机械工程学报

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韩建友, 袁玉芹, 吕翔宇, 张倩倩, 卢天齐

机械工程学报. 2015, 51(19): 1-10. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.001

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阿苏尔杆组理论指出，通过对不同运动链选取不同的机架和原动件，能够得到各种可能的阿苏尔杆组与机构构型。基于这一理论提出一种阿苏尔杆组的自动生成方法。针对杆组的结构特点，提出简单易行的杆组同构判别方法，该判别方法也适用于平面多杆机构运动链的同构判别。联合应用运动链的邻接矩阵与关联矩阵，使得自动生成算法与计算机编程相结合，实现了平面多杆机构杆组的自动生成。该自动生成机构杆组的方法理论简单，编程可操作性强，能够实现多杆运动链在构成机构时杆组的准确快速的拆分。该方法将杆组的拆分过程与由杆组搭接形成机构的过程相联系，对拆分得到的所有杆组与机构构型进行同构判别，得到了六杆以内的13种杆组，以及由八杆运动链构成的153种机构。

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多环闭链可展机构尺寸调整方法

张武翔,杨毅, 罗均, 谢少荣, 周鑫, 李恒宇

机械工程学报. 2015, 51(19): 11-20. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.011

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由于存在加工误差等因素，可展机构各连杆实际加工长度与理论计算长度往往不同，需要在装配时对其调整。多环闭链可展机构具有闭环多、环约束互相耦合、参数关系复杂等特点。为解决在尺寸调整时存在的高非线性、强耦合等问题，以均方根形式定义多环闭链机构的综合调整量，并以调整结构势能最小作为目标函数，推导出多环闭链可展机构尺寸调整的基本数学模型。根据实际调整方式，提出单向调整和双向调整两种计算模型。在此基础上，对多构态下多环闭链可展机构的尺寸调整方法进行研究。通过算例对上述方法和模型进行验证。结果表明，利用该方法得到的调整结果能满足可展机构多构态、多约束、多种调整方式的要求。研究成果有助于降低多环闭链可展机构的装配和加工难度。

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不确定环境球型腕自适应滑模扰动控制

张永顺, 郭建超, 王新, 满达

机械工程学报. 2015, 51(19): 21-27. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.021

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针对目前机械手腕结构复杂、集成度低、运动耦合、抗不确定因素“干扰”能力差等问题，提出一种由相对独立运动链组成的三自由度高集成解耦球型腕机构及其自适应滑模控制方法。球型腕采用双半球和双万向节的解耦结构保证腕关节的紧凑性与灵活性。分析运动传递关系，推导正、逆运动学方程及动力学方程，建立作业空间与关节空间的运动传递关系和系统控制模型，构建三自由度解耦球型腕试验平台。主动控制系统采用非线性Terminal滑膜控制器结合RBF神经网络算法评估不确定性上界，保证系统控制误差快速收敛，利用Lyapunov稳定性理论证明控制系统的稳定性。仿真和试验结果表明该控制方法对不确定性扰动不敏感，削弱滑模控制的“抖振”，能够快速、准确地跟踪轨迹，实现精确的定位控制。

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液压驱动缩放支链的并联式滚动机器人

沈海阔, 丁万, 仝龙飞, 黄齐来, 姚燕安

机械工程学报. 2015, 51(19): 28-39. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.028

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提出一种新型三自由度并联式滚动机器人。该机器人以大变形、强力输出、快速响应和运动灵活为目标，构型上采用提出的新型并联机构为本体以保证机构整体刚度，设计上应用平面缩放支链作为伸缩比放大机构以获得大变形能力，驱动上利用液压执行元件作为伸缩驱动输入以增强滚动机器人运动的灵活性与力量输出。其翻滚运动是通过合理规划与控制机器人质心与支撑区域之间关系而实现。对该机器人构型进行描述，并规划其翻滚运动步态，给出最优运动规则；基于此运动规则建立其运动学模型，并以算例验证了模型正确性；结合运动过程步态规划进行两个翻滚周期运动可行性的理论分析；搭建一套试验系统平台，包括液压系统与试验样机系统，开展四个滚动步态试验；样机试验结果表明了试验样机系统是可靠的且具备快速响应能力，验证了翻滚运动理论分析的正确性以及翻滚运动过程的可行性。

