复杂奇异非标结构的设计，这对于提高MEMS设计质量和效率具有重要意义。
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  五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略

  郑飂默;林浒;盖荣丽;王峰;张晓辉

  . 2011, 47(9): 105-111.

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  在五轴联动加工中，刀轴矢量与旋转轴运动坐标之间存在非线性关系，刀轴矢量的平滑过渡不能保证旋转轴的平滑运动，尤其是当刀轴矢量接近机构奇异点时会引起旋转轴的剧烈震动，导致伺服报警，甚至损伤机床部件。通过分析旋转轴线性插补和矢量插补过程中刀具姿态的变化情况，抽象出刀具姿态误差模型。根据加工允许的刀具姿态误差，在矢量插值段中插入线性插值段，防止靠近奇异点处产生的旋转轴急速转动。结合指令行程和旋转轴性能进行旋转轴插补速度钳制，使用三次样条曲线对矢量插值段和线性插值段进行平滑连接，保证整个插补过程中速度的连续平滑。试验结果表明，本策略可以在满足刀姿误差要求的同时，实现旋转轴的快速平滑插补，并且已经应用于某航空结构件的批量加工生产中。
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  基于牛顿插值的批量轴类零件加工误差补偿

  范开国;杨建国;姚晓栋;王维;姜辉

  . 2011, 47(9): 112-116.

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  为提高批量轴类零件加工精度及加工效率，通过分析批量轴类零件加工数据，得到加工误差分布规律；运用牛顿插值理论建立批量轴类零件加工误差数学模型；应用用户宏程序按工件序号及切削位置进行误差实时补偿。该误差补偿方法综合考虑切削力引起的误差、热误差、刀具磨损误差、机床几何误差、编程误差、检测调整误差等误差因素，全面分析各误差因素与误差分布规律的关系，避免了误差因素分析不全的影响。得出切削力是影响单件工件加工误差分布的主要因素，刀具磨损是影响批量轴类零件加工误差分布的主要因素，热误差是导致误差分布规律畸变的主要因素。实践表明，应用该误差补偿方法可使批量轴类零件最大加工误差由60 μm降低到4 μm，补偿了93.3%；减少在机检测调整时间，加工效率提高13%，有效提高批量轴类零件加工精度和加工效率。
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  虚拟环境下的活动线缆物理特性建模与运动仿真技术

  刘检华;赵涛;王春生;唐承统

  . 2011, 47(9): 117-124.

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  针对活动线缆的布线工艺可靠性差的问题，提出一种基于弹性细杆力学模型的活动线缆物性建模与运动仿真方法。该方法针对活动线缆的柔性及连续性特性，通过建立固定的惯性坐标系、与活动线缆微元固连的Frenet坐标系和主轴坐标系等三套坐标系，并对活动线缆微元进行平衡状态下的受力分析，得到活动线缆在平衡状态下的Kirchhoff方程，进而建立活动线缆物理特性模型。在此基础上，给出基于该物理特性模型的活动线缆运动仿真方法，同时提出与活动线缆运动仿真方法相适应的数据结构，通过“路径关键点”和“路径”两个层面对线缆运动过程中的位姿在空间及时间两个维度上进行表达和记录。建立相关试验验证系统，通过试验对相关模型和算法进行了有效验证。
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  裁剪曲面加工中的等参数线轨迹连接方法

  张鸣;刘伟军;卞宏友

  . 2011, 47(9): 125-131.

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  针对传统等参数线轨迹连接方法的不足，提出一种简单有效的等参数线轨迹Zigzag连接方法。在该方法中，刀触点被封装成带有输入输出端口的形式，刀触点可以利用自身端口和其他刀触点的对应端口相连。为有效地组织离散的刀触点，该方法使用一种称之为轨迹线网的数据结构。为了获得轨迹线网，按连接特征点在环上的位置组建了双循环链表，以在双循环链表中查询到的信息确立轨迹线间的连接关系。在获得轨迹线网后，为了求取子轨迹，通过用户指定的端口利用轨迹线网来搜索可用路径；另外，为了简化子轨迹间的全局连接，采用一种简单的方法来替代传统的启发式算法。通过仿真试验，验证了有效性，并说明能处理带孔裁剪曲面的特点。
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  U/f控制下高速电主轴的低频电压补偿与负载特性分析

  康辉民;陈小安;陈文曲;周明红;单文桃;刘俊峰

  . 2011, 47(9): 132-138.

