机械工程学报

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熊万里, 孙文彪, 刘侃, 许铭华, 裴庭

机械工程学报. 2021, 57(13): 1-17. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.001

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高速电主轴是高速精密机床的核心功能部件，主动磁悬浮技术是磁悬浮电主轴赖以正常运转和工作的基础。主动磁悬浮电主轴经过数十年的发展虽然在科学研究领域建立了不少案例，但迄今未在高速机床领域得到广泛应用。为探究主动磁悬浮电主轴在高速机床领域难以推广的主要原因，首先，对主动磁悬浮电主轴的发展历史进行了系统性回顾；其次，从磁轴承承载能力、系统动力学建模、磁轴承控制器设计和控制系统响应特性等方面，对主动磁悬浮电主轴的关键技术进行了较深入的综述分析；最后，从超高速轻载加工、超精密气磁悬浮、高磁密材料研制、新型FPGA控制芯片、功率放大器和传感器角度，提出了未来主动磁悬浮电主轴的发展趋势。

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精密主轴回转误差和刚度测试技术研究

冯明, 杜德渝, 王新杰, 周程瑜

机械工程学报. 2021, 57(13): 18-25. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.018

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采用三点法误差分离技术计算主轴回转误差时，为提高误差分离的精度，需要尽量降低信号中系统噪声的影响。通过比较不同滤波方法的效果，提出了集合平均和小波阈值去噪组合方法，提高了同步误差的分离精度；通过单独测量系统噪声标准差，并利用异步误差和噪声分别服从正态分布的特点，提出了提高异步误差分离精度的方法。对于精密主轴刚度测试，根据其轻载高速的特点，提出了采用部分瓦气体静压轴承技术给被测主轴加载的方法，并开发了具有5自由度自适应调节功能的非接触加载器，验证了该方法的有效性。

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高速电主轴转子-轴承-外壳系统动力学特性研究

蒋书运, 林圣业

机械工程学报. 2021, 57(13): 26-35. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.026

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高速深孔磨削加工电主轴采用加长悬臂外壳，其在力作用下的挠性变形对电主轴的转子动力学性能的影响不可忽略，而传统电主轴转子动力学模型均将外壳简化为刚体，不能描述该类复杂结构电主轴的动力学行为。考虑外壳的挠曲变形，基于整体传递矩阵法和成对轴承分析理论，建立了电主轴转子-轴承-外壳系统动力学模型，提出了电主轴整机临界转速、电主轴轴端动态刚度的计算方法。通过算例系统地分析了电主轴外壳抗弯刚度、轴承选型等对电主轴动态特性的影响；研制了高速内圆磨削电主轴试验样机，开展了电主轴轴端动刚度的试验验证。结果表明：建立的电主轴转子-轴承-外壳系统动力学模型计算精度高，可用于深孔磨削加工电主轴的动力学特性分析；电主轴外壳悬臂端是主轴动态薄弱环节，采用非同心圆环的增强外壳能明显提升电主轴的临界转速与动态刚度；选用特轻系列轴承替代轻系列轴承，电主轴的一阶临界转速和轴端静刚度均有所增大。

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基于高压水射流的高速电主轴柔性加载系统研究

田胜利, 陈小安, 吴鹏凡

机械工程学报. 2021, 57(13): 36-44. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.036

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高速电主轴的动态加载是测试其动态性能、寿命和可靠性等的关键环节。然而，高速电主轴的结构特征和极高的转速，使得其难以实现动态加载。基于高压水射流技术的高速电主轴柔性加载系统首次被设计、制造并测试，描述了该加载系统的原理、结构和组成。利用连续动量方程推导了射流冲击力模型。通过射流冲击力标定试验和射流流体有限元仿真，得到了加载力与靶距、射流压强、流量、喷嘴直径、标靶直径、转速之间的关系，实现了高速电主轴径向力和轴向力的定量加载。此外，利用该加载系统测试了径/轴向力对高速电主轴动态性能的影响，试验结果表明：①高压水射流技术可以为高速电主轴提供稳定的、长时的动态加载；②高速电主轴的温升、功率损耗和振动会随着径/轴向负载力显著增大，空载测试不能揭示高速电主轴的真实动态性能。为解决高速电主轴动态加载的难题提供了一种全新的试验方法。

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飞刀铣削中高速气浮电主轴转子动态特性研究

雷群, 袁雅阁, 杜建军, 李立毅

机械工程学报. 2021, 57(13): 45-54. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.045

