机械工程学报

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常树鹤, 张昊宇, 许海鹰, 洪宇翔, 王力, 都东

机械工程学报. 2019, 55(17): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.001

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在能源装备制造领域大型构件多层多道电弧焊接和航空制造领域重要构件电子束熔丝沉积增材制造过程中，迫切需要路径在线识别及实时自动导引技术。然而在熔丝制造过程中，相邻焊道之间的几何差异很小，传统的结构光焊缝识别技术无法适应。为解决该问题，针对多层多道电弧焊和电子束熔丝沉积增材制造两种场景，分别设计基于双侧定向光影与结构光信息融合的视觉检测装置，并进行成形试验。试验结果表明，将双侧定向光源单独点亮时获得的焊缝灰度图像作差时，焊道边界附近呈现明显的"高灰度-低灰度-高灰度"的过渡区域。时域融合处理可以有效消除弧光、飞溅的干扰。提出的定向光影视觉信息与结构光传感信息实时融合处理方法，较之已有基于线结构光信息的焊道识别和自动跟踪系统在某些场合具有更强适应性，为保证成形质量和提高生产效率提供了新的技术途径。

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狭小空间不连续折线焊缝识别移动机器人跟踪系统

郭亮, 张华

机械工程学报. 2019, 55(17): 8-13. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.008

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以自主移动焊接机器人为平台，主要解决船舶制造中船舱底部狭小空间的不连续折线焊缝识别跟踪焊接问题。介绍了移动机器人的硬件结构和工作原理，采用旋转电弧和激光视觉双传感方式，对采集到的电流和图像信号进行处理，分别用于焊缝跟踪和流水孔特征识别。对机器人折线运动进行了分析，对十字滑块和机器人本体的运动进行了规划，通过规划和实时控制相结合的方式进行焊缝跟踪。在开发的硬件平台上，结合VC编程实现信号的采集、处理及控制，经试验和生产现场试用，结果表明，该系统便携灵活适用于狭小空间不连续折线焊缝作业，识别和跟踪效果良好。

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基于焊缝熔透检测的机器人深熔K-TIG焊接系统

张抱日, 顾盛勇, 石永华

机械工程学报. 2019, 55(17): 14-21. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.014

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开发了一套基于熔透检测的机器人深熔锁孔非熔化极惰性气体保护焊接（Keyhole tungsten inert gas，K-TIG）系统，实现焊接高度（Contact tip-to-work distance，CTWD）自动调节与熔透状态的在线检测。利用电弧电压与焊接高度的对应关系，通过弧压传感器实时采集电弧电压信号并换算成焊接高度值，然后将实际高度值与预设高度值之间的差值经由过程控制对象连接与嵌入协议（OLE for process control，OPC）通信系统反馈给机器人控制系统，从而控制机器人实现焊接高度的自动调节。同时，构建了熔透检测系统，使用电荷耦合器件（Charge coupled device，CCD）相机采集熔池与小孔图像，从中提取熔池-小孔特征，并建立熔池-小孔特征与熔透状态之间的相关性，在此基础上建立识别熔透状态的反向传播（Back propagation，BP）神经网络，实现不同焊接高度下熔透状态的间接检测，最后根据该检测结果得到最佳的焊接高度。经过试验验证，整个系统可靠稳定，能准确检测焊缝的熔透程度，并实现焊接高度自动调节，从而提高了焊接质量。

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基于卷积神经网络的GTAW熔透预测

李海超, 刘景风, 谢吉兵, 王昕

机械工程学报. 2019, 55(17): 22-28. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.022

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焊接熔池信息能反映熔透状态，但建立熔池与熔透状态的关系十分困难。针对该问题，提出一种基于卷积神经网络（Convolution neural networks，CNN）的GTAW背面熔透预测模型。通过基于被动视觉的熔池二维图像采集，建立了用于CNN网络训练和测试的训练集和测试集。其次建立了CNN背面熔透预测模型，优化了学习率、batch-size、迭代次数等网络参数。研究发现：第一层卷积核尺寸为，最后一层含有64个卷积核使模型在预测准确率和训练时间上综合表现达到最佳。使用训练集数据训练模型，将训练完成的模型在测试集上对背面熔透进行预测，取得了高于96%的预测准确率。通过对预测模型的特征映射进行可视化分析，模型是通过熔池边缘，反光点位置和熔池尾部等特征来预测背面熔透情况。