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基于接触有限元的齿轮-转子系统动态特性分析

张涛, 王建军, 吴勇军

机械工程学报. 2015, 51(19): 40-46. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.040

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考虑齿轮-转子系统各部件的弹性，基于接触有限元理论提出一种能够高保真模拟齿轮副连续啮合过程的动态特性分析方法。该方法利用实体有限元进行系统建模，可体现各部件的结构特征；基于接触有限元进行啮合过程仿真，可模拟系统的时变刚度、啮合冲击等真实激励进而得到全面准确的响应信息。以一直齿轮-转子系统为例进行啮合过程的数值仿真，利用中心差分法求得系统各动力学参量在时域上的响应，通过中心距偏差、动态传递误差、动态接触力等参数分析系统的弯曲振动、扭转振动、齿轮副的啮合特性及其耦合关系。研究结果表明：考虑各部件尤其是转子的弹性后，系统的非线性振动特性显著，齿轮副啮合存在明显的双边冲击及脱啮现象。

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四连杆电动椅电动机的动力学模型及仿真

宋瑜, 施至豪, 唐智川, 叶风, 孙守迁

机械工程学报. 2015, 51(19): 47-52. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.047

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基于人体工程学原理构建了四连杆电动按摩椅在做摆动运动时的动力学模型。运用了工业机器人的运动学和动力学仿真技术，将D-H参数法应用于电动按摩椅的运动学模型建立，探究了平面运动机构的D-H矩阵表示法，并用Matlab实现了对机构运动位姿的快速模拟；针对该休闲功能按摩椅的电动机选型问题，结合男、女两种不同的人体质量分布模型，对电动按摩椅的工作状态进行了动力学建模；通过Solidworks的动力学仿真分析，对结果进行了验证。结果显示建立的动力学模型能够很好地预测电动机力矩的变化趋势，且对男女模型趋势相同，为今后人机产品中结合质量模型的动力学研究提供了理论依据和实践基础。

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考虑三维运动和相对滑动的滚动球轴承局部表面损伤动力学建模研究

牛蔺楷, 曹宏瑞, 何正嘉

机械工程学报. 2015, 51(19): 53-59. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.053

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滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由度，并且考虑了元件之间的相对滑动和润滑牵引特性。在对局部表面损伤进行建模时，完整考虑了损伤出现后由于材料缺失而引入的额外间隙，以及损伤对赫兹接触刚度及接触载荷作用方向的影响。研究滚球在通过局部表面损伤时轴承的加速度与滚球/损伤之间冲击力的对应关系，以及轴承转速和损伤宽度对轴承振动响应的影响规律。仿真结果表明，由于考虑了相对滑动和滚球/损伤之间冲击力的影响，本模型能够对具有局部表面损伤的球轴承进行更为合理的动力学特性分析，可为滚动球轴承的疲劳损伤分析和故障定量诊断提供一定的理论依据。

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板带四辊轧机的三维振动特性

申光宪, 郑永江

机械工程学报. 2015, 51(19): 60-65. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.060

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针对轧机振动传统的一维或二维的解析模式，给出1 580 mm四辊轧机振动的三维(空间)振动解析模式及其振动特性-固有频率和振型。在四辊轧机振动解析中被忽略的“不得已”间隙，必须在辊系结构予以考虑。利用修正三维多物体传递矩阵法辅之有限元法对轧机轧辊进行包含3个位移3个转角6个自由度的三维振动数值解析。数值模拟结果显示，四辊轧机考虑阻尼作用后的固有频率(复频率虚部)与现场测试频率基本吻合；“不得已”间隙导致轧机系统出现危险低频率，且振型为含有水平、交叉及摇摆等包含多个单一振型的复合振型。

