2014年, 第50卷, 第9期　
刊出日期：2014-05-05

  

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论文
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  我国工业机器人技术现状与产业化发展战略

  王田苗;陶永

  . 2014, 50(9): 1-13.

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  随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。结合在机器人领域的相关工作，在分析国内外关于工业机器人发展现状的基础上，就工业机器人目前涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供相关战略思考与建议。
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  惯性载荷下飞行模拟器大臂结构的拓扑优化

  许华旸;关立文;王立平;陈祥

  . 2014, 50(9): 14-23.

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  采用导重法对惯性载荷下、以转动惯量为约束的拓扑优化问题进行求解。导重法经过改进，可以得到固定载荷下以整体柔顺度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化迭代公式。考虑到迭代计算时惯性载荷本身随各向同性固体微结构惩罚模型(Solid isotropic micro-structures with penalization, SIMP)中的伪密度的变化，进一步推导重力作用下的单工况拓扑优化迭代公式和重力-离心力同时作用下的多工况拓扑优化迭代公式，并通过相应算例证明其可行性和有效性。将得到的迭代算法应用于飞行模拟器大臂的优化设计中，并将由此得到的拓扑形貌与商业化优化软件Optistruct中得到的结果进行比较。对比显示：该算法比传统的序列线性规划法(Sequential linear programming, SLP)或移动渐近线法(Method of moving asymptotes, MMA)的优化效果更佳，且二者的迭代效率差别不大。导重法为惯性载荷作用下以总体柔度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化问题提供新的有效的解决思路。
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  层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

  游斌弟;张广玉;赵阳;陈军;杨斌久

  . 2014, 50(9): 24-33.

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  为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为，以多层层合间结构特性的反射面为研究对象，采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述，并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用，利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型，所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型，分别对星载天线系统进行仿真对比分析，结果表明，线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用，随着转动角速度增大，动力学特性将产生差异，而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程，可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
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  层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

  游斌弟;张广玉;赵阳;陈军;杨斌久

  . 2014, 50(9): 24-33.

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  为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为，以多层层合间结构特性的反射面为研究对象，采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述，并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用，利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型，所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型，分别对星载天线系统进行仿真对比分析，结果表明，线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用，随着转动角速度增大，动力学特性将产生差异，而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程，可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
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  层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

  游斌弟;张广玉;赵阳;陈军;杨斌久

  . 2014, 50(9): 24-33.

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  为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为，以多层层合间结构特性的反射面为研究对象，采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述，并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用，利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型，所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型，分别对星载天线系统进行仿真对比分析，结果表明，线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用，随着转动角速度增大，动力学特性将产生差异，而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程，可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
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  柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振

  董楸煌;陈力

  . 2014, 50(9): 34-42.

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  讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前，结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在接触、碰撞持续过程，考虑空间机械臂与卫星间的运动几何关系、力传递关系，并基于动量守恒关系，分析接触、碰撞对空间机械臂系统刚性运动和柔性振动状态的影响效应。在接触、碰撞后，根据空间机械臂与目标卫星的相互作用内力关系，建立两者混合体系统的综合动力学模型，并针对上述接触、碰撞的影响效应，基于奇异摄动理论将混合体系统综合动力学模型分解为快、慢变子系统，其中，快变子系统表征系统柔性振动，慢变子系统表征系统刚性运动，并对慢变子系统设计镇定运动的径向基函数(Radial basis function, RBF)神经网络控制算法，而对快变子系统设计振动主动抑制的线性二次最优控制算法。数值仿真证实上述控制算法的有效性。
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  四瓦可倾瓦轴承瓦块摆动特性

  朱爱斌;杨玉磊;陈渭;袁小阳

  . 2014, 50(9): 43-47.

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  以第四代核电机组高温气冷堆氦风机导轴承为对象，系统研究四瓦可倾瓦轴承的瓦块摆动特性。理论推导得出量纲一瓦块摆角取决于轴承结构参数、预负荷和偏心率，但是与轴承间隙比、轴颈转速和润滑油黏度无关。数值分析表明：瓦块摆角特性由瓦块与载荷周向相对位置、预负荷和偏心率决定。轴承结构参数确定时，与载荷正对瓦块的摆角曲线的形状取决于预负荷，预负荷小于0.5时其摆角随偏心率增大先增加后减小，预负荷大于0.5时摆角则随偏心率的增大而逐渐减小；与载荷侧对瓦块的摆角在预负荷较小时随偏心率增大一直增大或减小，预负荷较大时则随偏心率的增大先保持不变然后减小。瓦块摆角对最小油膜厚度影响很大，瓦块摆角可能为负值，从而使最小油膜厚度较固定瓦时的最小油膜厚度偏大。研究结果为氦风机安全运行分析提供了依据。
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  基于啮合间隙的螺杆齿形设计与成形加工方法

  张元勋;唐倩;江振伟;李忠华

  . 2014, 50(9): 48-57.

