2021年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-20

  

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设计与研究
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  基于ROS的6自由度机械臂运动轨迹规划

  朱萌, 孟婥, 张豪, 孙以泽

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 1-3,9. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.001

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  针对多关节机械臂作业效率和安全性的运动规划问题，以开源机器人操作系统ROS为仿真平台进行了机械臂运动规划研究。利用Solidworks建立机械臂模型，经SW2URDF生成XML格式描述的机器人URDF文件。利用ROS Moveit!中的设置助手Moveit!Setup Assistant完成了运动规划相关文件的配置。在轨迹规划方面利用Moveit!框架下C++接口，在三维可视化平台Rviz中实现了笛卡尔空间直线与圆弧插补。在路径规划方面，采用快速扩展随机树（RRT/rapidly exploring random tree）和双向扩展平衡的连结型双树（RRTConnect）路径规划算法，完成了高维空间和复杂约束的无碰撞路径规划。仿真结果表明RRTConnect算法收敛速度快，搜索能力强，能够有效解决复杂环境下的路径规划问题，保证机器臂运动安全。
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  新型非对称打磨并联机构运动学分析与仿真

  赵新华, 戴腾达, 刘凉, 冯建峰, 张青云

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 4-9. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.002

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  针对并联机床在实现半圆形筒状工件打磨加工的高精度、快响应等需求，提出一种新型的三自由度的非对称并联打磨机构。首先，介绍了该机构的结构特征，并基于螺旋理论等对机构自由度进行分析；其次，应用闭环矢量法建立各构件之间的运动学关系，利用MATLAB软件对其位置、速度进行数值仿真分析；最后，采用Unigraphics NX 10.0和ADAMS软件建立了该机构的虚拟样机模型，并对其运动学进行虚拟样机仿真分析。结果表明：不同支链运动规律不同，但各支链位移和速度均变化平滑、无突变现象，且同等条件下，对比分析可知，数值仿真模型与虚拟样机仿真模型结果一致，从而印证了所建模型的正确性，为后续的动力学研究及控制提供参数参考。
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  六轴自动锁附螺丝机器人设计

  曾祥林, 庹先国, 彭英杰, 张贵宇, 王昆, 陈霏

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 10-13,18. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.003

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  针对螺丝装配多样性、工作效率低、产品质量不均匀等问题，研究了螺丝锁附工作原理，设计了一种以PLC为控制核心的六轴自动锁附螺丝机器人。通过建立六轴机器人机械结构三维模型，提出了基于螺丝孔定位的梯形加减速与积分模型相结合控制算法，构造了气动回路模型。最后系统软件利用状态机与模块化进行设计，实现螺丝锁附过程相互独立、并行控制且多任务调度。实验结果表明，六轴自动锁附螺丝机器人比四轴自动锁附螺丝机器人、人工锁附螺丝成功率分别提高了0.9%、4.6%，锁附效率分别提高了184个/小时、342个/小时。该螺丝锁附机器人能够实现螺丝输送、拧紧、检测功能，稳定性较好且安全可靠。
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  基于同步提取变换与阶比分析的轴承变转速故障诊断

  吴康福

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 14-18. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.004

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  针对基于瞬时频率估计的阶比分析方法中，瞬时频率难以估计的问题，提出一种基于同步提取变换（SET）的阶比分析方法，对轴承的变转速振动信号进行分析。该方法利用SET良好的能量集中特性，提取强噪声环境下轴承振动信号中的瞬时频率，通过对计算瞬时频率的鉴相时标，对时域信号进行等角度采样，从而得到稳态的角域信号。通过分析轴承实验台的变转速振动信号表明，该方法能够有效抑制噪声的干扰，精确地提取出变转速信号的瞬时频率，成功地实现变转速状态下轴承的故障诊断。
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  径向浸入率通用型铣削稳定性谱元分析法

  谢建宏, 徐菁菁, 张宇, 李鸣

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 19-22,27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.005

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  铣削稳定性是影响铣削加工效率和精度的关键因素，谱方法和时间有限元法相结合的谱元法是一种快速高效的铣削稳定性分析方法，但小径向浸入率铣削的强不连续性会导致谱元收敛率降低。针对此问题，提出一种径向浸入率通用型铣削稳定性谱元分析方法，该方法将Legendre-Gauss-Lobatto节点高阶谱元与微分方程数值解法相结合提高状态向量离散映射矩阵计算效率，实现了大、小径向浸入率铣削稳定性叶瓣图的高效获取。仿真结果表明，径向浸入率为0.05的铣削工况下，所提方法相较经典谱元法在分析误差不超过1%的前提下，计算时间缩短60%以上，可见所提方法在同等分析精度下显著提高了铣削稳定性分析的效率和通用性，使无颤振切削参数在线优化成为可能。
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  基于小波分解与深度学习的液压泵泄漏状态识别