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考虑结合面和轴向力的主轴系统动力学特性

姜彦翠, 刘献礼, 吴石, 李茂月, 李荣义

机械工程学报. 2015, 51(19): 66-74. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.066

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汽车覆盖件淬硬钢模具由于硬度高，在铣削过程中动态铣削力大，易发生颤振，而主轴系统动力学特性直接影响铣削稳定性。为了准确建立主轴系统动力学模型，考虑主轴系统铣削状态下产生的轴向铣削力和离心力对主轴结合面接触刚度的影响。通过分析得到，轴向铣削力对主轴结合面接触刚度有强化作用，使主轴系统固有频率有微小的增加；而离心力对结合面接触刚度有软化作用，随着主轴转速升高，系统的固有频率减小，尤其高转速时主轴系统的动力学特性偏差较大，对比而言离心力的软化作用多于轴向铣削力的强化作用，故主轴系统在铣削过程中动力学特性相比静止无载状态下仍是软化现象；分析结合面预紧力、刀具参数等因素对主轴系统动力学特性的影响规律，为准确分析主轴系统动力学特性和预测铣削稳定性提供理论参考。

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定量式静压转台动态特性建模与影响因素分析

刘志峰, 湛承鹏, 赵永胜, 李小燕, 夏龙飞, 蔡力钢

机械工程学报. 2015, 51(19): 75-83. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.075

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静压转台的动力学性能对转台的综合性能有较大影响，所以对转台在动载作用下响应的深入研究对于转台优化设计及提升转台的综合性能有重要作用。根据Christensen的模型计算考虑表面粗糙度的情况下静压转台支承油垫及预压油垫的非线性承载力。建立多油垫转台的多自由度动力学模型，应用龙哥库塔法计算转台在均载及偏载时转台的响应及转台的稳定时间和稳态油膜厚度，分析表面粗糙度、转台初始油膜厚度、转台支承及预压油垫进油流量、转台转动对转台动态特性的影响。结果表明偏载使得转台的动态性能下降并使转台的某些支承油垫油膜厚度出现较大幅度降低。较小的油膜初始厚度和较大的流量可以提升转台的动态性能，而表面粗糙度等因素对于转台的动态特性也有比较明显的影响其中周向粗糙度倾向与提高转台性能而径向粗糙度则倾向于降低转台性能。所建的模型及分析结论将为转台的优化设计及转台综合性能的提升提供理论基础。

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改进双树复小波在阶跃特征结构表面基准提取中的应用

任志英高诚辉, 林有希, 黄健萌

机械工程学报. 2015, 51(19): 84-92. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.084

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刻线尺寸的器件表面存在着大量的如槽、台阶等不连续特征，当提取其基准面来做质量评定时，ISO规定最小二乘拟合法来实现，但其鲁棒性远远差于滤波法。而若直接采用传统滤波法(如高斯滤波、小波滤波等)在不连续特征处会产生波动。基于此，提出一种新的滤波稳健算法，通过对双树复小波变换(Dual-tree complex wavelet transform, DT-CWT)进行全变分最小化理论(Total variation minimization, TVM)梯度处理，即对每层的小波系数运用阈值方法进行初始化，借助投影次梯度法将TVM理论与DT-CWT相结合，不断迭代，最终增强DT-CWT在提取几何结构特征基准面的鲁棒性。仿真结果表明，所提算法与传统滤波方法相比，整个表征精度(最大重构误差和均方差)具有最优性，且评定高度也最接近理想高度。对一实测标块，无论从直观三维视图还是侧面对比图，其在阶跃处能很好地抑制波动，与标块实际加工的理论高度偏差只有0.040 3 μm，保证了产品的几何特征，为实际的工程应用提供了一种有效的基准提取方法。

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基于自适应多尺度自互补Top-Hat变换的轴承故障增强检测