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在实际的加工过程之中，加工表面的质量会由于转子振动而降低。多种作用力可导致转子振动，这些作用力包括不平衡磁拉力、加工过程中产生的切削力以及由于质量的不平衡分布导致的离心力。为深入分析这一问题，开展了气体静压轴承电主轴高速飞刀铣削过程中的转子动态特性研究。考虑上述作用力建立了一个五自由度的转子动力学铣削模型，并给出了不平衡磁拉力的计算公式；轴承的平移刚度、平移阻尼、角刚度和角阻尼的计算公式采用线性摄动法推导得出。转子动力学方程采用牛顿-欧拉方程推导得出，并利用特征方程、系统初始条件、阻抗法、状态空间模型等条件进行求解。对转子在空切削、不连续切削下的动态特性进行了数值仿真。研究发现，空切削时，转子形心的运动轨迹随运动状态变化，平稳状态时，在径向方向呈现为规则的圆形；切削过程中，主轴转子的振动特性受到转子质量偏心引起的离心力和周期性的切削力的共同影响。

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智能主轴高速铣削颤振的模糊控制方法研究

曹宏瑞, 李登辉, 刘金鑫, 张兴武, 陈雪峰

机械工程学报. 2021, 57(13): 55-62. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.055

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在航空叶片、整体叶盘等零件高速高效加工过程中，切削过程阻尼作用的减弱，致使颤振相比低速切削时更容易发生，严重影响了加工精度和效率的提高。而颤振监控作为智能主轴的主要功能之一，是解决高速高效加工过程中颤振难题的一种有效途径。首先，在主轴结构上集成压电作动器及位移传感器等，搭建颤振主动控制系统，并在此基础上，建立主动控制系统模型。然后，分析主轴系统动态特性，据此设计模糊控制规则，开发模糊控制器。接着，通过力锤激励试验及扫频试验辨识主轴动态系统模型，进行铣削加工及颤振控制仿真分析。最后，开展铣削颤振主动控制试验。试验结果表明，提出的颤振模糊控制方法能够有效控制铣削颤振，提升铣削加工的稳定性。

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基于分形理论的电主轴系统热态分布特性研究

孟庆宇, 刘杨, 鄢欣欣, 马亚新, 李炎臻

机械工程学报. 2021, 57(13): 63-69. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.063

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分形理论中的Weierstrass-Mandelbrot （W-M）函数描述了微观接触表面的连续性、自相似性、自亲和性等数学特性，能够很好地考虑三种变形状态（弹性，弹塑性和塑性状态）下圆弧接触面之间的接触热阻。以分形理论为基础建立了电主轴系统的热阻网络模型，对电主轴系统的热态分布特性进行了相关研究。分别列出了电主轴系统的关键节点热平衡方程，分析节点的稳态和瞬态温度。分形参数识别试验和热传导试验验证了圆弧形接触面间接触热阻的准确性，电主轴系统的温升试验验证了热阻网络模型的准确性。结果表明：电主轴系统各部件的温度在一定时间内迅速上升后趋于稳定；同时，分形维数D的升高将导致节点温度的降低；分形幅度系数G的升高会导致电主轴系统温度的升高。

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液体静压主轴的回转精度规律及其极限预测

熊万里, 原帅, 胡灿, 汪剑, 樊柳, 雷群

机械工程学报. 2021, 57(13): 70-82. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.070

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液体静压主轴是精密、超精密机床的核心功能部件，对机床的加工效率、加工精度和加工表面质量具有直接而重要的影响。回转精度是液体静压主轴的关键性能，目前学术界和工程界对回转精度的各种评价指标之间的内在联系尚缺乏统一认识，对回转精度的机理和形成规律尚缺乏深入研究。系统分析了回转精度各种评价指标和测试方法之间的内在联系，明确了不同误差成分的来源和成因；针对现有回转精度评价方法的局限性，提出了“最小峰峰值+同步误差+异步误差”的综合评价方法。系统比较了不同节流方式对液体静压轴承刚度的影响规律，提出了采用可控节流实现高回转精度的方法。建立了可控节流液体静压主轴的流固热耦合模型，实现了轴心运动轨迹形成过渡过程的精确定量仿真，揭示了供油压力、供油压力波动、动不平衡量和轴颈圆度误差对回转精度的影响规律。最后对液体静压主轴可能达到的回转精度极限进行了预测。

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火星壤采样探测技术研究进展与发展趋势

姚智晓, 晁超越, 郭浩语, 张涛, 徐坤, 丁希仑, 赵曾, 庞勇, 邓剑峰, 管贻生

机械工程学报. 2021, 57(13): 83-101. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.083

