2021年, 第0卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-20

  

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设计与研究
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  基于视觉与陀螺仪组合的机器人粒子滤波定位

  叶泳骏, 陈新度, 吴磊, 刁世普

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 1-4. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.001

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  为室内移动机器人配送、运输等场景提供自主化、智能化的导航技术方案，对自主移动机器人的定位方法进行了研究。参考ROS （机器人操作系统）中成熟的开源导航框架，机器人平台在其粒子滤波定位模块进行改进。针对模块中初始化定位与过程定位的不足，提出了一种结合视觉与陀螺仪的传感器数据，参考数据关联与多传感器融合思路的方法。最后实验结果表明，改进方法效果更稳定更准确，可满足室内移动机器人大部分配送、运输等场景使用。
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  基于最小区域原则的五轴机床轮廓误差估计算法

  张靖, 丁杰雄, 李晴朝, 丁启程, 王立平

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 5-9. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.002

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  针对当前五轴联动数控机床刀尖点位置轮廓误差和刀具方向轮廓误差估计方法的不足，提出了一种具有普适性且高精度的综合考虑刀具位置和姿态的轮廓误差估计方法。利用各驱动轴的实际输出和机床拓扑结构计算出刀具的实际位姿，通过在刀具有效切削范围内均匀选取适量的点，并基于轮廓度误差的最小区域原则，计算出实际刀轨的轮廓误差。通过交叉耦合控制方式进行了轮廓误差补偿，并与传统的轮廓误差计算方法进行了实验对比。结果表明，基于所提出的轮廓误差估计方法进行的轮廓误差补偿精度较高，验证了所提出方法的有效性和误差估计的优势。
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  永磁同步电主轴机电耦联转子动力学分析

  吴磊, 于慎波, 于言明, 窦汝桐, 翟凤晨

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 10-14. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.003

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  对永磁同步电主轴动力学特性进行分析，为提高转子系统的平稳运转提供理论依据。以9.5 kW永磁同步电主轴为例，采用加时间因子t的方法构建转子传递矩阵，利用双重步QR法求解临界转速，解决了根的溢出问题，并与有限元计算结果对照，误差均小于3.2%，验证了解析法的有效性。计算对数衰减率曲线，分析转子系统稳定性，得出三阶反向涡动最易引起转子系统失稳。考虑转子动态偏心工况，将转子表面划分为多个子区域，利用Ansoft提取各区域偏心气隙磁密并求取各区域不平衡磁拉力进行叠加，发现不平衡磁拉力随着偏心距增大而增加。进行机电耦合后，分析出不平衡磁拉力使一阶临界转速降低，几乎不影响二阶临界转速。
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  热力耦合作用下高速精密无心磨床砂轮主轴的动态特性分析

  盛守林, 赵丽梅, 徐磊, 余炯

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 15-18,22. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.004

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  为了研究高速精密无心磨床砂轮主轴高速旋转工况下的性能，在热—力耦合作用对砂轮主轴影响的基础上对砂轮主轴进行了热动态特性分析。以贵州某机械厂生产的HFC-1808T高速精密无心磨床砂轮主轴为研究对象，用Solidworks对其进行三维建模，通过有限元软件ANSYS Workbench仿真得到了砂轮主轴在1500 r/min时的稳态温度场，用顺序耦合方法，对其进行了热—力耦合效应下的热变形分析；然后在热—力耦合效应下对砂轮主轴进行了热态及动态特性分析，得到砂轮主轴的热变形、前6阶固有频率、振型和临界转速等参数，找到了砂轮主轴的薄弱位置，为砂轮主轴的优化提供了理论依据。
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  基于Spark流处理的轴承剩余使用寿命预测

  马荣杰, 吴文江, 胡毅

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 19-22. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.005

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  对数控机床关键部件的剩余使用寿命进行了研究，利用Kafka消息中间件对接收到的数据进行缓存，解决数控机床发送数据和Spark服务器接收数据的速度差异问题。在分析了轴承水平振动加速度和剩余使用寿命的关系后提出了第一种基于线性模型的剩余使用寿命预测方法，在分析了轴承水平加速度和垂直加速度平方和后提出了第二种基于相似度的剩余使用寿命预测方法。通过对比发现基于相似度的方法准确率较高，并将其结果写入MySQL数据库进行存储，通过web页面进行展示，方便工作人员进行维护。
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  基于激光视觉系统的多层多道焊接路径规划