唐贵基, 邓飞跃, 何玉灵

机械工程学报. 2015, 51(19): 93-100. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.093

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针对实际工程中滚动轴承冲击性故障特征难以提取的问题，提出一种自适应多尺度自互补Top-Hat(Adaptive multi-scale self-complementary Top-Hat, AMSTH)变换方法用于轴承故障的增强检测。自互补Top-Hat变换在消除信号中背景噪声的同时，能有效增强故障振动信号的冲击特性，而构造的多尺度自互补Top-Hat变换方法，可以较有效地兼顾抗噪性能和信号的细节保持。在分析形态学滤波的基础上，提出采用特征幅值能量比(Feature amplitude energy radio, FAER)的方法自适应确定最优结构元素的尺度，并应用于轴承的故障增强检测。通过对仿真信号和实测轴承滚动体、内圈故障信号进行分析，结果表明该方法可有效增强滚动轴承的故障检测，并且在运算效率和提取效果方面优于基于信噪比标准的多尺度形态学开-闭和闭-开组合变换方法。

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一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法

许立新,杨玉虎

机械工程学报. 2015, 51(19): 101-108. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.101

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为有效地揭示轴承滚道缺陷特征对高速机构动态响应特性的影响规律，在多体动力学理论框架下提出一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法。该理论采用力约束方法构建机构中滚动轴承转动副模型，通过分析轴承中各滚动体与滚道缺陷几何特征之间的接触关系，计算滚动体接触载荷并获取轴承转动副等效约束反力，探讨轴承缺陷激励对高速机构动态性能的影响规律。在此基础上，以含深沟球轴承的曲柄滑块机构为例，分析轴承滚道表面局部式缺陷和分布式波纹度缺陷对机构动力学特性的影响。研究表明，轴承滚道缺陷将引发轴承各滚动体接触动载荷突变。这种突变载荷经传播后，直接影响着机构中各构件的运动状态，对高速机构运动平稳性将产生严重影响。此外，该理论方法具有一般性，具有不同滚道几何缺陷特征的滚动轴承均可嵌入到本方法中，分析轴承转动副缺陷对各类机构动力学特性的影响。

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不确定声场分析的区间矩阵分解摄动有限元法

尹盛文, 于德介, 夏百战

机械工程学报. 2015, 51(19): 109-116. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.109

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针对修正一阶区间摄动有限元法存在的一阶Taylor展开误差较大和求解摄动逆矩阵时计算效率不高的缺陷，提出区间矩阵分解摄动有限元法(Decomposed interval matrix perturbation finite element method, DIMPFEM)。该方法将系统动态刚度矩阵分解为若干系统子矩阵之和，每个系统子矩阵的摄动矩阵用摄动因子和常量矩阵的乘积表示，避免了摄动矩阵的Taylor展开误差；采用Epsilon算法求解摄动逆矩阵的修正Neumann级数，有效提高了计算效率。将DIMPFEM应用于具有区间参数的二维管道和二维商务车声腔模型的声压响应分析，分析结果表明，与修正一阶区间摄动有限元法比较，DIMPFEM获得了更高的计算精度和计算效率。

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我国再制造政策法规分析与思考

李恩重, 史佩京, 徐滨士, 郑汉东, 宋金鹏

机械工程学报. 2015, 51(19): 117-123. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.117

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再制造工程是废旧机电产品高技术修复改造的产业化，是实现节能减排和促进循环经济发展的有效途径。我国的再制造发展经历了产业萌生、科学论证和政府推进三个阶段。我国再制造产业的持续稳定发展，离不开国家政策的支撑与法律法规的有效规范。通过对我国再制造发展历程、政策法规梳理和实施效果的分析以及发达国家再制造政策法规特点的总结，有利于进一步完善我国再制造政策法规，更好地推动我国再制造产业的发展。梳理了2005年至2014年我国再制造的政策法规及其特点，在此基础上，分析我国目前再制造产业发展面临的挑战。借鉴发达国家再制造产业经验，我国再制造产业的发展不仅要完善法律体系和产品标准体系，同时要引入生产者责任制度，实现我国再制造产业的集聚化、跨越式发展。