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  针对螺杆泵关键部件螺杆转子设计过程复杂、加工难度高导致啮合间隙不均匀的问题，在分析螺杆啮合间隙形成机理基础上，运用空间解析几何基础理论，提出基于啮合间隙的螺杆齿形设计新方法，建立螺杆加工过程进刀轨迹-螺杆齿形-啮合间隙转换方程；结合微分几何等距曲面构型原理，得到预定加工间隙的螺杆端面齿形；研究螺杆与刀具在加工过程中的空间包络特性与几何特性，结合机床、螺杆、刀具协同运动所生成的接触线形状和空间位置参数，提出一种基于离散点齿形的螺杆加工成形刀具设计方法——形位几何法，该方法基于具有稳定接触的包络结构，将抽象的空间包络问题转化为平面解析几何问题，简化包络求解模型，克服传统啮合理论设计刀具时无法精确计算齿形曲线尖点的关键性技术难点，提高成形刀具齿形设计的精确性。
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  复合材料层合板相似模型的几何区间确定方法

  罗忠;朱云鹏;陈晓兵;赵雪彦;王德友

  . 2014, 50(9): 58-64.

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  针对复合材料层合板类结构的相似试验模型的设计问题，提出一种在固有特性相似的情况下，不完全几何相似(畸变)模型的尺寸区间确定方法。用量纲分析与平衡方程分析相结合，建立层合板模型与原型间的相似关系，导出三种固有特性相似关系式。以一种常用复合材料层合板为例，在深入研究使模型与原型在一阶固有相似(即固有频率成比例映射关系、且振型保持一致)时，畸变模型的尺寸适用区间确定方法的基础上，利用解析和有限元法相对照，最终得到复合材料层合板模型和原型在不同阶次下，固有特性相似的畸变模型几何结构适用区间的确定方法，并进行了试验验证。该研究结果为层合板的相似模型设计问题奠定了理论基础。
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  特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究

  王燕霜;袁倩倩;曹佳伟;李璞;李燕

  . 2014, 50(9): 65-70.

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  给出特大型双排四点接触球轴承承载曲线的精确计算方法。绘制其静承载曲面，并对精确静承载曲线及简化静承载曲线进行比较。分析轴承游隙、沟曲率半径系数及原始接触角对静承载曲线的影响。结果表明：随着轴承负游隙绝对值的增大，轴承所能承受的最大倾覆力矩增大，最大轴向力减小。游隙在–0.2～0 mm范围内取值，对轴承承载能力的影响较小。沟曲率半径系数对轴承承载能力影响较大，随着轴承沟曲率半径系数的增大，轴承静承载能力减小。随径向力增加，轴承承载能力随接触角增大先增大后减小。
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  轮轨摩擦自激振动引起小半径曲线钢轨波磨的瞬态动力学

  陈光雄;钱韦吉;莫继良;朱旻昊

  . 2014, 50(9): 71-76.

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  钢轨波磨问题一直困扰着地铁线路，对其产生机理的研究有着重要的理论和应用价值。基于轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的观点，建立轮对稳态通过小半径曲线时由轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动模型，在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦因数的乘积。应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性，重点研究轮轨系统摩擦自激振动的瞬态动力学过程，获得了轮轨系统发生摩擦自激振动时轮轨振动和接触法向力的变化规律。结果显示内轮和内轨接触摩擦副发生严重的摩擦自激振动，并对这个摩擦自激振动引起钢轨波磨的机理进行了解释。
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  等温密封环粗糙表面微观动态接触离散建模与状态分析

  宫燃;徐宜;车华军;张鹤

  . 2014, 50(9): 77-83.