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数字图像相关法焊接热影响区应变原位测量及应力计算

宋育林, 白旭东, 陈小奇, 陈善本, 陈华斌

机械工程学报. 2019, 55(17): 29-34. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.029

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提出了焊接热影响区全场高温应变在线测量及评价方法，设计了一种新型具有抗高温烧损、随机分布特征的散斑点阵。为解决焊接电弧强弧光干扰问题，采用脉冲激光辅助光源和近红外窄带滤光系统获取清晰焊缝热影响区散斑图像。针对焊接热影响区焊接变形复杂性，开发了基于二阶形函数与双三次插值的反向组合型Gauss-Newton算法，获得焊接热影响区全场高温应变场。建立多维应力、应变空间加载规律的弹塑性增量本构关系，定量求解焊接热影响区的残余应力分布。结果表明，所研制的焊接全场高温应变视觉测量系统，为焊接接头全场高温应变测量及可靠性评估提供了高效、准确的表征手段。

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单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊智能控制研究

朱明, 颜步云, 石玗, 樊丁, 张刚

机械工程学报. 2019, 55(17): 35-40. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.035

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提出单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊方法，采用特定的连接方法独立控制通过焊丝与基材的电流；引用逆向求解算法；搭建用来描述焊接过程中参数变化的数学模型。由于熔化母材的焊接电流易在主路电流和其他焊接条件变化时产生波动，提出利用改变旁路送丝速度调节旁路焊丝的熔化电流，实现控制母材电流的控制方案并进行仿真与试验。试验结果表明：单焊接电源的双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊能够同时兼顾高熔敷率与基材低热输入的焊接；搭建的数学模型能够描述不同焊接参数的变化；利用提出的智能控制方案及算法，有效地解决了母材焊接电流易波动的问题，达到了焊接过程稳定性的控制，同时得到了成形良好的焊缝。

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基于视觉传感的GMAW熔透状态预测

黄军芬, 薛龙, 黄继强, 邹勇, 马可, 焦向东

机械工程学报. 2019, 55(17): 41-47. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.041

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熔透信息的实时获取是实现打底焊接自动化的关键环节之一，通过熔池形状特征预测熔透状态可为熔透信息的有效提取提供参考。鉴于焊工通过视觉观察熔池正面形状特征来对熔透状态进行实时判断，建立基于GMAW的双目视觉传感焊接试验系统。在不同焊接电流及焊接速度下开展打底焊接试验，在焊接过程中实时同步采集熔池正面与背面图像。基于熔池图像特点结合成熟的图像处理算法，提取熔池正面二维与三维形状特征参数以及背面熔宽信息，作为训练样本，以熔池正面形状特征参数作为输入量，以背面熔宽作为输出量。通过BP算法对神经网络进行训练，建立熔透状态预测模型，分析熔池正面形状特征参数与背面熔宽之间的映射关系。采用Garson算法计算出每个形状特征参数对于背面熔宽的权重系数。通过GMAW打底焊试验对熔透状态预测模型进行了验证，试验结果表明，建立的BP神经网络模型可以有效地预测焊缝的熔透状态。

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基于视觉传感的机器人焊缝纠偏控制系统

王志江, 薛坤喜, 吴定勇, 杨辉, 申俊琦, 刘杰, 胡绳荪

机械工程学报. 2019, 55(17): 48-55. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.048

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针对工业机器人多层多道焊缝纠偏问题，提出一种基于视觉传感的人机互动机器人焊缝纠偏方法，并建立相应的视觉传感焊缝纠偏控制系统。该系统主要包含视觉传感采集及标定和机器人焊缝纠偏控制两个子系统。将工业相机安置在焊枪上得到拍摄的实时焊接图像，然后利用Windows Forms开发的焊接监控软件，工作人员通过观察监控界面，能够对焊枪偏离焊缝是否超过允许范围做出判断，再通过控制面板发出纠偏指令传送至可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，PLC），PLC向机器人控制器发出控制信号，机器人调用"机器人传感器接口"（Robot sensor interface，RSI）的信息流，将PLC控制信号转化为机器人末端偏移量并执行，使焊枪调整至合适位置，达到焊缝纠偏控制目标。在验证试验过程中，该系统反应较灵敏，焊缝纠偏准确度较高，整个过程运行平稳，焊缝成形质量良好。