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基于容差约束的机翼最优位姿评价算法

王青, 程亮, 程志彬, 李江雄, 柯映林

机械工程学报. 2015, 51(19): 124-130. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.124

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为了保证飞机机翼的最优位姿装配，提出一种基于容差约束的机翼位姿评价及优化算法。该方法以翼身交点的三维相对偏差和水平测量点的相对高差的加权组合作为机翼装配误差的综合评价函数，以该装配误差最小作为目标，翼身交点的位置容差和水平测量点的高度容差作为约束条件，建立机翼位姿评价的非线性优化模型。通过奇异值分解法获得机翼位姿的初值，再采用Lagrange法结合拟牛顿法迭代求解，得到机翼的最优位姿，使得机翼在满足容差约束的同时，综合装配误差最小。最后，通过仿真算例验证了算法的有效性。

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R树上溢结点增量式k均值聚类优化分裂方法

李延瑞, 孙殿柱, 张英杰, 聂乐魁

机械工程学报. 2015, 51(19): 131-137. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.131

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R树能较好地满足逆向工程、CAD/CAM、机器视觉等领域的动态数据维护及空间查询需求，而CR树是其优秀的变体之一。针对CR树的上溢结点分裂算法存在的聚类结果不理想以及计算代价过高等问题，提出一种主元分析导向的增量式k均值算法，可在既有分类中心附近的第一主元方向上搜索新的初始分类中心。将该算法与Silhouette指标相结合应用于求解由上溢结点分裂问题所转化的点集聚类问题，能以较小的计算代价自适应获取近似全局最优的点集聚类结果。试验结果表明，基于增量式聚类的R树上溢结点分裂算法在R树构建效率、存储利用率及空间查询等方面的综合性能优于CR树与RR*树。

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离散制造业产品能耗限额制定的复杂特性及制定策略

刘飞, 周晓娜, 蔡维

机械工程学报. 2015, 51(19): 138-145. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.138

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产品能耗限额对于加强产品制造过程能量消耗管理、监控和提高能量效率均十分重要。目前，钢铁、化工等流程制造行业的产品能耗限额制定已有不少成熟方法，并从国家层面制定了一些主要产品的能耗限额指标；但对于量大面广的离散制造业产品，由于其能耗规律的复杂性和动态变化性，其能耗限额制定非常困难。目前我国还没有一项国家层面的离散制造业产品能耗限额。基于离散制造业产品制造能耗特点的分析，揭示离散制造业产品能耗限额制定的分布式多数量制造系统关联性等复杂特性。在此基础上，针对规格品种繁多的一般产品即绝大多数产品，提出产品与制造系统的关联能耗限额制定策略；针对个别量大面广、能量消耗总量巨大、制造设备、工艺和制造流程相对比较成熟和确定的特定产品，提出统一能耗限额制定策略；并给出关联能耗限额制定和统一能耗限额制定的具体策略。上述特性和策略为离散制造业产品能耗限额制定这一难题提供了一种总体解决思路。

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基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置

邓聪颖, 殷国富, 方辉, 肖红

机械工程学报. 2015, 51(19): 146-153. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.146

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机床中结合部分布众多且不同接触条件下其动刚度值不同，优化分析时很难研究每个动刚度值对机床动态性能的影响。针对此类问题，提出一种基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置方法。该方法通过模态柔度与弹性能分布理论判定机床的薄弱模态和薄弱结合部，建立以薄弱结合部的动刚度为设计变量，各阶薄弱模态的最小模态柔度为目标的多目标优化模型。为提高优化效率，采用正交试验方法规划试验方案，并在试验结果分析中引入相似优先比法对结合部动刚度进行协同优化配置。以某型立式加工中心为例，采用优化配置方法确定其结合部动刚度的最优配置方案。仿真结果显示该方案下薄弱模态的模态柔度明显降低，整机动态性能提高，验证了该方法的可行性。