  陈军江, 陈里里, 王朝宇

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 23-27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.006

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  针对液压信号高度复杂且难以识别的特点，提出了一种基于堆栈稀疏自编码器（SSAE）与Softmax的深度神经网络（DNN）来对液压泵泄漏状态信号的特征进行优化与识别。对液压泵的压力与流量信号进行5层小波分解，计算5个高频系数与一个低频系数的样本熵值作为小波特征；融合信号的小波特征与时域特征作为低阶特征，输入构建的深度神经网络进行特征优化，学习输出高阶特征，并使用连接的Softmax层完成识别任务。实验结果表明，基于堆栈稀疏自编码器与Softmax构建的深度神经网络能够学习到液压信号的高阶特征，有效完成液压泵不同泄漏状态的识别，识别精度达到99.3%。此外与随机森林与支持向量机相比，该深度神经网络具有更好的识别精度。
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  射流冲击特性与声发射信号的试验研究

  朱犇犇, 赵韡, 祝锡晶, 曹丽亭

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 28-30,35. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.007

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  为了研究水射流破岩增透能力，提高射流特性，基于声发射检测技术，从微观角度研究了射流冲击信号在岩体内部传播过程中的衰减规律。搭建了射流冲击试验平台，分别以不同的射流参数为研究对象，采集了多个位置的声发射信号。并对冲击振动噪声信号应用小波降噪和频谱分析法，进行了信号处理和分析。结果表明：纯水射流在压力10 MPa～30 MPa逐渐增加时，振动频率主要分布在1 kHz～80 kHz内，振幅比较大。当喷嘴口径0.4 mm～1.0 mm逐渐变大时，不同距离的振幅均增加；随着冲击距离的增加，而声振信号的幅值先变大，距离0.25 m后逐渐衰弱，功率谱密度（PSD）先稳定后均匀衰减。
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  高比表面积周期性多孔结构拓扑优化

  杜义贤, 罗明亮, 付君健, 田启华, 周祥曼, 孙鹏飞

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 31-35. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.008

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  为了实现具有较高比表面积的多孔结构拓扑优化，引入局部体积约束对设计域内的材料分布进行限制，基于改进固体各向同性惩罚模型的变密度法，构造多孔结构周期性约束条件，以结构刚度最大化为优化目标，建立周期性多孔结构拓扑优化数学模型，采用移动渐近线法求解，得到高比表面积二维周期性多孔结构。通过测量优化后多孔结构单胞的表面积，并与无局部体积约束优化所得多孔结构对比，本方法可通过牺牲较少的结构性能，有效提升周期性多孔结构的比表面积。
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  固定机械结合面法向接触刚度分形模型

  谭文兵, 兰国生, 张学良, 孙万, 温淑花, 陈永会

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 36-39,44. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.009

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  针对以往结合面法向接触刚度分形模型在理论计算上存在的问题，对结合面单个微凸体弹性接触阶段法向刚度，单个微凸体弹塑性接触变形阶段的法向载荷以及法向刚度进行改进，进而建立了综合考虑微凸体弹性、塑性以及弹塑性两个阶段此三种变形机制的结合面法向接触刚度分形模型。模型理论预测值与实验值的对比结果可见，所建模型能较好地预测结合面法向接触刚度，表明了其正确性与可靠性，验证了理论改进算法的有效性。所建模型可用于相关的分析与计算，为进一步对结合面动态刚度特性的研究提供了理论依据。
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  基于SAE与深度Q网络的旋转机械故障诊断

  王登峰, 胡浩, 吴建德

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 40-44. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.010