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基于视觉特征的厚板机器人焊接焊缝轮廓的有效提取

何银水, 余卓骅, 李健, 马国红

机械工程学报. 2019, 55(17): 56-60. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.056

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基于结构光的主动视觉传感技术是用于厚板机器人自动焊接中检测焊缝信息的一种有效途径。针对焊接过程中采集的焊缝图像包含或不包含电弧区域的两种情形，提出了一种基于视觉特征的适用于典型接头的激光条纹提取的通用算法。该算法利用Gabor滤波生成方向特征图，阈值分割后利用最近邻聚类算法对激光条纹和干扰数据进行聚类，根据聚类结果获得各类数据点在图像中的空间跨度，且只保留跨度值大于平均跨度的类，实现激光条纹的粗略提取；在从粗略提取结果中获取首个激光条纹分段的前提下，利用后续待识别的类与前一次已提取的激光条纹分段的欧式距离和类的自身跨度，设计了一个能提取激光条纹后续分段的竞争策略，从而实现激光条纹主体轮廓的准确提取；根据激光条纹视觉投射特点，设计了一个提取主体轮廓各分段之间的激光条纹细节的有效规则，实现激光条纹细节的提取。利用厚板T形接头和对接接头焊接中采集的焊缝图像验证了文中激光条纹提取算法的有效性，为厚板机器人自主焊接智能系统面向多种接头焊接应用的集成提供了可能。

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旋转磁场下焊接缺陷磁光成像检测与强分类研究

高向东, 郑俏俏, 王春草

机械工程学报. 2019, 55(17): 61-67. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.061

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焊接缺陷的准确检测与分类对保证焊接产品质量十分重要。研究一种旋转磁场激励下焊接缺陷的磁光成像无损检测方法。分析基于法拉第磁光效应的焊接缺陷磁光成像机理，使用有限元法对焊接缺陷的磁场分布进行数值模拟与分析，并获得磁光图像采集的最佳提离度。分析旋转磁场形成机理，使用交叉磁轭产生旋转磁场激励焊件，通过磁光成像传感器获取焊接缺陷磁光图像。采用主成分分析法（Principal component analysis，PCA）对采集的磁光图像列像素灰度特征进行提取与降维，使用AdaBoost算法结合误差反向传播（Back propagation，BP）神经网络建立BP-AdaBoost焊接缺陷强分类模型。试验结果表明，所提出的方法可有效提高45钢焊接缺陷（弧形裂纹、线形裂纹、凹坑、未熔透）的分类精度，焊接缺陷强分类模型的整体识别率达到98.88%，有效实现焊接缺陷的检测与分类。

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基于人耳听觉模型的MIG焊熔滴过渡状态识别

高延峰, 王齐胜, 黄林然, 龚岩峰, 肖建华

机械工程学报. 2019, 55(17): 68-76. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.068

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针对强噪声干扰下熔化极惰性气体保护焊（Melt inert-gas，MIG）的熔滴过渡状态识别问题，提出一种基于人耳听觉模型的电弧声熔滴过渡状态识别算法。采用外耳和中耳传递函数对电弧声信号进行变换，模拟耳蜗的功能对变换后的电弧声信号进行频率分解，并求分解后各频带内信号的响度功率，根据不同频带的响度功率构建电弧声的特征矢量，采用支持向量机根据获得的特征矢量实现熔滴过渡状态的识别。试验结果表明，该算法可以很好地抑制由于焊接电流的低频变化引起的电弧声低频波动，对熔滴过渡状态的识别率达到了98%以上。为了验证算法的抗噪声干扰能力，在原始信号的基础上，分别施加了不同信噪比的白噪声和环境噪声，结果表明，所提出的算法具有优良的抗噪声干扰能力，从而为焊接质量在线监控提供了一种新方法。

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焊接机器人避障策略研究

王学武, 汤彬, 顾幸生

机械工程学报. 2019, 55(17): 77-84. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.077