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  根据密封环的结构形式和服役特点，提出在微观尺度内密封环动态接触过程的离散建模方法。基于移动元胞自动机算法，结合复合材料密封环多种组成材料的特点，对密封摩擦副两粗糙表面局部接触区域进行离散建模。根据实际的工况条件加载相应载荷，通过可视化的模拟过程获得密封接触面微观动态响应，表达出磨损颗粒和润滑油组成的机械混合层的形成与演变过程，研究表明机械混合层对密封动态接触有显著影响，在混合摩擦过程中起到流体润滑和固体润滑的双重效果；同时定量模拟密封接触表面颗粒的旋转角和速度场，分析微观磨损颗粒运动规律；模拟计算获得瞬态摩擦因数曲线及其拟合曲线，通过与实测数据对比发现具有较高吻合度。表明微观动态接触离散模型在密封接触研究方面的适用性，是密封及其相关摩擦副微观接触状态分析的有效方法。
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  计入润滑油输送状况的活塞裙部-缸套摩擦副润滑分析

  孙军;王先义;张亮;朱新龙;施炜;李悦;赵小勇;王虎;滕勤

  . 2014, 50(9): 84-90.

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  目前活塞裙部润滑分析中一般认为活塞裙部-缸套摩擦副在一个内燃机工作循环所有行程中全部处于充分润滑状况，而实际中当活塞上行(向上止点运动)时，入口处的润滑油量不一定能保证该摩擦副处于充分润滑状况。结合活塞二阶运动模型、流体润滑模型和润滑油流动模型，计算活塞裙部向下(止点)运动后滞留在气缸套壁面上的润滑油量，并以此作为活塞上行期间活塞裙部-缸套摩擦副的润滑油进入量，进行活塞裙部-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明，与以往认为所有行程中活塞裙部-缸套摩擦副全部处于充分润滑的分析比较，活塞裙部润滑分析中考虑实际润滑油输送确定活塞上行期间摩擦副的润滑状况时，活塞裙部-缸套摩擦副的润滑性能和活塞二阶运动等都有较明显的变化。
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  收敛楔中黏塑性流体动力润滑性能及边界滑移行为

  刘赵淼;李锦辉;申峰

  . 2014, 50(9): 91-99.

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  根据高速重载工况下收敛楔中流体润滑膜所呈现的黏塑性流变行为，选取了Smith流变模型推导得到收敛楔中发生边界滑移后的黏塑性流体动力润滑方程。并针对等温常黏不可压缩流体动力润滑问题，根据润滑膜中切应力分布情况及最大切应力所在位置给出了润滑过程中初始滑移位置，滑移区域发展方式及分布的理论分析。通过联立求解不同区域的黏塑性流体动力润滑方程基础上，对多种膜厚比和运动润滑表面速度下的收敛楔中黏塑性流体动力润滑特性及其边界滑移行为进行分析，并与经典流体动力润滑理论解进行对比，结果表明膜厚比和运动润滑表面速度对黏塑性流体动力润滑性能及边界滑移行为有显著的影响。
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  基于质量守恒边界条件的浮环轴承贫油润滑特性理论分析

  张浩;师占群;张顺心;姚莉楠;宋中越

  . 2014, 50(9): 100-107.

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  对浮环轴承贫油润滑机理进行了理论分析。在Elrod算法的基础上，采用有限差分法求解基于质量守恒边界条件(Jakobsson-Floberg-Olsson, JFO)的表征内外油膜压力分布的Reynolds方程，推导内外油膜承载力、流量和注入内油膜的压差注油量的表达式，建立贫油润滑状态下的内油膜压力分布模型。利用Matlab对浮环轴承润滑机理进行了仿真计算，分析静载荷和供油压力对浮动环与轴颈的静平衡位置、内外油膜端泄量与压差注油量的影响，进而讨论贫油润滑状态下轴颈的静平衡位置。结果表明较大的静载荷会产生较大的浮动环偏心率和轴颈偏心率以及内外油膜端泄量，但是压差注油量则会减小。在贫油润滑状态下，内油膜在收敛间隙中发生破裂，承载能力下降，提高供油压力可以明显地增大压差注油量，有效地避免内油膜贫油现象的出现。
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  多因素耦合条件下数控机床进给系统负载惯量比的综合分析与设计

  刘辉;黄莹;赵万华;卢秉恒

  . 2014, 50(9): 108-113.