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在火星探测任务中，火星壤探测的有效性和重要性突显了对火星壤采样探测技术的迫切需求。对人类至今为止的45次火星探测任务进行了集中化和图形化综合，阐述了四种火星探测方式：飞掠探测、环绕探测、着陆原位探测和着陆巡视探测。在阐述了各国/机构的火星壤采样探测技术及设备的工作机理、参数性能和发展现状，以及各国未来的火星探测计划的基础上，对目前已采用的火星壤采样探测方法进行了对比、分析及评价，并阐述了六种火星壤采样探测方法：铲挖式、钻取式、穿透式、鼹鼠式、研磨式和爪簧式。进一步对火星壤采样探测面临的地球资源约束、火星环境约束、火星地质约束和通讯时延约束四类关键技术难点和挑战做出了分析。最后，对火星壤采样探测技术的范围扩大化、需求多样化、策略长远化和实现智能化四类发展趋势做出了展望。

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基于共形几何代数求解(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解

胡波, 张达, 高俊林, 耿雪雯, 叶妮佳, 姚建涛, 易旺民

机械工程学报. 2021, 57(13): 102-113. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.102

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提出将共形几何代数引入至串并联机构位置正解求解过程，以（4SPS+SPR）+（2RPS+SPR）串并联机构为例，首先分别针对上下层并联机构选择合理的运动学参数，基于共形几何代数中基本几何元素的表示方法，对机构中相应球面、平面等共形几何表达式进行求交或对偶运算，得到上下层并联机构动平台顶点的共形几何表达。再结合机构中尺寸、几何约束和内积运算，建立上下层并联机构正向位置解的一元高次方程，进而获得上下层并联机构动平台相对于基平台的位姿。在此基础上，基于共形几何代数中刚体运动变换表达式，得到串并联机构动平台顶点的共形几何表达，进而获得串并联机构的位置正解。该方法避免了传统方法中复杂的消元运算，且分析过程几何直观性较强，在简化串并联机构位置正解几何建模方面表现出巨大优势。

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一种扭簧变刚度柔性关节的设计与研究

曲祥旭, 曹东兴, 张姗

机械工程学报. 2021, 57(13): 114-123. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.114

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变刚度关节由于其固有的柔性特征，可实现人与机器人在非结构化环境下的安全交互。针对扭簧扭转时中径发生改变提出了一种具有非线性刚度的紧凑型柔性关节，并满足常用的力作用情景“小载荷，低刚度；大载荷，高刚度”。首先，给出柔性关节模型，采用扭簧以及开口套作为基本弹性元件，通过调节螺母滑块的位置，使钢球挤压开口套并改变扭簧中径，实现对关节的刚度调节。其次，结合弹性变形理论，分析描述了柔性关节中弹性元件的力学本构方程和截面应力分布规律，得到关节的转角、扭矩及刚度间的关系。最后，根据关节转动不同角度以及施加不同载荷以获取扭矩与刚度变化的仿真数据，结果表明该柔性关节的设计是有效的，同时，可为研究该类扭簧变刚度的力学行为提供理论参考。

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齿轮机器人复杂装配过程在线建模与参数优化

刘冬, 袁利恒, 丛明

机械工程学报. 2021, 57(13): 124-131. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.124

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以缓速器装配生产线齿轮装配工位为研究背景，提出一种复杂机器人装配过程在线建模学习与参数优化方法，解决当前离线方法装配成功率低和效率低的问题。针对复杂多变的机器人齿轮装配过程，基于高斯过程回归建立机器人接触状态与机器人动作的动态模型，提出一种新的基于生成对抗的粒子群优化算法用于在线学习，生成装配关键参数优化策略，并采用支持向量数据描述对新颖装配数据进行检测，最终实现装配过程在线建模与参数优化。齿轮与花键轴机器人装配实验结果表明，基于生成对抗粒子群-高斯过程回归的装配方法在装配成功率与效率上均优于人工和离线方法，可以对生产线不同批次和规格的齿轮进行在线装配，满足缓速器装配生产线的实际生产需求。

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一种新型正铲液压挖掘机工作机构的研究

蔡敢为, 黄一洋, 田军伟, 龚俊杰, 韦为, 邢树鑫

机械工程学报. 2021, 57(13): 132-143. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.132