  潘海鸿, 李睿亮, 刘冠良, 王耀玮, 陈琳, 梁旭斌

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 23-26,30. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.006

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  厚板结构件的焊接存在示教繁琐且效率低的问题，为解决该问题提出基于激光视觉系统的多层多道路径规划。首先，利用激光视觉系统获得焊接工件的图像并得到其在基坐标系下特征信息。其次，建立焊缝特征点投影模型，将特征信息投影到焊缝横截面，得到焊缝模型参考点信息；结合等高度焊道及焊道填充策略建立多层多道焊缝模型并对各焊道进行路径规划；引入焊枪行走角对焊道进行焊枪姿态规划；根据焊缝模型各焊道横截面积进行自适应焊接速度规划。仿真和实验表明各焊层焊道位置及焊枪姿态准确，焊缝特征点位置准确，焊缝填充均匀美观。
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  18CrNiMo7-6外圆磨削力对残余应力的影响

  王栋, 马少奇, 赵静雯, 林洪旭, 张银霞, 刘治华

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 27-30. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.007

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  在MKE1620A外圆磨床上对18CrNiMo7-6钢进行了磨削试验，采用改装的Kistler测力仪来进行磨削力的测量。采用理论与试验相结合的方法对测力仪进行标定，实现了磨削力的测量。对砂轮径向进给速度、工件转速和磨削宽度等磨削参数对磨削力的作用机制进行了研究，得到了横向磨削中要在保证磨削力变化较小的同时实现材料去除率的提高，可以通过增加工件转速的方法来实现。通过残余应力的测量，对磨削力对残余应力的作用机制进行了研究，揭示了磨削力起主要作用的情况下，残余应力均为残余压应力，且残余压应力随磨削力和磨削热的增加先减小后增加。通过影响机制研究，得到了在砂轮磨削能力允许范围内，可以使用较大砂轮径向进给速度、较大工件转速和较小磨削深度，在提高磨削效率的同时保证加工质量。
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  基于结构光三维重建系统的改进相位研究

  邓仕超, 陈艺海, 黄扬, 梅枫

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 31-34,38. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.008

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  结构光测量是三维形貌测量重要方法之一，其中一步就是光栅解包裹。传统多频外差在实际解包裹时，由于外界环境或传感器因素会存在相位跳变，使得最终解包裹结果不准确。为降低传统多频外差解包裹过程中的相位误差，实现全场的相位展开，提出了一种改进的算法来抑制相位跳变，该算法使用误差范围约束，在此基础上利用了公式回带和多频外差展开的所有相位信息。所提算法通过仿真实验对比，减小了相位误差，通过三组真实实验进行分析，相比于传统算法，所提算法解包裹结果更加准确，得到了全场的展开相位，且物体三维重建后点云表面细节清晰，进一步提高了测量精度。
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  基于线结构光的强干扰下焊缝特征跟踪算法研究

  杨智, 於双飞, 李坚, 刘楚天

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 35-38. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.009

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  针对焊接过程中弧光、飞溅等干扰导致焊缝特征点提取困难的问题，提出了一种基于激光线段方向聚类与核相关滤波器的焊缝特征点定位的方法。该方法在初始帧中对图像中激光条纹分割，再用线段方向聚类分割出不同线段确定初始帧中焊缝特征点的位置；针对焊接时的强干扰，使用两个核相关滤波器实时跟踪焊缝特征点，最后用卡尔曼滤波器融合两个跟踪器的输出结果，得到焊缝特征点的位置。实验结果表明，该方法能在坡口焊、搭接、T型等常见的焊接接头中准确找到焊缝特征点位置，跟踪算法在强弧光干扰下的焊缝特征点跟踪精度较高，误差在8个像素以内，满足焊接需求。
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  重型AT主调压系统油压动态特性优化研究

  董勇, 吴怀超, 穆俊齐, 彭昭, 曹刚

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 39-42,47. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.010