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  负载惯量比是数控机床进给系统性能分析与设计的重要内容，数控机床的高速化、高精度化发展使得负载惯量比的优化选择问题更加突出。这要求设计者能够系统地分析负载惯量比与系统性能之间的相互关系，并为之提供负载惯量比的精确有效的设计方法。采用双惯量机械系统模型，通过解析分析与数值试验相结合的方法，分析负载惯量比与能量匹配效率的关系；分析了半闭环与全闭环两种控制结构下负载惯量比与控制增益上限、闭环频率特性以及抗干扰动刚度的关系；并在此基础上给出了数控机床进给系统负载惯量比的设计步骤与方法。为数控机床的设计者提供一种在多因素作用下设计最优负载惯量比的方法，具有理论和实际的工程价值。
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  气动载荷作用下复合材料风力机叶片结构优化设计

  汪泉;陈进;王君;游颖;孙金风;邬述晖

  . 2014, 50(9): 114-121.

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  针对复杂构形的复合材料风力机叶片内部结构，采用新设计的2 MW风力机叶片，基于等代设计法对其进行复合材料初始铺层设计；建立完整的叶片有限元参数化模型；基于修正的动量叶素理论，提出一种适用于叶片结构设计与优化的新的流固耦合方法；建立叶片优化数学模型，以叶片质量最小为优化目标，以层合板厚度、主梁位置等作为优化设计变量，采用粒子群算法与有限元法结合的策略对复合材料风力机叶片进行优化设计。优化结果表明，相比初始叶片，优化后的叶片质量有了较大的减少，而且以优化设计方案二(叶片主梁位置可变作为优化设计变量之一)的结果尤为明显。该研究对于风力机叶片结构设计及优化具有重要的指导意义，使风力机翼型、叶片及结构参数化一体化设计成为可能。
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  基于联接元的复杂产品拆卸模型构建方法

  张秀芬;胡志勇;蔚刚;裴承慧

  . 2014, 50(9): 122-130.

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  针对传统复杂产品可拆卸设计中拆卸模型构建困难和效率低等不足，提出基于联接元的复杂产品拆卸模型构建方法。将被联接件和联接件或联接介质构成的联接结构定义为联接元，根据产品层次结构的特点，研究联接元到产品的映射方法。通过分析典型联接元的拆卸知识和经验，提取出拆卸优先级推理规则。为满足设计中新联接元扩充的需要，结合物元理论构建联接元可拓物元模型。定义产品拆卸多约束图以描述产品组件间的装配约束和拆卸优先级等拆卸属性信息，并通过复用联接元实现拆卸模型的快速构建，将工程经验知识融合到拆卸建模过程中，保证了后续拆卸序列规划的合理性。结合注塑机合模装置实例分析验证了所提方法的有效性。
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  一种面向自动生产线的刀具更换决策方法

  曹乐;徐卫刚;黎厚松;陈金海;陈鹏

  . 2014, 50(9): 131-135.

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  合理控制刀具更换对于减少生产线停机损失、提高生产效率具有重要意义。分析刀具预防性更换与故障性更换之间的差异，对故障性刀具更换时间的不确定性进行描述，建立刀具更换的时间成本模型；把刀具寿命的不确定性和刀具故障性更换时间的不确定性作为刀具更换决策的影响因素，以单位产品平均成本最小化为目标，建立一种刀具更换周期决策模型，设计基于黄金分割法的最优刀具更换周期求解算法；对设备检查及故障诊断时间的期望值、威布尔刀具寿命分布函数的形状参数和尺度参数变化对刀具更换周期的影响进行了分析，通过实例对决策模型和算法的有效性进行了验证。
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  非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法

  蔺小军;樊宁静;郭研;崔栋鹏;王志伟;张新鸽

  . 2014, 50(9): 136-141.

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  针对非可展直纹面侧铣精加工刀轴矢量计算中存在的问题，基于侧铣加工误差几何模型分析了棒铣刀加工非可展直纹面误差的产生原因。在研究了两点偏置法和三点偏置法的基础上，围绕提高非可展直纹面类零件的加工精度，提出一种动点滑动并寻求最优的刀轴矢量计算方法，并且采用最小二乘法对刀位轨迹进一步优化。通过所建立的刀位优化算法得到的刀轴矢量可使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小，最终得到整体最优的刀位轨迹。用所提方法与已有方法进行加工试验比较，并对加工误差分布进行分析可得，侧向偏置法所产生的加工误差明显低于已有方法，提高了加工精度。所采用的优化方法和数据处理结果可以为非可展直纹面侧铣加工提供一定的参考依据。
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  基于逆向工程的自由曲面涂层加工系统设计

  陈志鸿;房海蓉;方跃法

  . 2014, 50(9): 142-147.