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  为了解决传统深度学习方法无法挖掘原始振动数据与旋转机械状态之间的非线性映射关系问题，提出了一种基于堆叠式自动编码器与深度Q网络相结合的深度强化学习旋转机械故障诊断方法。首先，建立故障诊断“博弈”模型从而为故障诊断代理提供观察、行动和获得奖励的交互式环境；其次，堆叠式自动编码器采用完全连接模型进行逐级的内在特征学习进一步构建了故障诊断代理，然后通过引入记忆回放和迭代更新策略以及奖励反馈机制，使得深度Q网络实现了原始振动信号与故障模式之间的非线性映射关系。实验结果显示提出的方法在滚动轴承以及液压泵故障诊断上具备较高的诊断精度，验证了该方法能够有效地实现了旋转机械端到端的故障诊断。
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  基于载荷谱的转向架焊接构架疲劳可靠性分析

  辛俊胜, 商跃进, 薛海, 杨朋朋, 张洁娟

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 45-48. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.011

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  针对轨道车辆转向架焊接部位疲劳薄弱问题，以某型高速动车组焊接构架为研究对象，采用ABAQUS建立有限元模型获得焊接构架危险区域以及该区域应力-载荷转换系数；建立动车组整车动力学模型，通过施加轨道不平顺获得构架转臂定位座处载荷-时间历程，在此基础上通过雨流计数法编制16级载荷谱。根据应力-强度干涉模型建立了构架疲劳可靠性模型，并采用一次二阶矩法分析了焊接构架可靠性和灵敏度随运行里程的变化规律。研究结果表明：车辆运行至1200万公里时焊接构架可靠度为0.998 7，满足1200万公里安全运营里程的规定；随着车辆运行里程增加，转换系数K和材料参数m对焊接部位可靠度影响显著；上述研究结果可为焊接转向架的设计以及结构改进提供参考。
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  基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

  李文振, 李富康, 蔡宗琰, 杨嘉, 杨新坤, 赵宁宁

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 49-52. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.012

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  针对蚁群算法在移动机器人路径规划中存在的稳定性不足、收敛速度慢、前瞻性差，易过早陷入局部最优等问题，优化改进了传统的蚁群算法。通过改进转移概率来优化转移规则，让蚂蚁可以精准地搜索到下一个最佳栅格位置；采用基于无限步长原理的新启发式信息来扩展视野，提高可见性精度；另外，改进算法还采用了新的信息素更新规则以加快收敛速度，扩大搜索空间。仿真结果表明，该改进算法在路径搜索效率和收敛速度方面明显优于传统蚁群算法。
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  超声螺旋磨削制孔磨削力建模与实验研究

  林佳杰, 魏昕, 杨宇辉, 汪永超

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 53-56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.013

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  为了充分发挥磨削力在超声辅助制孔加工工艺参数匹配、优化等方面的指导作用，基于压痕断裂力学理论，建立了纵扭复合超声螺旋磨削制孔加工的磨削力预测模型。搭建了磨削力测试平台，以氧化锆工程陶瓷为研究对象，开展了磨削力实验确定了模型的修正系数，并对模型进行验证。结果表明：模型预测结果与实验结果具有相同的变化趋势，且数值相近，验证了模型的正确性。在此基础上，进一步分析了工艺参数对磨削力的影响规律，发现磨削力随着超声振幅、主轴转速的增大而减小；随着螺距、螺旋进给速度的增大而增大。
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  基于三维切削力的螺旋端铣颤振稳定性分析模型

  徐尧

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 57-60. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.014

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  针对螺旋端铣过程中的颤振现象，采用三维切削力模型，提出了新的预测模型。相较于以往采用二维切削力的端铣颤振预测模型，新的预测模型主要考虑主轴刀架刀具单元的柔性，研究了螺旋立铣刀的动态稳定性问题，具有更高的准确性。通过对主轴-刀具组合的有限元建模，得到了刀尖的频率响应。采用三维切削力模型，推导了加工过程中稳定切削深度和工作速度的表达式。利用切削试验对三维稳定性模型进行了试验验证，试验得到的结果与仿真结果吻合良好，由此验证了建立的端铣稳定性预测模型的正确性，最后，对比分析了基于不同预测模型的颤振稳定域波瓣图，结果表明改进优化后的预测模型具有更高的准确性。
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  超声滚挤压轴承套圈表面残余应力预测模型建立

  刘志飞, 王晓强, 朱其萍, 王排岗, 刘立波

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 61-64,69. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.015