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焊接机器人因其高效性在工业生产中得到广泛应用，而碰撞检测关乎机器人安全生产。针对焊接机器人与工件避障的问题，利用栅格法化简环境信息的优势进行建模，利用蚁群算法运算速度快的特点寻求每两个焊点之间的避障路径，从而能够迅速地找到机器人末端和工件之间的无碰撞路径。在机器人与工装夹具避障部分，通过对机器人几何建模、焊点位置选取和姿态正逆解，利用粗略检测和精细检测结合的方法，碰撞检测完成机器人关节与工装夹具之间的避障。最后在考虑到焊枪姿态和工装夹具的条件下，根据姿态相同和焊接时间相近两个原则，利用分组竞争粒子群算法优化机器人焊接时间，实现双焊接机器人焊点划分和路径规划问题，从而实现两个机器人焊接时间最优的目标。

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织构化表面设计及其摩擦学应用

张辉, 刘洋, 王伟, 秦立果, 董光能

机械工程学报. 2019, 55(17): 85-93. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.085

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织构化表面作为近年来涌现的表面摩擦学改性新技术，具有降低摩擦磨损的作用，在机械摩擦配副中得到了广泛的研究和应用。随着先进制造技术的发展，复杂、精细织构的加工制造成为了可能。与此同时，表面织构的摩擦学设计也由试验试错筛选阶段逐步走向理论优化阶段。概述了近年来表面织构化设计及其摩擦学应用的发展前沿和进展。介绍了凹形和凸形织构在加工、润滑方面的特点，以及凹形织构在不同工况下的润滑机理。探讨了近年来织构流体动压润滑和混合润滑模型的发展，并概述了织构典型规则形状的选择和不规则形状优化研究。归纳了针对不同材料和不同工况，圆形织构尺寸参数的选择和优化设计，总结了合理的参数范围。进而重点探讨了圆形织构排布影响，分析了几种典型的织构排布研究；同时概述了针对典型摩擦配副，如轴承，织构排布形式的选择和设计方法。最后，对织构化表面设计研究进行了总结，提出了表面织构设计面临的问题挑战，并对织构设计未来的发展方向进行了分析和展望。

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计及曲轴轴向运动的内燃机主轴承润滑分析

李彪, 孙军, 朱少禹, 刘广胜, 苗恩铭, 李云强, 朱桂香

机械工程学报. 2019, 55(17): 94-101. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.094

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内燃机工作中，曲轴进行旋转运动的同时，还存在沿轴线方向的运动。以某四缸四行程内燃机曲轴-轴承系统为对象，基于建立的三维流体动力润滑模型，进行了计及曲轴轴向运动和曲轴受载变形导致轴颈倾斜的主轴承润滑性能研究。分析中，曲轴轴向运动规律通过内燃机台架试验实测，采用整体曲轴体单元有限元法计算主轴承负荷和曲轴变形，应用动力学法进行曲轴主轴承的润滑分析。结果表明：与不计曲轴轴向运动的影响相比，计及曲轴轴向运动时，主轴承的轴心轨迹为一条不封闭的三维空间曲线，内燃机一个工作循环中的部分时刻主轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗和端泄流量变化显著；曲轴轴向运动对内燃机各主轴承润滑特性的影响不一定都是不利的。因此，为了更加合理、接近实际，内燃机曲轴主轴承润滑性能分析中有必要计及曲轴轴向运动的影响。

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闸门底枢摩擦副QT600-3/40Cr摩擦学性能及磨损表面功率谱密度表征

秦红玲, 郭文涛, 李雪飞, 赵新泽, 徐翔

机械工程学报. 2019, 55(17): 102-109. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.102

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为了研究低速重载下接触应力对QT600-3/40Cr摩擦学性能的影响，以及表面功率谱密度与磨损机理、磨损速率间的对应关系，在MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机上，采用销/盘配副面接触摩擦的形式，对闸门底枢摩擦副QT600-3/40Cr在脂润滑条件下进行磨损试验研究，获得不同接触应力作用下的摩擦学性能。通过扫描电镜（SEM）对QT600-3/40Cr的磨损机理进行探讨，并结合一维表面功率谱密度（PSD_ID）和二维表面功率谱密度（PSD_IID）对销试样磨损表面进行表征。结果表明，当接触应力从10.6 MPa依次增加至15.9 MPa、19.1 MPa、21.1 MPa时，磨损率依次增加11%、109%、592%，且磨损表面出现的犁沟现象逐渐严重，磨损形式皆为磨粒磨损。与此同时，PSD_ID和PSD_IID值也随之增加，最大PSD_ID值依次增加22%、94%和598%，与磨损率的变化呈现相同趋势。PSD_ID主要集中在0~0.0075 μm^-1的空间频率范围内，PSD_IID图存在明显的趋向性峰值分布，表明销试样磨损表面具有明显的主导空间频率，即磨损表面形貌具有一定的相似性，磨损机理尚未发生变化。可见，PSD对磨损机理与趋势的预测结果与SEM检测结果一致，可用于辅助分析QT600-3/40Cr摩擦副磨损机理与趋势。