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  主轴磁通作为高速电主轴机电能量转换的唯一媒介，在高速电主轴的运行过程中，磁通的大小和稳定性将决定主轴的转矩输出能力和转速差的大小，是高速电主轴设计与控制的重要参数。因此为了保证高速电主轴运行时主轴的磁通恒定不变，从高速电主轴的稳态性能出发，根据高速电主轴电路等效的基本思想和变频调速原理，论述主轴在U/f控制下低频运行时磁通减弱的原因，并推导出确保磁通恒定的电压补偿公式。在此基础上，通过转差频率将电磁转矩与主轴的转速差联系起来，导出转速差与电磁转矩、定子电流之间的关系式，作为主轴频率变化时磁通是否恒定的依据。结果表明，在U/f控制下，按电压补偿公式进行电压补偿后，主轴的转矩输出能力不受频率变化的影响；通过空载电流对磁通的稳定性判断与理论分析相符；主轴转速对径向圆跳动量的影响直接反映了主轴运行过程中磁通的脉动程度、转矩的控制精度以及主轴的动平衡特性。
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  曲轴非圆磨削中基于差分进化算法的变参数交叉耦合轮廓控制

  李静;何永义;方明伦;沈南燕;姚俊

  . 2011, 47(9): 139-145.

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  曲轴非圆磨削通常采用补偿单轴伺服跟踪误差的方法来提高连杆颈轮廓加工精度，但磨削运动中大惯量砂轮架会严重影响伺服系统的高速响应性，导致单轴伺服跟踪误差补偿轮廓误差效果不理想。因此引入双轴联动交叉耦合控制思想，首先工件旋转轴与砂轮架直线轴的联动运动被近似为两根直线轴联动，并建立曲轴非圆磨削轮廓误差模型，在此模型基础上设计交叉耦合控制系统。为了弥补这种近似对非线性轨迹控制带来的不足，研究分段变参数的交叉耦合控制策略，并以工件轮廓误差最小为目标，采用差分进化(Differential evolution, DE)算法逐段对控制器参数进行优化。仿真实例结合试验表明：在基于DE算法优化的变参数交叉耦合控制下，曲轴非圆磨削理论轮廓精度较普通比例微分和积分控制或交叉耦合控制有所提高。
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  基于外载荷的B样条曲面变形

  程仙国;刘伟军;卞宏友

  . 2011, 47(9): 146-150.

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  针对B样条曲面变形过程中存在变形区域不能自由选择、变形距离不能精确计算和操作效率低等问题，运用能量优化的思想，提出一种B样条曲面变形的算法，用于B样条曲面的变形。给出B样条曲面按节点矢量划分成曲面片的方法，将曲面片类比为有限单元法中薄壁面单元，并将作用在B样条曲面片上的外载荷分解成曲面片四个端点力的双线性插值。分别建立B样条曲面内部能量方程和外载荷能量方程，外载荷的改变引起B样条曲面内部能量的变化，通过求解一个使B样条曲面内部能量变化量为最小的优化问题，得到变形后B样条曲面控制顶点的变化量。给出一种求解B样条曲面变形距离的计算方法，提高B样条曲面变形的精度和变形效率。最后的实例验证所提算法的有效性和实用性。
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  基于音圈直线驱动的无针注射技术

  陈凯;杨锋雷

  . 2011, 47(9): 151-156.

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  针对普通以弹簧或压缩气体为动力的液体无针注射系统的缺陷，构建一种基于音圈直线驱动器的无针注射系统，并对该系统的喷射注射机理进行理论研究，建立喷射注射的喷射压力与系统参数(如喷孔、腔体尺寸、音圈驱动器放电电压等)之间的理论模型。搭建测量喷射压力的试验系统，并对喷射压力进行动态测试，试验结果与理论模型相吻合。对所构建的基于音圈直线驱动器的无针注射系统进行动物注射试验，并用针刺注射作为对照组。试验表明这种电磁力驱动的无针注射技术能产生足以穿刺皮肤的喷射压力，并具有喷射注射所特有的快速体内吸收效果。该无针注射系统具有结构简单、双向运行、压力可控等特点，有效地克服了传统无针注射技术的缺陷，为新型无针注射系统产品的研发打下了基础。
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  基于误差传递理论及误差修正技术的高精度蜗轮母机研制

  彭东林;郑永;陈自然;高忠华;郑方燕;董淳

  . 2011, 47(9): 157-163.

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  为了精化普通滚齿机，研制高精度蜗轮加工机床，利用传动误差传递理论，对机床传动链各环节进行了误差的分解与分析，提出一套针对滚齿机传动链环节的系统修正方法。以研制的机床测量系统为测试手段，根据精密测量和误差频谱分析结果，找出滚齿机的3个主要误差来源：锥齿轮引入的短周期误差、工作台蜗杆引入的短周期误差和工作台蜗轮引入的长周期误差。然后利用计算机辅助制造技术加工偏心轮和凸轮，对机床的各主要大误差环节逐一进行针对性的误差修正。经过多次“测试－修正－再测试”过程，最终机床的现场测试结果为：传动误差7.55″，周期误差4.23″，累积误差3.41″，试验表明已将一台普通滚齿机修正精化成为具有国内领先水平的高精度蜗轮母机。
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  压电自适应微细电火花加工系统特性分析

  付秀琢;张勤河;张建华;朱玉杰;包广华

  . 2011, 47(9): 164-168.