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  为提高重型液力自动变速器的主调压系统油压动态特性，在对重型液力自动变速器主调压系统回路中的主调压阀与控制压力调节阀工作原理分析的基础上，建立其数学模型，并基于AMESim搭建主调压系统仿真模型，从主调压阀阀芯直径d_m3、控制压力调节阀弹簧刚度K_c和控制压力调节阀遮盖量ul_c展开主调压系统的油压动态特性分析。采用粒子群优化算法和遗传算法，对影响主调压系统油压特性的阀体结构参数进行优化设计。优化结果表明，优化后的设计参数能有效提高重型液力自动变速器的油压特性，验证了所建立主调压系统模型的正确性和所运用优化算法的有效性。
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  面向三维点云识别的体素网格降采样

  肖正涛, 高健, 吴东庆, 张揽宇

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 43-47. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.011

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  三维点云往往包含大量冗余数据，降采样是点云预处理过程中的关键环节。对OpenCV点对特征（point pair feature）三维物体识别模块中的体素网格降采样算法进行了深入研究，分析并发现了OpenCV中体素网格降采样算法存在着体素索引转换的错误，验证了该算法错误会导致点云中位于包围盒表面上的点不能得到正确的降采样结果。为此，提出一种体素网格降采样算法。该算法的关键之处：一是对三维点云中的每一个点正确划分网格归属；二是将网格的三维索引转换为一维索引，且满足一一对应的关系。实验结果表明，该方法不但在计算时间上与OpenCV中的方法无明显差异，而且通过对降采样后的点云分布和差异进行分析来看，该方法能正确有效地对各种情形的点云进行降采样。
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  基于Hough变换与CV模型的微细铣刀边界提取

  凌志豪, 朱锟鹏

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 48-52,57. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.012

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  基于机器视觉的方法是刀具监测的重要途径之一，具有无损、直观反映刀具状态的优点，但采集高质量的监测图像比较困难。在微细加工中，由于主轴转速快，刀具尺寸细小，刀具在图像中的角度与位置具有任意性，在线监测的难度较大。针对微细铣削加工中，光照分布不均匀的在位图像捕捉系统获取的位置与角度任意的刀具图像，研究了一种精确提取刀具图像中感兴趣区域（Region of Interest，ROI）的算法。利用Hough变换以及法向量实现刀具的中心点快速定位，并解决刀具的旋转不变性。通过Chan-Vese （CV）主动轮廓模型与Hough直线检测相结合，恢复刀具的边界轮廓。实验结果显示，文中的方法提取的刀具能够更准确地反映真实的刀具轮廓，并能将任意角度的刀具旋转到统一的角度。
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  基于1DCNN和动态路由的滚动轴承故障诊断

  郭俊锋, 吕健豪

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 53-57. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.013

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  实际生产中滚动轴承的工况复杂易变，导致故障诊断准确率较低。针对于此，将多传感器数据融合理论应用于故障诊断领域，提出了一种基于一维卷积与动态路由算法的滚动轴承故障诊断方法。首先，采用快速傅立叶变换将多个传感器收集到的时域振动信号转换为频域频谱；其次，构建多卷积网络从频谱中提取特征并归一化，再利用动态路由算法融合多卷积网络提取的特征来训练模型；最后，将变工况的振动数据导入模型实现故障诊断。实验结果表明，相较于其它典型的智能故障诊断方法，文章提出的方法在变工况条件下具有更高的诊断精度、更好的稳定性和泛化性能。
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  基于支持向量机的复杂曲面磨削去除量预测

  赵敬川, 赵吉宾, 李论, 张洪瑶

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 58-61. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.014

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  为了提高工业机器人对复杂曲面磨削去除量的磨削精度，提出了一种基于支持向量机的复杂曲面磨削去除量预测方法，通过分析磨削去除量与磨削去除量的影响因素—工件材料、工件进给速度、磨削力、工件表面曲率、砂带线速度、砂带型号、砂带磨损程度等之间的相关性，利用支持向量回归机方法建立预测模型，对磨削去除量进行预测。该方法可以充分考虑到磨削去除量影响因素之间的耦合关系。实验数据表明，该预测模型的预测精度达到99.963%。
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  基于STFD的轴承多故障信号欠定盲源分离方法

  诸葛航, 吕勇, 易灿灿, 袁锐

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 62-67. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.015