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面向可适应性的稳健性产品平台规划方法

程贤福

机械工程学报. 2015, 51(19): 154-163. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.154

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为更好地快速响应市场的多样化需求，引入面向可适应性的产品平台结构概念。根据稳健设计与可适应设计在提升产品适应外部环境变化的能力、考虑设计变更及以低成本获得高质量产品方面的一致性，提出了面向可适应性的稳健性产品平台规划方法，在产品平台规划初期就开始考虑产品的稳健性，并使设计具有可适应性，以避免后期出现大的返工。以公理设计理论为指导，通过“Zigzagging”映射，依照功能需求分析及三种类型的划分，合理提炼特征设计参数，建立产品平台的功能要求和设计参数矩阵。将灰色系统理论应用到产品平台的稳健设计中，结合试验设计与关联度方差分析，合理识别平台参数和变型参数。然后分两阶段进行稳健优化，确定产品族基体产品和每个变型产品的设计参数的最佳设计方案。通过卷筒组产品族的规划实例，说明了该方法的可行性和实用性。

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网格曲面上自由形状特征设计重用

黄锦池, 刘斌

机械工程学报. 2015, 51(19): 164-173. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.164

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针对目前网格曲面上复杂特征重用困难的问题，提出一种保细节的特征重用方法。借助于拉普拉斯坐标蕴含的曲率、法矢等微分几何信息，提出基于微分坐标的重用特征边界环参数化方法，具有保长度、保曲率和保形状的特性，减小特征边界环从兴趣区域映射至目标区域时所产生的形变。采用离散测地极坐标方法对目标网格进行局部参数化，按照参数坐标一致原则将重用特征的边界环映射至目标网格的指定区域，并以映射后的边界环顶点位置和法矢信息为约束边界条件，基于旋转不变量的改进拉普拉斯变形框架，对重用特征进行变形操作，使重用特征与目标区域实现自然过渡。所提特征设计重用框架无须对重用特征本身参数化，因而可以重用任意复杂的特征，且对特征的亏格数亦无限制。试验结果表明，所介绍方法健壮、有效，可用于复杂特征的迁移式设计重用。

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蓝宝石单晶精密磨削表面形貌的分形行为研究

王秋燕, 梁志强, 王西彬, 赵文祥, 焦黎, 吴勇波, 周天丰

机械工程学报. 2015, 51(19): 174-181. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.174

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如何合理有效地评价光学晶体微结构表面质量，是目前光学元件精密制造与应用领域面临的重要问题。基于分形理论，采用三维和二维盒计数方法对蓝宝石单晶磨削表面形貌进行了分析，结果表明磨削表面的三维分形维数Ds与表面粗糙度呈反比关系，而且三维分形维数越高表面纹理越精细，三维分形维数越低表面缺陷越多。磨削表面截面轮廓的二维分形维数DL分布规律可以反映材料去除方式的变化。当二维分形维数DL沿磨削方向呈强对称分布时，该磨削表面为延性域去除；若呈弱对称性或不规则分布，则该磨削表面为脆性域去除。研究证实了分形方法不仅可用于综合表征蓝宝石磨削表面形貌，还可用于揭示蓝宝石磨削表面的材料去除机理。

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摩擦副结构与制动盘温度关系的试验与模拟研究

高飞, 孙野, 杨俊英, 符蓉

机械工程学报. 2015, 51(19): 182-188. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.182