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  针对微细电火花加工过程中排屑困难，极易产生短路、拉弧等非正常加工现象，进而造成微细电火花加工效率低、电极损耗大等特点，基于压电陶瓷的逆压电效应提出了一种新的加工方法——压电自适应微细电火花加工技术，对其加工原理进行了详细阐述，并结合试验对该加工系统的加工特性进行了详细分析。试验证明该技术在加工过程中能够实现放电间隙与放电状态的自适应调节，促进排屑，可有效控制短路及拉弧现象的出现，进而提高微细电火花的加工稳定性及加工效率，并能实现超低电压下的微细电火花加工。结合实例说明采用压电自适应微细电火花加工技术进行小孔加工的过程中能实现稳定加工，获得较高的加工效率，并且加工的小孔圆度较好，说明该技术在微小孔加工方面具有广阔的应用前景。
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  多级粗糙表面对抛光液微流动影响的数值分析

  周平;郭东明;金洙吉;康仁科

  . 2011, 47(9): 169-174.

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  由于特征线宽的进一步细微化，超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约。抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一，为增强抛光液的流动性，在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段。以带沟槽抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动为研究对象，采用多级粗糙表面计算机模拟生成技术和计算流体动力学新方法格子Boltzmann方法，对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程进行分析。初步研究抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动特性，并且分析抛光垫表面形貌特征对抛光液流动的影响。结果表明，所提出的抛光液微流动研究方法可以用来分析抛光垫几何参数对抛光液输送过程的影响，并且具有很好的统计特性，这为抛光垫的修整和新一代抛光垫的设计制造提供了一种理论研究方法。
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  基于滚铣两步加工的余弦齿廓创成方法研究

  罗善明;吴晓铃;徐攀;王建

  . 2011, 47(9): 175-181.

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  基于齿轮啮合原理和数控加工理论，提出一种余弦齿廓滚铣两步加工新方法，即首先利用标准渐开线滚刀滚切出渐开线变位齿轮作为粗加工，并使其加工余量最小；再在此基础上利用立式三轴数控铣床进行铣削成形精加工。建立余弦齿廓滚切加工最小变位系数的数学模型，推导出余弦齿廓铣齿运动的空间转换矩阵，得到三轴数控铣齿成形的通用运动控制模型，分别确定滚齿和铣削的加工刀具选择方法，避免加工过程中出现“过切”及“欠切”现象。最后通过具体实例进行Matlab和Pro/E加工仿真，验证理论模型的正确性和加工方法的可行性。
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  硬齿面TI蜗杆副的研制与试验研究

  孙月海;卢华武;杨文彦;李国营

  . 2011, 47(9): 182-186.

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  TI蜗杆传动由渐开线斜齿轮和其包络的环面蜗杆组成。按照有关TI蜗杆传动主要设计参数选择方法的研究结果，给出一对TI蜗杆传动副的具体设计参数，利用研制的砂轮修整器和专用磨头，在滚齿机上实现了TI蜗杆齿面的磨削加工，完成了钢－钢配对的硬齿面副TI蜗杆减速器的制造。采用两种常用的工业润滑油，开展了硬齿面副TI蜗杆传动性能试验，重点测试了蜗杆传动的输入输出转矩、油池温度、运转时间和箱体振动值，对蜗杆传动效率及其影响因素进行分析。结果表明，硬齿面副TI蜗杆减速器在较低的载荷下具有较好的机械传动性能，但随着载荷的增加，齿面间摩擦磨损加剧，传动稳定性下降，含极压添加剂的润滑油对硬齿面的TI蜗杆传动具有较好的润滑效果。
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  纳米级超精密定位工作台的研究

  张金龙;刘阳;郭怡倩;刘京南;内田敬久

  . 2011, 47(9): 187-192.

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  研制了一套基于激光莫尔信号的超精密定位工作台，定位台以微型计算机为核心，采用激光莫尔传感器检测位置偏差，通过光、机、电的有机结合，可实现纳米级超精密自动定位。定位装置采用串联型粗、微双驱动的精密定位系统，粗动台由步进电动机通过精密丝杠机构直接驱动，可实现大行程微米级定位，微动台由压电陶瓷驱动器驱动，可实现纳米级定位。针对系统存在非线性、时变性，经典PID控制无法达到理想控制效果的缺陷，提出基于BP神经网络的精密定位智能控制，可有效改善定位系统的动、静态性能，提高重复精度。试验结果表明，精密定位台的工作行程可达50 mm，定位精度为±10 nm，定位时间小于30 s。