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  研究了一种基于空间-时频分布（STFD）的欠定盲源分离方法，并将其应用于滚动轴承的多故障振动信号的盲源分离与故障诊断。通过计算平滑伪Wigner-Ville分布（SPWVD）并将其扩展到三维空间，得到了观测信号的空间-时频分布（STFD）矩阵；再对STFD矩阵进行噪声阈值处理、自动项筛选、聚类操作后得到估计源信号的二次时频分布（QTFD）；之后基于Wigner-Ville分布（WVD）的反演特性重建源信号。最后通过相关系数将估计源信号与观测信号对应来对故障进行定位。最后设计实验进行验证，仿真结果证明了方法的有效性。
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  协作焊接工作站运动学建模及应用

  于洋, 徐桂鹏, 景卜卜

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 68-71,74. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.016

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  针对传统的焊接工作站采用示教编程存在占用机器人工作时间、编程效率低等问题，研究并建立了离线变位协作焊接工作站，依据机器人/变位器主从运动链的耦合约束关系，研究了最佳焊位点的变位焊接工作站运动学模型及参数求解算法。利用Robotstudio6.08建立了变位焊接工作站虚拟环境，并进行了仿真模拟。以采煤机电气控制箱的焊接加工为例，以ABB IRB2600六自由度工业机器人和IRBP500A型二自由度变位器组成的焊接工作站为实验平台，焊接实验中焊枪能很好地贴合焊缝，焊缝均匀且无干涉现象，验证了协作运动学的正确性和离线编程的可行性。
控制与检测
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  基于标准相关匹配的铸件外观缺陷检测

  肖庆阳, 方建儒, 张效民, 李金钟, 丛明

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 72-74. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.017

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  针对汽车发动机铸造铝合金缸体油槽表面缺陷检测的问题，提出基于标准相关匹配的铸件外观缺陷检测算法。该方法使用标准相关匹配算法从CCD获取的图像中提取出ROI （region of interest）区域，然后利用中值滤波去除图像表面噪声，通过形态学开闭运算对所得图像进行处理，进一步去除噪声的同时放大缺陷部位在图中的占比，最后使用轮廓提取算法完成对缺陷的识别与定位。实验结果表明，该算法能够有效地提高铸件外观缺陷检测速度，具有良好的检测精度，对外界光照变化以及铸件表面质量的波动具有良好的鲁棒性。
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  基于双目视觉的物流分拣测量系统

  罗健, 罗亚波

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 75-79. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.018

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  针对快递包装纸箱的自动化测量要求，搭建了一套适用于物流分拣行业中的双目视觉测量系统。首先，在相机标定环节，提出了一种阻滞增长神经网络标定方法，有效解决了传统标定方法存在的精度不高和BP神经网络训练结果对初始权重和阈值的敏感性问题；其次，应用Otsu法对Canny算子进行自适应阈值选取，实现了高精度的图像特征提取；最后根据极线校正原理，考虑窗口区域内像素灰度值变化，使用变权重AD-Census立体匹配算法进行关键点匹配，获得轮廓点云图。多次测量实验结果表明，系统测量精度平均误差为1.8 mm，测量平均速度为525 ms。因此，该系统可以较好地完成物流分拣系统中的测量任务。
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  基于移动终端的生产流程实时管控研究

  张南, 王德权

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 80-82,86. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.019

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  从离散制造业企业的实际需求出发，提出了生产过程实时管控系统的功能体系，在此体系下，实现了多种因素制约（工序能力、订单交货期等）的生产计划动态制定。为保证生产计划的有效执行，在加工设备处布设移动终端，实时采集零件的转运过程及加工过程，为生产过程的实时追溯提供全面的数据支持。同时，通过灵活的可视化方法实现了生产过程数据（生产工人、设备、零件、工序能力、加工进度等）的全面监控，提高企业生产过程监控及数据决策能力。系统已经成功应用于某离散型制造业企业，应用效果良好。
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  钣金折弯三维仿真的干涉检测方法

  周康, 游有鹏

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 83-86. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.020