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数字孪生驱动的装配工艺设计现状及关键实现技术研究

郭飞燕, 刘检华, 邹方, 翟雨农, 王仲奇, 李少卓

机械工程学报. 2019, 55(17): 110-132. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.110

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基于制造过程中的全数字量协调传递方式，通过"虚实融合、以虚控实"的手段，对数字孪生模型驱动的航空产品装配工艺优化-反馈-改进环机制进行了研究。分析了装配单元划分/求解/评价、孪生工艺模型构建、以及装配精度闭环控制等方面的技术内涵，阐述了国内外的研究现状及存在问题；考虑虚拟空间的设计与物理空间的装配等因素约束，提出数字孪生在装配工艺设计中的三项关键技术：①基于"面向装配设计"（DFA）的装配工艺规划与评价；②考虑真实物理拓扑关系的孪生工艺模型动态构建与分析；③面向装配现场的工艺优化-反馈-改进环机制构建，并给出具体的解决途径，从而拓展基于模型的制造技术内涵，将数字孪生落地应用，实现产品研发生产的闭环优化决策及产品研制模式的改变，提高装配准确性/一致性及装配效率。

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面向制造过程数据的两阶段无监督特征选择方法

张洁, 盛夏, 张朋, 秦威, 赵新明

机械工程学报. 2019, 55(17): 133-144. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.133

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现代化制造车间无时无刻不在产生大量数据，其中绝大部分以无标签结构化原始数据的形式存储在现代化制造企业的工业大数据平台中。这些制造数据一方面具有很大的潜在价值，另一方面因为其具有高噪声、高冗余性的特点，难以直接分析与利用。因此，针对制造过程原始数据的特点，以去除制造数据冗余性、挖掘原始数据局部结构为目的，提出一种两阶段无监督特征选择方法。该方法的第一阶段采用遗传算法产生的原始数据的低维子集作为径向基神经网络（Radial basis fuction neural network，RBFNN）的输入，利用RBFNN复现原始数据的全部维度，并以降维率及复现精度作为遗传算法（Genetic algorithm，GA）的适应度函数，通过GA多次迭代学习高维特征的低维表示，删除原始数据集中的冗余特征与噪声特征。第二阶段采用拉普拉斯特征得分（Laplacian score，LS）逐维评价剩余特征对于反映数据局部几何结构的作用，挖掘对改善分类性能更有效的特征。通过与LS等无监督特征选择算法对比，验证了提出的两阶段无监督特征选择方法能够有效降低制造数据的冗余性，并提高数据的分类性能。

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精密机床加工误差灵敏度分析与公差设计

刘奕颖, 郭俊康, 李宝童, 洪军, 刘志刚

机械工程学报. 2019, 55(17): 145-152. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.145

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加工精度是衡量精密机床加工性能的重要指标，当前针对提高加工精度的研究主要围绕误差补偿展开，缺少根据加工件的精度要求而进行机床运动轴公差设计的研究。从公差设计的角度出发，通过机床空间运动误差建模、蒙特卡洛法模拟，实现最小二乘法评价零件加工精度；利用正交试验方法，得到某项精度要求与机床运动轴误差的公差带的多组对应数据，通过多元线性回归，进行灵敏度分析；同时基于自适应遗传算法，给出了运动轴误差的公差设计方法，保证所设计的公差带在装配工艺上的可行性。通过对某精密卧式坐标镗床29项误差公差带设计，验证了该方法的可行性。

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基于属性映射的产品绿色设计方案优化方法

张雷, 杨凯, 张城, 秦旭, 赵希坤

机械工程学报. 2019, 55(17): 153-161. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.153