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挖掘机工作机构的创新设计对提高其工作性能，增强市场竞争力具有重要意义。提出一种可有效增强挖掘性能的新型挖掘机构，并研究其性能。基于牛顿-欧拉法对新机构进行力学分析，与现行典型挖掘机构对比，在挖掘阻力最大时所需的挖掘机驱动油缸推力明显降低。基于机构拓扑结构理论分析了该挖掘机工作机构的方位特征（POC）集、自由度和耦合度；基于运动链环路理论对新型机构进行运动学特性分析，环路参数求解中建立含有一个虚拟变量的位置方程验证机构耦合度数值的正确性；通过运动学的数值算例验证分析方法的正确性，得到了工作机构的运动空间与水平挖掘最优的铲斗倾角范围；为保证挖掘机自主挖掘过程平稳连续，结合运动学约束，提出了基于活跃目标点粒子群算法（APSO）的无障碍时间最优的新机构多项式插值轨迹规划。工作对挖掘机新机构的研究和工程应用具有较好的参考价值，对正铲液压挖掘机的创新设计有一定意义。

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大挠度欧拉梁三参数曲率模型及其在平面柔顺机构中的应用

谢丹, 黄勇刚

机械工程学报. 2021, 57(13): 144-152. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.144

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提出了一种基于二次Bernstein多项式的平面大挠度欧拉梁三参数曲率模型。三个曲率参数视为描述梁平衡位形的广义坐标，应用微分几何曲线论基本定理建立梁弯曲的转角方程和积分形式的挠曲线方程，基于虚功原理导出了以三个曲率参数为基本未知量的平面欧拉梁大挠度弯曲的几何非线性平衡方程，并给出了采用高斯积分近似以及牛顿-拉弗森迭代法的数值计算格式。通过末端载荷状态下的悬臂直梁、曲梁的大挠度变形计算，以及对一种典型的平面曲柄摇杆柔顺机构的详细建模分析，验证了三参数曲率模型方法的高精度、高计算效率和对曲梁的通用性以及变形度量呈现的直观性和丰富性，结果表明该方法在柔顺机构设计和分析中具有明显优势和广阔的应用前景。

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近似直驱双足机器人跳跃运动非线性优化及试验验证

单开正, 于海涛, 韩亮亮, 王圣军, 李君, 高海波, 邓宗全

机械工程学报. 2021, 57(13): 153-162,171. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.153

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跳跃是腿足式动物最常见的步态模式之一，通过快速有力的爆发性功率输出，动物可完成越障避敌等行为。然而，受制于执行器能力限制和高动态运动的规划控制难度，由腿足式机器人实现跳跃奔跑等运动极具挑战性。为此，设计一种基于共轴近似直驱结构方案的双足机器人样机，在三杆简化模型的基础上，确立支撑相和飞行相的约束条件，以跳跃高度最优为目标，将机器人系统的运动规划问题处理成有限维度的非线性优化问题，并采用变参数PID实现关节力矩跟踪控制。通过双足机器人跳跃试验，对运动规划算法的有效性进行验证。结果表明，双足机器人样机能完成离地高度约为0.34 m （相当于50%的腿长）的跳跃动作，研究成果可为未来高越障性足式机器人研究提供理论支撑和技术参考。

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基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

马丛俊, 赵涛, 向国菲, 任江涛, 陈元科, 佃松宜

机械工程学报. 2021, 57(13): 163-171. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.163

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针对具有形变特性的柔性机械臂，在运动过程中存在末端不易定位控制或定位精度低的问题，设计了一种线驱动柔性机械臂样机，通过分析其运动机理推导末端位置空间、臂体形态空间以及驱动空间三者之间的逆运动学关系；然后，提出了基于逆运动学模型的柔性机械臂末端定位控制方案；最后，利用CoppeliaSim仿真平台建立了柔性机械臂仿真模型，并在该仿真平台中应用逆运动学关系进行柔性机械臂运动控制过程中末端定位仿真分析，仿真结果验证了所建立逆运动学模型的有效性及基于该模型的柔性机械臂末端定位控制方法的合理性。

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微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展

郭江, 王兴宇, 赵勇, 许永波, 崔海龙, 魏兆成, 金洙吉, 康仁科

机械工程学报. 2021, 57(13): 172-200. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.172