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  针对快速发展的机器人钣金折弯应用需求，面向复杂三维钣金折弯的自动编程，开展三维钣金折弯过程中折弯件与机床、模具及机器人夹具等加工环境之间的干涉检测算法研究。通过分析折弯件加工环境三维模型，选择适合三维折弯环境的包围盒，在此基础上结合钣金折弯件的工艺特点，构建折弯件的包围盒链；针对钣金的加工特点，简化空间包围盒的相交算法，实现钣金加工环境干涉板块快速初步筛选；将筛选出可能干涉板块进行投影降维判断是否实际发生干涉，若干涉则计算出准确干涉信息。该方法在各类钣金折弯工件的加工过程中进行了验证，结果表明该方法具有较低的时间复杂度和较高的干涉计算精度，为实现三维折弯的智能工序规划与机器人折弯离线编程奠定了基础。
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  基于改进YOLOv3算法的刀具表面缺陷检测

  刘浩, 陈再良, 王善翔

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 87-90. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.021

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  目前，刀具的缺陷检测大都依赖人工完成，效率低、误检率高而且对工人视力有一定的损害。为此，开发自动化视觉检测平台和算法。针对刀具表面的缺陷检测任务，对相机、镜头和光源进行选型，设计了视觉检测实验平台。同时对图像降噪、增强等预处理算法进行研究。使用标准YOLOv3算法存在一定的漏检和检测框定位不准问题，从特征层、聚类算法和损失函数三方面对YOLOv3算法进行改进。实验表明，改进后的算法将AvgIoU从0.76提升到0.85。mAP从79.47%提升到84.02%，检测速度达到22FPS。搭建视觉检测平台、开发视觉检测算法，能够代替现有的人工来进行刀具的缺陷检测。
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  基于示教和视觉校正的机器人自适应去毛刺系统

  郭阿敏, 习俊通, 于津伟

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 91-95. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.022

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  针对机器人自动化去毛刺过程中轨迹示教工作繁琐、工件存在定位误差等问题，设计了一种基于激光视觉传感器的机器人自适应去毛刺系统。首先，进行机器人手眼标定，将视觉传感器测量得到的工件表面三维点云从测量坐标系转换到机器人基坐标系下；其次，对工件进行扫描，分别获取参考工件和当前工件的三维点云数据，通过ICP点云配准算法计算得到上述两者的位姿变换矩阵，根据这个变换矩阵可对参考工件的去毛刺示教轨迹进行修正，以获取匹配当前工件的去毛刺轨迹，实现机器人自适应自动化去毛刺。实验结果表明，该系统能够很好的解决去毛刺过程中因工件摆放误差、工装误差和工件标定误差等造成的机器人加工轨迹偏差，质量稳定可靠，工作效率大大提高，尤其适合大批量生产线。
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  自动换刀装置及其空间复合凸轮精度检测

  赵新爽, 韩军, 汪满新, 滕昊, 欧屹, 冯虎田

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 96-100,104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.023

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  针对自动换刀装置及其空间复合凸轮，提出了基于激光位移传感器和旋转编码器的精度检测方案，并基于激光位移传感器测距、坐标变换、误差补偿和B样条曲线拟合建立了自动换刀装置运动精度及其空间复合凸轮廓面精度的计算模型和评价方法。在此基础上，搭建精度检测试验台并开展试验验证，结果显示该方法准确可靠，且可用于揭示自动换刀装置运动精度及其空间复合凸轮廓面精度随换刀次数的变化规律，为自动换刀装置及其空间复合凸轮的可靠性分析提供基础。
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  基于振动信号分析的滚珠丝杠副预紧力监测

  李奇奇, 周严

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 101-104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.024

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  滚珠丝杠副预紧力衰退将导致滚珠丝杠副的性能的下降，因此提出一种预紧力状态识别模型实现对预紧力状态的监测，分析了利用振动信号对预紧力变化趋势进行跟踪监测的可行性。通过试验模拟了预紧力衰退的三个阶段，采集各阶段的振动信号，利用小波包分解对不同频带上的能量信号进行提取；然后将信号能量和时域信号中部分统计量作为特征向量导入至SVM中进行训练。测试结果表明，小波包与支持向量机结合的分辨准确率达到90.84%。研究结果可用于对滚珠丝杠副预紧力衰减变化情况的跟踪，对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大的意义。
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  基于Gazebo和Docker的群体机器人仿真系统设计

  晏杰, 王彦臻, 林彬, 金松昌, 武云龙, 赵名扬

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 105-108,113. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.025