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  为实现对超声滚挤压轴承套圈表面残余应力的合理预测，以轴承套圈为研究对象，进行正交试验设计，分别建立了残余应力与各加工参数之间的传统BP神经网络、改进BP神经网络和遗传算法优化BP神经网络（GA-BP）数学预测模型。通过对三种预测模型进行对比分析，结果表明，轴承套圈表面残余应力预测模型预测精度由高到低依次是GA-BP、改进BP神经网络预测模型、传统BP神经网络预测模型；且GA-BP所建立的轴承套圈表面残余应力的预测模型的平均误差控制在2.58%，因此该预测模型可以进行不同参数下电轴承套圈表面残余应力的预测。
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  基于改进动态面技术的机械臂系统容错优化

  刘世平, 金向杰

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 65-69. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.016

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  为了提高机械臂系统的控制精度，建立了包含外界干扰、执行器失效故障和模型误差等不确定性的机械臂系统运动模型，通过引入动态面误差来构建改进动态面，设计了自适应律来补偿不确定性和执行器失效故障，从而提出了基于改进动态面技术的容错控制方法，并进行了稳定性分析。实验结果表明：提出的容错控制方法与传统动态面容错控制方法相比，具有更快的响应速度和更高的控制精度，在0.35 s内可稳定准确地跟踪指令信号，鲁棒控制误差和容错控制误差分别仅为0.01rad和0.05 rad，实现了包容不确定性和执行器故障的高精度容错控制。
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  电机轴承故障的多尺度排列熵特征提取与GK识别

  周永强, 卜文绍

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 70-74. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.017

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  为了有效提取电机轴承故障特征并准确识别出故障类型，提出了复合多尺度排列熵偏均值的特征参数提取和GK聚类的模式识别方法。在故障特征提取方面，使用自适应局部迭代滤波对振动信号进行分解，选择与原振动信号相关性较大的前3个分量，计算分量信号的复合多尺度排列熵偏均值作为特征参数，则每个振动信号得到了一个三维特征向量；在模式识别方面，使用GK算法对特征参数进行聚类。使用美国某大学的电机轴承数据进行效果验证，与基于EMD分解的特征参数比，ALIF分解所得特征的聚类效果更好，类与类之间区分明显，不存在交叉混叠现象，且样本围绕类心的分布更加紧凑。实验结果证明了故障特征提取方法和故障模式识别方法的有效性。
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  6R工业机器人几何求逆优化算法及仿真分析

  程浩田, 祝锡晶, 冯昕宇, 赵晶, 蔡展鹏, 丁帅帅

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 75-79. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.018

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  为提高机器人工作性能，满足实际复杂工况需求，研究了SNR3-C30型6R工业机器人的运动状态和轨迹规划。首先，根据D-H法建立机械臂连杆坐标系以及运动学方程；其次，基于其末端执行器的位姿矩阵特性，提出一种结合位姿分离思想的几何求逆优化算法，该算法利用机器人各关节相对腕部的几何位置关系来求解前三个关节角θ₁，θ₂，θ₃，然后在此基础上通过旋转子矩阵求解剩余的关节角θ₄，θ₅，θ₆；最后，在MATLAB Robotics仿真模块中对改进算法进行验证，并采用多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划。研究结果表明，改进算法具有优越性和有效性，并且当采用五次多项式插值法进行轨迹规划时机器人运行更平稳。
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  基于指定聚类数目AP算法的滚动轴承故障诊断

  杨庆勇, 刘雪涛, 倪伟, 徐飞, 蒋占四

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 80-83,86. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.019

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  仿射传播算法（AP）是目前常用的无监督聚类算法，但对于滚动轴承故障数据等数据集，AP算法往往不能一次性得到理想的聚类结果。针对AP算法在指定聚类数目下，不同的偏向度有不同聚类精度的问题，提出指定聚类数目AP算法（SNAP），该算法目的是在指定的聚类数目下，找出对应的所有聚类结果，通过聚类结果评价指标轮廓系数，找出最佳的聚类结果。该算法用机器学习公开数据集和机械综合故障模拟实验平台采集的滚动轴承数据集进行了实例验证，并与K-Means、K-medoids、AP聚类算法得到的聚类结果通过聚类评价指标进行比较，结果表明所提算法能得到较好的聚类结果。指定聚类数目AP算法能解决原AP算法在滚动轴承数据聚类数目与实际样本类别数不一致的问题，并且能得到一个更好的聚类结果。
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  基于知识的飞机结构件智能设计

  代浩, 郝博

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 84-86. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.020