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近年来，随着可持续发展的兴起，国家对制造业提出了更高的要求，切削作为一种常用的加工手段，其刀具性能的提高也备受关注。在刀具表面制备织构是提高刀具性能的一项先进技术，该技术可以改善刀具的切削性能，从而提高基材的加工表面质量并延长刀具寿命。研究表明，刀具表面的织构通过减小刀具与切屑间的接触长度并改善摩擦条件，有助于降低切削力和切削温度；此外，织构还可以储存润滑剂，有助于实现微量润滑，从而使加工过程更加环保；因此，微织构刀具能有效缓解现有加工过程中存在的切削热过多和污染严重等问题。本文系统地综述了微织构刀具研究领域的最新进展，梳理了织构的制备技术，分析了微织构刀具的作用机理，总结了表面织构对刀具性能、切削性能和加工表面质量的影响以及微织构刀具的应用领域。最后指出了微织构刀具的发展趋势，希望能为微织构刀具领域后续开展深入研究工作提供参考。

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电解加工电源研究现状及发展趋势

罗红平, 张清荣, 刘桂贤, 张永俊

机械工程学报. 2021, 57(13): 201-213. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.201

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电解加工电源是电解加工装备中的关键核心基础设备，其性能直接影响着电解加工的精度、稳定性、表面质量和经济性。为了更加充分发挥电解工艺的潜力和优势，实现精密、高效、稳定的电解加工，有必要对电解加工电源的研究现状及发展趋势进行系统梳理和全面总结。系统分析了宏观尺度电解加工和微细电解加工的工艺原理，加工质量、效率和工艺稳定性等的影响因素，归纳总结出不同类别、不同应用场合下电解工艺对加工电源的性能指标要求。较为全面地介绍了近年来国内外在电解加工电源方面的相关研究进展及应用情况。对电解加工电源在控制高频脉冲产生、信号处理与输出、加工间隙监测、电源保护等几个方面的关键技术进行了评述，同时对电解加工电源的发展趋势进行了预测和展望，为促进我国电解加工技术的快速发展和广泛应用提供有益的参考。

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基于多通道融合及贝叶斯理论的刀具剩余寿命预测方法

王艺玮, 邓蕾, 郑联语, 王亚辉

机械工程学报. 2021, 57(13): 214-224. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.214

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刀具监测及可用剩余寿命（RUL）预测对降本增效及保证加工质量意义重大。针对单一传感器预测精度波动大、数据利用率低、可靠性低等问题，提出一种多通道信号融合及贝叶斯更新的刀具剩余寿命预测方法。通过计算多通道信号所提取特征的时间序列与对应时间矢量的斯皮尔曼等级相关系数对特征时序做单调性排序，取单调性得分高的特征用主成分分析进行融合并构建健康因子作为观测数据，基于贝叶斯理论及马尔科夫链蒙特卡洛采样估计退化模型参数，并随着时间推进及监测数据序贯可获，实时在线更新退化模型参数以逐渐逼近刀具磨损退化趋势，同时对每时刻剩余寿命进行迭代估计。所提方法可避免基于深度学习方法需要依赖大量全寿命数据离线训练预测模型且模型对新预测任务适应性有限的局限性。用PHM2010公开数据挑战赛中三槽球头硬质合金铣刀切削不锈钢过程磨损全寿命数据集验证了方法有效性。

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基于3D打印的大尺寸猪笼草口缘区仿生表面设计

姜晨, 朱达, 魏久翔, 孔令豹

机械工程学报. 2021, 57(13): 225-231. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.225

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为了解决现有猪笼草口缘区仿生表面由于结构尺寸小而难以实现大批量制备的问题，设计并采用3D打印制备具有单向铺展性的大尺寸结构猪笼草口缘区仿生表面。根据毛细作用理论分析面向大尺寸结构的猪笼草口缘区结构参数铺展作用机理，基于3D打印精度分析和微流道流体仿真，计算获得具有单向铺展性的百微米级以上结构参数范围；采用光固化成型方法制备具有大尺寸微结构的仿生表面，通过液体铺展试验测试仿生表面的液体单向铺展性能，获得性能良好的百微米级结构猪笼草口缘区仿生表面。结果表明：空腔楔角30°，椭圆半长轴570 μm，微流道宽度360 μm、盾形微结构体长360 μm、盾形微结构拉伸长度200 μm的仿生表面具有优异的液体单向铺展特性，采用常规3D打印技术即可实现其快速制备。

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无理偏摆式平面研磨加工均匀性的数值模拟

肖燏婷, 吴晓峰, 蔡姚杰, 文东辉

机械工程学报. 2021, 57(13): 232-241. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.232