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  对群体机器人仿真系统进行了研究，分析了目前群体机器人仿真系统所存在的不足，设计和实现了一种基于Gazebo和Docker容器的群体机器人仿真系统。使用Gazebo对机器人平台和所处环境进行逼真和精细建模仿真，使用Docker容器对机器人的控制软件进行打包和隔离，Docker容器和Gazebo之间基于DDS通信传输控制指令与机器人的状态数据。仿真通过后，Docker容器中的机器人控制软件即可直接用于真实的机器人中。仿真实验表明，所设计的群体机器人仿真系统能够对群体机器人的机器人控制软件进行有效仿真验证。
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  基于数字孪生的总装对接在线监控技术

  张入元, 武殿梁, 黄顺舟

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 109-113. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.026

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  针对复杂产品总装过程中对接质量和效率低下、数据收集困难的问题，提出了一种基于总装对接数字孪生模型的在线监控方案，实现了总装对接过程低延时的可视化监控和全方位的数据采集。该方案一方面根据实时数据更新可视化模型，指导操作工人装配，另一方面将过程中的数据结构化存储，便于后续分析和问题追溯。根据在线监控和过程数据收集的需求，从数据模型和映射方法两方面对总装对接系统数字孪生模型、总装对接数字化工艺模型进行了阐述，并就上述方法开发了原型系统，验证了方案的有效性。
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  基于CNN-SVM的滚动轴承故障诊断

  张弛

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 114-116,124. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.027

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  针对滚动轴承故障诊断，对其故障特征进行准确提取是提高诊断准确率的关键步骤。以原始时域振动信号为对象，提出一种基于卷积神经网络（CNN）和支持向量机（SVM）的轴承故障诊断模型。首先，将原始时域振动信号输入二维卷积神经网络进行自适应特征提取；其次，取全连接层结果作为支持向量机的输入，利用支持向量机对其进行分类；最后，经过实验验证，相比于传统神经网络故障诊断方法，该模型以原始时域数据为对象进行故障诊断的准确率能达到96.7%，且无需复杂的网络结构，具有一定现实意义。
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  基于虚拟技术与机器视觉的多规格圆孔工件质量检测

  封居强, 黄凯峰, 王晋, 杨伟虎, 叶海明

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 117-119,127. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.028

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  针对人工检测多规格圆孔加工件质量效率低下、一致性差等问题，设计一种基于虚拟技术与机器视觉结合的智能识别检测系统。该系统采用LabVIEW软件平台和海康工业相机开发，整个系统主要采用IMAQ Vision视觉模块获取工件图像，进行标定、几何矫正、裁剪、灰度化、二值化等预处理；借用Assistant函数库对工件进行识别、分类、轮廓分析和圆孔半径检测。采用2种不同规格的30片工件进行质量检测，结果表明该系统识别率为100%、缺陷检测准确率为98%；整个系统在保证准确度的情况下检测速度提高了3倍，有效降低了生产成本。
工艺与装备
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  医用钨材电化学抛光实验研究

  杨冬亮, 孙桓五, 段海栋, 纪刚强, 孙金言

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 120-124. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.029

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  为改善微创钨针表面组织粘附并提高其在体液环境中的耐腐蚀性，采用电化学抛光方法对钨进行加工试验并对工艺参数进行优化，研究电化学抛光对其表面形貌及在磷酸缓冲盐溶液中的耐腐蚀性的影响。在自行搭建的电化学抛光平台上，采用单因素试验法研究了电极间距、抛光电压、电解液浓度、温度和时间等多个因素对粗糙度Ra的影响规律和作用机理；基于单因素试验结果，采用正交试验法分析得到各工艺参数对粗糙度Ra的影响排序依次为：加工时间>电压>电解液浓度>温度；最佳抛光条件为：电极间距18 mm，电压18 V，NaOH浓度3 wt%，温度55℃，抛光时间10 min。抛光后粗糙度Ra由0.15 μm降至0.032 μm；自腐蚀电位从-0.113 V升至-0.051 V，自腐蚀电流从6.918×10^-5 A/cm²降至6.761×10^-6 A/cm²。电化学抛光可以有效改善钨的表面形貌、降低表面粗糙度Ra并提高其在磷酸缓冲盐溶液中的耐腐蚀性。
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  光伏组件自动化流水线自动条码装置设计

  王磊, 吴孙阳, 王春成, 秦以江

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 125-127. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.030