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  提出针对金属曲面表面非金属涂层的逆向工程加工系统。由改造的840D数控系统作为采集轨迹控制系统和加工控制系统，对工件自由曲面自动采集形貌特征并储存。工控机通过以太网与数控系统交换数据并生成小线段数控加工程序。为提高加工效率，减小拐点加速度突变产生冲击，提出以NURBS样条程序代替小线段加工程序的程序后置处理方法。该方法与传统的NURBS样条拟合算法不同，直接以小线段的拐点作为样条的控制顶点构造曲线，避免繁琐的拟合运算，提高程序处理效率，在小线段拐角较大的衔接点通过修改样条形状的方法减小误差。在工件喷涂完涂层后，系统通过激光传感器实现自动对刀。最后通过加工试验证明该加工系统高效、稳定和实用。
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  流固耦合对油静压导轨动静特性的影响

  王智伟;查俊;陈耀龙;赵万华

  . 2014, 50(9): 148-152.

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  油静压导轨被广泛应用于超精密机床，在设计和计算时往往都是将结构件作为刚体，即在工作过程中结构件不影响静压支承油膜厚度以及油压的分布。针对环形缝隙节流闭式油静压导轨，以封油面上动态雷诺方程和导轨的弹性变形方程为基础，再结合导轨工作台动力平衡方程，建立静压导轨的流固耦合模型。分析流固耦合对静压导轨压板变形量、动静刚度以及阶跃响应的影响。研究表明，导轨压板的变形随油腔压力的增加而线性增加；导轨压板的变形会导致动静刚度减小，也会导致阶跃响应的过渡时间变长；动静刚度的实测值与导轨压板有变形时的理论计算值吻合较好。
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  微细切削用微机床的研究现状及发展趋势

  周志雄;肖航;李伟;黄向明

  . 2014, 50(9): 153-160.

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  微细切削技术是精密超精密制造技术的研究热点之一，对不同材料的复杂三维微小零件加工具有独特优势。微细切削机床作为微细切削技术的重要组成部分，已呈现出微小化的发展趋势，是当今微加工装备研究与开发的重点。系统总结微细切削用微机床中床身、微主轴单元、进给工作台、微切削刀具、数控系统、监测系统等的研究现状；分析微机床中亟待解决的主机结构微小化、微主轴的高速高精度回转、工作台的高精度快响应进给、微切削刀具结构与性能、数控系统的开放性与高精度插补、加工过程的可视化监测以及整机性能研究等关键技术问题，提出解决上述问题的可能性对策；预测微细切削用微机床的发展趋势。
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  软性磨粒流加工特性及近壁区域微切削机理

  李琛;计时鸣;谭大鹏;刘曦泽

  . 2014, 50(9): 161-168.

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  软性磨粒流加工是一种能够有效解决模具结构化表面光整加工的新方法。基于软性磨粒流光整加工的特点，对软性磨粒流中颗粒对壁面的微切削机理进行研究。以普林斯顿方程为基础，对固体相颗粒在流体中的受力进行分析，进而分析颗粒对壁面的微切削机理。通过对汽车模具中的典型结构化表面进行结构简化，得到用于数值模拟及加工试验的流道的物理模型，采用可实现k-ε湍流模型对软性磨粒流在流道中的压力、速度流场的分布进行数值分析；搭建软性磨粒流加工试验平台并进行20 h加工试验，加工结果证明微切削机理分析的正确性，试验对比结果证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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  确定性抛光非球面光学元件残余误差的评价方法

  王春锦;王振忠;潘日;谢银辉;郭隐彪

  . 2014, 50(9): 169-175.

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  研究非球面光学元件确定性抛光中表面残余误差的评价方法。对两种非球面残余误差的评价方法，分别为轴向误差法和法向误差法，进行理论研究。指出非球面的残余误差理论上应使用法向误差法来评价，并提出一种基于轴向残余误差求解法向残余误差的方法，继而对二者进行比较发现两者存在一定的偏差，并且差值从非球面的中心向边缘方向逐渐增大。以气囊抛光和数控小磨头抛光为例，通过试验表明使用轴向误差法评价残余误差，进行确定性抛光引入了不同程度的加工误差，引入的加工误差的大小与非球面光学元件的口径和顶点曲率半径的比值(即“相对孔径”)成正相关，故对于相对孔径较小的非球面光学元件在确定性抛光中可使用轴向误差法替代法向误差法作为残余误差的评价方法，反之，则应使用法向误差法。
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  基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究

  刘刚;王亚飞;张恒;高凯晔;柯映林;段作衡

  . 2014, 50(9): 176-184.