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基于定偏心平面研磨方式，提出了无理转速比下的偏摆式平面研磨方式。采用矢量方法建立了偏摆式平面研磨加工的运动学方程，对比分析了定偏心和偏摆式驱动下的工件表面磨粒轨迹和磨粒速度场的分布形态，并建立了运动轨迹密度均匀性和材料去除量均匀性的区域划分和统计评价方法。研究表明：偏摆式驱动下的平面研磨轨迹线更加复杂无序，磨粒覆盖面积更大，能更快地获得更均匀的轨迹线分布，且在无理转速比下无明显牛顿环现象，轨迹线的均匀性显著提高；相同转速比时两种驱动方式下磨粒速度场分布形态类型相同，但偏摆式下单颗磨粒的速度大小和速度方向角随时间变化均无明显周期，能获得的速度大于定偏心方式，更快地实现材料去除且无理转速比下的材料去除性更为均匀。最后搭建两种驱动方式的试验平台进行研磨对比试验，通过无理偏摆式加工方式后硅片获得的表面粗糙度Ra最低，且相同时间内的材料去除量最大。

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基于血蚶表面微结构的仿生刀具干切削GH4169的性能研究

连云崧, 谢超平, 周伟, 褚旭阳, 赵国龙

机械工程学报. 2021, 57(13): 242-251. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.242

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GH4169具有优异的抗疲劳、抗氧化和耐腐蚀性能，因此广泛应用于航空航天、核能、石油工业等领域，但切削过程中切削力大、切削温度高、刀具粘结磨损严重等切削特性使其成为典型的难加工材料。为改善刀具切削GH4169的恶劣环境，利用血蚶表面微结构具有的减摩耐磨特性，将其应用于刀具前刀面的刀-屑接触区域，通过激光加工制备出仿生刀具。采用切削仿真优化仿生刀具表面微结构参数，选取三组仿生刀具和一组普通刀具进行干切削对比试验。研究结果表明，相比于普通刀具，经过优化后的仿生刀具T8和T20干切削GH4169时在切削力、切削温度、粘结磨损等方面能起到一定程度的改善作用，而未经优化的仿生刀具T25改善效果并不显著。

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圆锥滚子双盘研磨工作面求解与形面分析

梁磊, 陈光, 张婧, 耿昆, 何春雷, 任成祖

机械工程学报. 2021, 57(13): 252-261. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.252

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根据共轭曲面原理对圆锥滚子双盘研磨加工中研磨盘工作面进行理论求解，运用包络法求解螺旋槽工作面的理论形面方程并分析其形面特征。基于研磨盘对圆锥滚子姿态控制和成形加工的工作要求，分析了上研磨盘、下研磨盘和圆锥滚子三者的空间位置和相对运动关系。采用包络法求解上研磨盘工作形面，建立上研磨盘工作面的理论形面方程。通过数值计算分析螺旋槽工作面的形面特征及螺旋槽与圆锥滚子的接触特征，结果表明，螺旋槽工作面一和工作面二的轴截面廓形都是相对于基准直线的内凹曲线，其中工作面一的轴截面廓形内凹量最大值约为0.012 μm，可简化为直线；螺旋槽工作面是一个轴截面廓形不断变化的复杂螺旋曲面；圆锥滚子与螺旋槽工作面为线接触，接触线为不在圆锥滚子轴截面内的空间复杂曲线，其位置与运动参数β有关。给出了螺旋槽工作面形面参数的精确计算方法并分析了螺旋槽工作面轴截面廓形的变化情况。

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车削表面粗糙度解析模型与DDQN-SVR预测模型研究

陈超逸, 鲁娟, 陈楷, 黎宇嘉, 马俊燕, 廖小平

机械工程学报. 2021, 57(13): 262-272. https://doi.org/10.3901/JME.2021.13.262

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在车削加工中，零件质量是生产者需要密切关注的问题。表面粗糙度作为评价零件质量的一项重要指标，选择满意的切削参数来提高表面粗糙度可有效提高零件质量。为提高表面粗糙度的预测精度，在现有研究基础之上提出一种分段的表面粗糙度理论解析模型对表面粗糙度进行预测。同时尝试采用双深度Q网络（DDQN）优化支持向量回归（SVR）提高数据驱动模型的预测性能，探寻DDQN优化SVR内部参数的环境设计，并且与其他算法对比了其优化效果与稳定性。基于45钢的车削试验，验证分段的表面粗糙度理论模型和DDQN-SVR预测模型的有效性，为基于表面粗糙度的切削参数选择提供了较好的技术支持。

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2021年, 第57卷, 第13期　
刊出日期：2021-07-05

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