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  为了满足光伏组件自动化流水线快速生产和产品追溯需求，针对光伏组件车间流水线生产过程中采用人工放置条码存在的效率低下、作业安全风险等不足，设计了一种能够实现条码自动打印、裁切、放置和数据追溯的自动条码装置。介绍了自动打印装置的工作原理、整体作业方式、控制系统设计及配件选取原则；选取斑马条码打印机作为关键设备，通过控制系统连接打印机实现在线打印及自动放置。实践证明该装置在流水线生产取得了较好的应用效果，提升了流水线生产效率及降低了人员作业的安全风险。
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  基于点胶法的磨料有序排布电镀砂轮制备方法研究

  杨天标, 崔仲鸣, 赫青山, 冯常财

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 128-133. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.031

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  开展基于点胶法的超硬磨料有序排布电镀砂轮制造技术研究，介绍了有序排布方式、点胶法原理，分析了胶点对磨料粘接的影响，并设计了粘接上砂的装置；对点胶法的电镀工艺进行了工艺试验及优化，并对镀层磨料结合界面进行了分析；开展了有序排布砂轮磨削性能试验研究，试验结果表明，采用点胶法制造的有序排布电镀CBN砂轮磨料镀层对磨粒具有足够的把持强度、磨削刃锋利，磨削力和磨削温度明显小于传统电镀CBN砂轮的磨削力和磨削温度。
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  机器人辅助飞机装配自动化钻孔技术

  高文翔, 刘春, 罗云, 赵庆华, 李世杰, 余立强, 陈宫达

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 134-138. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.032

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  针对现有机器人钻孔系统难以适应狭小空间等复杂结构的钻孔问题，提出了一种轻量化的基于工业机器人的简易钻孔系统。末端执行器采用常见的气钻结构，通过伺服电机驱动直线模组实现钻孔进给。采用PLC与机器人进行通讯，设计钻孔循环指令，实现了零件的钻孔。最后，选用材料为7075的铝合金试板进行了机器人系统钻孔试验来验证所提出系统的钻孔精度等性能，并采用RobotStudio软件进行了机器人钻孔过程安全性及可达性仿真。针对试验结果，采用激光跟踪仪T-probe进行了试验数据测量，并通过SA软件和MATLAB软件进行了测量点位计算与分析，结果表明所提出的机器人钻孔系统能够满足钻孔飞机装配钻孔需求，其钻孔孔距精度满足±0.5 mm，孔径精度小于0.1 mm，整个钻孔过程相对平稳，振动较小。
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  面向大型冶金轴件的激光清洗装备的研发

  崔可涛, 田晓波, 刘怀广, 杨金堂

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 139-142. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.033

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  为了实现废旧重型装备表面损伤检测与再制造循环利用，以大型冶金轴件进行表面清洗与修复为例，考虑到其自重大、表面特征复杂、传统清洗方法耗时耗力等特点，提出了一种基于机器视觉的废旧重型冶金装备表面无损激光清洗与主动柔性控制的智能化再制造装备的研发方案。通过循环利用现有的废旧机床及零部件，完成了清洗装备的各项功能结构单位的专项设计，降低了研发设计成本，实现了激光清洗时的检测、判定与传动的联合控制，对推进废旧装备再制造循环利用的发展具有重要意义。
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  航空发动机中小型整体叶盘自动化抛光技术

  黎先才, 叶欢, 何志强

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 143-146. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.034

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  在满足工程化应用的前提下，为了实现中小型整体叶盘的全型面抛光，从抛光工具、抛光轨迹以及工艺参数等方面开展了研究。为了提高叶根圆弧抛光轮的使用寿命，基于橡胶断裂机理并利用有限元仿真对抛光轮结构进行了改进。通过真实零件的抛光实验，对抛光轨迹进行了规划，并获得了可靠的抛光工艺流程与参数。实验结果表明，抛光后铣削纹路完全去除，零件表面粗糙度Ra< 0.4 μm，抛光深度约为0.01～0.02 mm，满足实际抛光的技术要求。该技术攻克了国内中小型整体叶盘全型面自动化抛光的技术难题，有望实现对于现有手工抛光的取代。
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  基于模糊PID的力/位混合控制机器人自动化叶片磨削加工

  张洪瑶, 李论, 赵吉宾, 赵敬川, 田凤杰

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 147-150,155. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.035