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针对产品绿色设计方案受多因素耦合影响，不易对其优化的问题，提出基于属性映射的产品绿色设计方案优化方法。基于产品功能结构分解模型，建立产品模块实例库，采用正交试验设计安排样本空间，基于支持矢量回归（Support vector regression，SVR）理论，对优化变量与优化目标间的映射关系进行拟合，进而建立产品设计方案多绿色属性与多模块功能实例之间的映射关系；采用非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm II，NSGA-II），选取绿色属性最优的产品设计方案作为目标，对离散变量进行多目标优化，从众多可能解中快速、准确的寻出Pareto解集，从而生成产品绿色设计优化方案。以喷墨打印机产品绿色设计方案优化为例，验证了所提方法的可行性和有效性。

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基于体压数据映射的定制坐垫接触面设计方法

张志飞, 李春雨, 梁玲, 徐中明, 贺岩松

机械工程学报. 2019, 55(17): 162-171. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.162

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贴合人体臀部轮廓的定制坐垫能够提高舒适性，定制坐垫接触面的体压映射设计方法简便且高效，但合理的体压映射函数难以确定。针对聚氨酯泡沫坐垫，提出了一种结合人体臀部-坐垫模型仿真结果确定体压映射函数的定制坐垫接触面体压映射设计方法（Simulated pressure and deformation mapping method，SPDM），建立人体臀部-坐垫有限元模型，结合实验者体型参数和泡沫材料特性曲线对人体臀部-坐垫模型进行适应性调整，拟合坐垫上表面压力与变形量仿真结果得到体压映射函数，利用体压映射函数对实测体压数据进行映射得到接触面凹陷量点云数据，在三维软件中完成定制坐垫接触面曲面重构。以两个不同体型（95和50百分位）的实验者为例，采用SPDM方法进行定制坐垫接触面设计，并与材料特性曲线映射方法（Tested material characteristic mapping method，TMCM）设计的定制坐垫接触面进行对比，曲面光顺性和体压分布指标比较结果表明SPDM方法设计的定制坐垫接触面具有更好的光顺性，能更好地贴合人体臀部，有效改善了坐垫体压分布。

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机床服役过程能量效率的可预测特性及预测方法研究

谢俊, 刘飞, 蔡维

机械工程学报. 2019, 55(17): 172-184. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.172

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以机床为能耗主体的机械加工系统量大面广，能量消耗总量巨大，由其带来的环境问题日益严重，以至于能量效率提升相关研究已经成为了全球共同关注的问题。通过分析机床运行过程中的时段能耗特性，对各个运行时段的能量源的运行特性进行了系统研究；然后，从能量消耗机理出发，对机床运行过程各时段能量消耗的可预测特性及预测方法进行研究；最后提出了机床服役过程能量效率预测方法。案例研究和试验验证表明，该方法的预测精度可以达到90%以上，充分证明了该预测方法具有较好的实用性和较高的预测精度。该方法能够为能效提升研究提供工具支持，具有较好的应用前景。

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基于最大公共子图挖掘和装夹性能分析的夹具耦合设计方法

秦国华, 邱剑鹏, 王华敏, 吴铁军

机械工程学报. 2019, 55(17): 185-199. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.185

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大量的夹具案例积累了可重用的经验和知识，为新零件实现夹具设计提供了理论基础和决策参考，而准确的夹具检索和合理的装夹判断是成功完成夹具设计的核心与关键。为此，根据零件B-rep表示的实体模型，通过特征之间的几何拓扑关系构造零件的标号图。结合标号图的线性顺序性，提出了标定索引值的DFS词典序原则，建立了最小DFS编码的遍历方法。其次，在挖掘出零件最小DFS编码的基础上，依据边编码中特征值、属性值及特征之间的连接关系，提出零件之间最大公共子图的挖掘方法，通过定义零件相似度和库相似度两个概念，构造出相似夹具检索和排序的决策因子。最后，通过建立定位确定性和装夹稳定性分析算法，依据决策因子大小逐一评估夹具对新零件的合理装夹，直至通过装夹性能的检验，完成夹具的设计过程。由于与零件一一对应的最小DFS编码，其搜索方法为图论中用递归容易实现的经典算法，而装夹性能评估只涉及点的坐标和法矢量信息，则属于可编程实现的离散型问题，故提出的"先检索排序夹具，后验证装夹性能"的夹具耦合设计方法，不仅能丰富和拓展计算机辅助夹具设计方法和理论，而且还将大大促进计算机辅助夹具设计系统的实用性。