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  基于分屑原理，结合螺旋铣孔中刀具的运动特点，设计一种具有分布式多点阵端部切削刃的螺旋铣孔专用刀具。通过各切削刃运动轨迹描述和切屑形状模拟，对专用刀具的分屑效果、端部和侧部切削刃不同切削作用及刀具使用寿命进行分析；通过铝合金、钛合金、复合材料螺旋铣孔对比试验寿命试验，对专用刀具的分屑及制孔效果、使用寿命进行验证。结果表明专用刀具在飞机装配现场干切削条件下能够实现钛合金孔无毛刺、复材孔无分层加工，同时大幅提升刀具寿命。解决了干切削条件下传统立铣刀对钛合金、复合材料等航空难加工材料进行螺旋铣孔加工时刀具寿命低、加工质量差等问题，满足实际工程应用的需要。
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  新型金刚石纤维的制备及其切削性能

  龚艳丽;邓朝晖;伍俏平 万林林

  . 2014, 50(9): 185-192.

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  采用添加一定量铁族金属Co的Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系陶瓷作为金刚石磨粒的陶瓷-金属结合剂，利用粉末注射成型和埋砂烧结法，设计制备一种具有一定长径比和宏观尺寸(1 mm×1 mm×10 mm)新型金刚石纤维，能按照使用要求进行有序排布，采用这种新型金刚石纤维替代传统金刚石磨粒能制备出有序化金刚石纤维砂轮。对金刚石纤维的抗折强度、硬度等性能进行测定，开展单根金刚石纤维试件与普通陶瓷砂轮加工超硬材料SiC增强高硅铝合金的对比试验。结果表明，制备的新型金刚石纤维具有一定的强度和硬度，其中的陶瓷-金属结合剂对作为切削主体的金刚石磨粒润湿性好、把持力强，金刚石磨粒不易脱落；新型金刚石纤维具有很好的加工性能，较之普通陶瓷砂轮加工工件表面质量更好，实现超硬材料SiC增强高硅铝合金的精密加工；新型金刚石纤维中，有效金刚石磨粒占有较高的百分比，分布较均匀，磨粒出刃等高性好，有效参与切削的磨粒数多，磨粒利用率高；新型金刚石纤维中，金刚石实现三维意义上的分布，即上层磨粒在磨耗磨损失去切削能力或在承受较大的摩擦和挤压力而脱落的情况下，下层磨粒得以出露继续发挥切削能力。
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  非圆磨削中曲轴角向定位方法及其误差分析

  沈南燕;李静;方明伦;叶骏;汪学栋

  . 2014, 50(9): 193-200.

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  非圆磨削根据运动模型控制工件的旋转运动和砂轮架的横向进给运动，使砂轮外圆与工件表面轮廓始终相切，实现异形零件磨削。磨削前必须使建立非圆磨削运动模型的工件坐标系与机床坐标系重合或接近，才能使磨削余量分布均匀，保证曲轴各档相位角的加工精度。基于触发式测头构建大量程在机测量装置，配合不同测量方法，分别建立两点法和多点法角向定位模型，并分析谱尺度BFGS算法在求解该模型时的收敛速度、精度以及初值选取范围。在此基础上，通过仿真计算分析测头预行程及定位误差对角向定位精度的影响规律，并揭示其与所选定测量点位置的关系。根据试验结果分析比较两种自动角向定位方法的有效性，并提出相应措施以减少角向定位误差。
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  直槽微铣削中切削参数对铣刀跳动量的影响

  马利杰;王西彬;李勇峰;刘贯军

  . 2014, 50(9): 201-206.

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  铣刀跳动是铣削振动的一种表现形式，其不仅加剧刀具的磨损，降低加工质量，严重时将使刀具产生崩刃甚至断裂，导致切削过程无法进行。基于45钢直槽微铣削试验，分析铣刀跳动量的基本特征。在此基础上，研究铣削参数对铣刀跳动量的影响规律，建立铣削参数与铣刀跳动量之间的非线性关系模型。研究结果表明，直槽微细立铣削时，立铣刀在各方向上的跳动量大小依次如下：槽宽方向(Y方向)＞进给方向(X方向)＞铣刀轴向(Z方向)；铣削参数是影响铣刀跳动量的主要因素，其显著性水平依次如下：铣削速度vc＞轴向切深H＞进给速度f；基于正交试验建立的铣刀跳动量非线性关系模型具有较好的拟合效果，可以用于相应条件下铣刀跳动量的预报和控制。