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  针对机器人自动化航空发动机叶片磨削加工质量不高的问题，提出了一种基于模糊PID的力/位混合主动力柔顺控制。基于外部固定工具坐标的重力补偿算法解决了叶片重力对接触力求解的影响，根据坐标变换，完成接触力的精确感知。将机器人、工件和砂带轮简化成弹簧-阻尼二阶系统模型，利用最小二乘参数辨识方法建立系统模型。基于模糊PID的力/位混合力控制策略根据实际接触力与参考力的差值对离线编程轨迹进行在线修正，实现恒力控制。实验表明，相对于经典PID控制，基于模糊PID力/位主动柔顺控制算法可提高系统响应性能，降低稳态误差，改善系统鲁棒性，实现机器人自动化磨削加工过程的主动力柔顺控制。
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  基于有限缓冲区的混流装配线排产优化

  徐兵, 杨新愉

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 151-155. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.036

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  大多数排产优化的研究往往针对一条生产线解决单一LBFFSP问题，无法针对企业缓冲区有限和多生产线等多因素的实际情况解决排产优化。针对该问题，提出了一种基本粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）作为全局优化算法。引用了基于惯性权重的粒子群算法，通过改进该算法有效地避免基本粒子群算法陷入局部最优。建立以最小化生产周期和最佳缓冲区容量为多目标的带有有限缓冲区的混流装配线排产优化数学模型。采用PSO算法进行生产排序的结果与传统方法的排序相比较，缩短生产周期6.7%。提出的排序方案可以显著提高企业该生产线的生产效率及资源利用率。
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  滚针轴承工作温度场仿真及实验分析

  张跃明, 周天宇, 纪姝婷, 张皓

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 156-159,163. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.037

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  为分析滚针轴承在运行过程中的热特性对RV减速器精度的影响，根据实际工况建立了RV减速器滚针轴承的有限元热分析模型，研究摩擦生热量的计算方法和对流换热系数的选取，基于Ansys Workbench对滚针轴承进行稳态热分析，得到了实际工况下的轴承的温度场分布，并分析不同转速和负载对温度场分布的影响，通过试验验证了有限元分析模型的准确性。结果表明：滚针轴承运行时，内滚道温度最高，滚针次之，外圈温度最低；径向力和转速都会影响滚针轴承的温度场，且转速影响更大；仿真结果与试验结果误差在5%以内，可以有效预测滚针轴承的温度场。
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  高速车削铁基高温合金Al₂O₃-SiC_w陶瓷刀具磨损机理

  骆传跃, 郑光明, 杨先海, 张国栋, 颜培, 于洲

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 160-163. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.038

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  针对铁基高温合金GH2132，采用Al₂O₃-SiC_w陶瓷刀具进行高速干车削试验，分析在不同切削速度下的切屑变形、切削力、切削温度、刀具后刀面磨损量以及磨损机理。研究表明：随着切削速度的增大，切屑由带状向崩碎屑转变，切削力表现出先增大后减小再增大趋势，切削温度逐渐升高，在v=250 m/min时刀具后刀面磨损量最小。刀具主要的磨损形式为正常前、后刀面磨损和边界磨损，以及非正常的崩刃。主要磨损机理为磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损。揭示陶瓷刀具高速切削性能，对切削铁基高温合金刀具的选择具有一定参考价值，为刀具表面强化处理提供理论指导。
先进管理技术
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  考虑低碳的分布式柔性作业车间调度优化

  陈文洲, 李登峰, 郑小雪

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(11): 164-168. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.11.039

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  针对绿色低碳分布式车间调度问题，建立以最小化最大完工时间和最小化总碳排放量为调度指标的低碳分布式柔性作业车间调度双目标优化模型，并设计了基于帕雷托优化方法的人工蜂群算法求解该模型。算法采用两阶段编码方式降低编码的复杂性，通过外部存档记录搜寻的帕雷托最优解，用多种交叉策略提高采蜜蜂和观察蜂的邻域搜索性能，提出单点变换提高全局寻优能力。最后，通过收敛性实验分析算法的性能，并设计了两组实验来分析不同类型的调度特征，并且对比了其他算法的优化结果，实验结果表明，文中所提的算法能够有效求解考虑碳排放的低碳分布式柔性作业车间双目标优化问题。