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摩擦副结构是影响制动盘温度分布的重要因素之一。针对闸片形状为圆形、三角形和六边形三种结构的摩擦副，采用制动试验台进行了速度为50～250 km/h的制动试验，并利用ABAQUS软件数值模拟了三种摩擦副不同工况条件下制动盘温度场的变化过程。结果表明：数值模拟温度场与试验测试结果具有良好的相似性。摩擦副结构对盘面温度分布的影响程度与制动条件密切相关，其结构形式对制动盘面温度的影响程度在制动初期最为明显，且随制动初速度和制动压力的增加而增加。这缘于闸片结构的不同导致了摩擦面摩擦弧长分布的不同，随制动速度升高和压力增加，摩擦弧长的差异起到了放大能量差别的作用，从而表现制动盘温度分布对闸片结构的敏感程度增加。

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高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传递模型

杨潇, 曹华军, 陈永鹏, 张成龙, 周力

机械工程学报. 2015, 51(19): 189-196. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.189

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高速干切滚齿工艺消除了切削油/液的使用，是一种绿色高效的齿轮制造工艺。切削热伴随着高速干切滚齿工艺全过程且区别于传统湿式滚切工艺，是造成干切滚刀磨损和机床热变形的重要因素，直接影响制造成本和加工精度。根据干切滚刀周期性断续传热特性，综合考虑切削热在切屑、工件、干切滚刀、冷却介质以及滚齿机床加工空间的传递规律，提出将高速干切滚齿工艺系统切削热的发生与传递全过程划分为三个阶段的研究思想，从关系模型和热传递方程两个层面建立了高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传热模型，包括切削接触界面热传递、切削区域热传递和机床加工空间热传递三个阶段的模型，然后基于工艺仿真试验对所建模型进行了应用研究，揭示了高速干切滚齿工艺系统的切削热在工件、干切滚刀、切屑中的动态变化规律，最后通过试验验证了模型的有效性。

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薄壁件不一致刀齿铣削时铣削力系数构造与预测

董新峰, 张为民, 孙嘉彬, 刘朝晖

机械工程学报. 2015, 51(19): 197-205. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.197

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针对薄壁件铣削过程中刀齿半径不一致现象引起的铣削力系数计算失真问题，提出构造刀齿半径不一致时的实际铣削力系数，并采用核偏最小二乘法对不同铣削用量时的实际铣削力系数进行预测。针对两齿螺旋铣刀铣削过程推导理论铣削力系数，根据刀齿半径不一致铣削过程引入名义铣削力，推导刀齿半径误差，构造实际铣削力系数；基于核分析方法突出的非线性分析及预测能力，提出采用核偏最小二乘法在高维空间建立实际铣削力系数关于铣削用量及其组合量的预测模型，分析该方法中核主元个数、高斯核函数核参数对预测模型精度的影响并确定其取值范围。最后分析考虑刀齿半径误差与不考虑时的铣削力系数，并比较核偏最小二乘预测方法与偏最小二乘预测方法，结果表明所提铣削力系数构造过程及预测方法具有较高的计算精度和预测能力。

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圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法

阎长罡, 刘宇, 崔云先, 邓晓云

机械工程学报. 2015, 51(19): 206-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.19.206

摘要 ( )

可视化

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面中复杂的刀轴轨迹规划问题，提出一种直观简便的刀轴轨迹生成方法。利用圆锥面的性质，给出法向映射曲线的定义即刀具轴线上诸点在设计曲面上的法向投影点的集合，将刀具包络面向设计曲面的逼近问题转化为每个刀位下法向映射曲线与特征线的最小二乘逼近问题，并给出刀具包络面尚未形成时单刀位下理想特征线的生成方法。用两点偏置法生成初始刀位，以此为基准，利用刚体运动学方法将刀轴位姿描述为3个回转与3个平移运动参数的函数，从而建立单刀位优化条件与6个运动参数的非显性的函数关系。采用拉丁超立方的试验设计方法求解，分析并优选计算过程中的影响因素，得到最优刀位，进而获得优化后的刀轴轨迹面。实例计算可知，刀轴优化后的包络误差显著降低，并且计算结果稳定。该方法可为非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工提供一定的理论依据。

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2015年, 第51卷, 第19期　
刊出日期：2015-10-05

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