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放电位置随机分布的电火花线切割加工仿真模型

白宇飞, 王振龙, 赵朝夕, 王玉魁

机械工程学报. 2019, 55(17): 200-206. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.200

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在电火花线切割单脉冲放电过程仿真的基础上，基于有限元软件ANSYS提出了一种放电位置随机分布的电火花线切割加工温度场仿真模型。在仿真过程中，放电位置随机分布，并引入"生死单元技术"去除高温蚀除的单元，得到了线切割连续脉冲放电加工过程的表面效果。然后利用温度场仿真结果计算不同放电参数下的材料去除率，并基于脉冲利用率和电极丝换向时间进行修正，发现修正后材料去除率仿真结果与实际加工结果之间误差小于10%，验证了电火花线切割加工连续脉冲随机放电的仿真模型的准确性。其中，电火花线切割加工过程的脉冲利用率、电极丝换向时间是导致仿真结果出现偏差的主要因素。为了分析实际加工过程的脉冲利用率，搭建了脉冲利用率检测装置，对不同伺服条件下的脉冲利用率进行了统计。

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圆锯片激光冲击适张预应力场的生成与调控

李博, 张占宽

机械工程学报. 2019, 55(17): 207-214. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.207

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为探寻激光冲击手段对于圆锯片预应力场的影响规律，在合理的简化与假设的基础上，利用ABAQUS软件中的静力学与动力学求解模块，建立了圆锯片激光冲击适张过程的理论分析模型；利用应变采集仪，对圆锯片激光冲击后的预应力场进行了实测，理论与实测结果吻合较好。仿真与实测结果表明：圆锯片激光冲击后，外缘生成了一定量级的切向拉应力，具有适张效果；通过调整激光冲击区域的大小、位置以及分布形式，能够对圆锯片外缘的切向拉应力数值进行有效调控。

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基于湍流SST模型电解加工温度场数值仿真研究

陈远龙, 周小超, 陈培譞, 王子权

机械工程学报. 2019, 55(17): 215-221. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.215

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针对电解加工过程中电解液温度难以准确预测的问题，采用湍流SST模型求解电解液流速及Euler双流体模型求解气泡率分布，建立多场耦合仿真模型求解极间间隙中电解液的温度分布。对比湍流k-ε、SST模型以及SST耦合Euler模型计算温度分布的结果，分析了不同流量和出口压力对电解液温度分布的影响。结果表明：采用湍流SST模型计算得到的电解液温度分布比k-ε模型更接近试验结果；考虑气泡率对温度的影响，采用SST耦合Euler模型计算得到温度分布的结果更精确；出口处电解液温度随流量的增加而降低；在相同流量下，极间电解液温度随出口压力的增加而小幅上升。

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基于双砂轮架数控随动磨床的曲轴磨削加工过程优化

李静, 朱凯, 沈南燕, 高华钰, 吴洋

机械工程学报. 2019, 55(17): 222-232. https://doi.org/10.3901/JME.2019.17.222

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对汽车发动机曲轴生产线中双砂轮架数控随动磨床这一核心装备的曲轴磨削加工过程进行优化，通过合理规划双砂轮磨削工序，制定双砂轮维护策略，有效缩短加工耗时，降低生产成本。为了充分发挥双砂轮架系统独立随动的优势，将加工过程看作多旅行商问题，建立以单件曲轴平均加工耗时和磨削成本为优化目标，以生产节拍、磨床结构等为约束的加工过程优化模型。该模型除了砂轮档位磨削时间、砂轮移动时间和辅助时间以外，还考虑到生产线长期加工过程中修整砂轮时间和砂轮报废后更换时间，更加符合实际生产过程。针对由于磨床结构约束双砂轮不能始终同时磨削的情况，建立了允许某一个砂轮退回安全位等待的加工过程优化模型作为补充，使工艺优化具有更好的实用性。选择不同加工耗时和成本的权重设置，对某种规格曲轴进行双砂轮加工过程优化，将得到的最优加工方案与企业原有方案进行对比，验证了所提出模型的正确性及算法的有效性。

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2019年, 第55卷, 第17期　
刊出日期：2019-09-05

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