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  针对飞机结构件种类繁多，不利于知识的积累和重用的问题，提出基于知识的飞机结构件智能设计。通过对飞机结构件的知识表示、规则的智能设计、参数化设计和变型设计的封装，建立了飞机结构件智能设计系统，根据实际需求选择对应的结构件，拾取构件要素和输入设计参数，实现了设计流程的规范和统一。研究结果表明，智能设计系统完成了设计知识的继承与重用，减少了设计人员的劳动时间，提高了产品的设计质量和效率，加快了飞机结构件的研发速度，为智能设计技术在飞机结构件中的设计提供了重要参考。
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  基于KPCA和优化ELM的齿轮箱故障诊断

  李梦瑶, 周强, 于忠清

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 87-90,95. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.021

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  针对齿轮箱的故障表征不明显且传统分类方法精度低等问题，提出一种基于核主成分分析（KPCA）特征提取和蚁群算法优化极限学习机神经网络（ACA-ELM）分类识别相结合的齿轮箱故障诊断方法。首先，从齿轮箱的原始信号中提取时域与频域特征构成特征矩阵，利用KPCA方法降低维度，剔除冗余信息，提取有效的特征指标；其次，利用蚁群算法（Ant Colony Algorithm，ACA）对极限学习机（Extreme Learning Machine，ELM）的网络初始权值与偏置进行优化，得到最优权值与偏置组合；最后，利用ACA-ELM进行齿轮箱故障诊断实验，同时与ELM、BP、ACA-BP、GA-ELM模型对比。实验结果表明，该方法进行故障诊断的准确率可以达到98.3%，能够有效地进行齿轮箱故障诊断。
控制与检测
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  仿人智能与滑模控制相融合的液压无模型控制

  党选举, 高建锋

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 91-95. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.022

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  针对电液伺服位置系统是一个多变量、强耦合、非线性控制系统，考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性，以及未建模动态对系统控制性能的影响，设计了一种仿人智能控制与滑模控制相融合的液压系统无模型控制。为了提高系统的响应速度和稳态精度，将仿人智能控制的偏差与偏差变化率的乘积融入到滑模控制，设计一种全新的滑模函数，与无模型控制器结合，提出改进的无模型控制器。在相同条件下，通过无模型自适应控制、无模型自适应滑模控制与所提出的仿人智能控制与滑模控制相融合无模型控制进行仿真比较，结果表明，所设计的控制器收敛快，稳态误差小，且提高对扰动和模型变化的适应性。
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  伺服系统转动惯量辨识及控制器PI参数优化

  孙彦瑞, 苏成志

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 96-99,104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.023

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  在机器人运行时，为了使伺服电机在最优性能下达到目标速度、在工作过程中有着更强的抗扰动能力，并避免出现震荡、谐振的状况，从而造成机器人运行时动态稳定性严重降低。提出一种基于非线性动态学习因子的粒子群优化算法，对普通粒子群优化算法进行改进。该算法以伺服系统控制模型中的速度控制器为核心，实时辨识负载转动惯量值，使伺服系统内部控制参数根据实际工况调节；运用该辨识值，通过计算得到速度控制PI参数值，并实时修正速度控制器PI参数值。MATLAB/SIMULINK仿真结果表明，与传统的粒子群优化算法相比，无论在电机启动过程中、还是负载扰动下，该方法都具有更快的响应速度、更高的控制精度以及更强的抗干扰能力。
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  轴向柱塞液压马达的约束旋转角度前馈控制

  赵晓敏, 郭勇

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 100-104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.024

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  为了充分利用非线性调节系统的动态特性和受约束资源，以便根据先验未知参考信号快速和精确地控制轴向柱塞液压马达，提出了一种新颖的基于平坦度的旋转角度前馈控制策略。该策略能够实时地考虑相关的状态和输入约束，即利用当前可获得的信息进行在线控制，而不依赖于在线优化。利用微分平坦度特性，通过切换状态变量滤波器，导出前馈控制器，并考虑轨迹规划器的现有状态和输入约束。最后，通过Matlab/Simulink仿真研究和轮式装载机测试进行了实验分析。结果表明，相比无约束情况下提出的旋转角度控制器的转换时间缩短了49%，具有更优的实时控制性能。
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  永磁同步电机无传感器控制及在线参数辨识

  孔丽丽, 易春求, 刘文通

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 105-107,112. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.025

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  针对传统永磁同步电机闭环控制系统存在体积大、成本高、可靠性低等缺点，提出了一种无转速传感器的闭环控制系统和电机参数在线辨识方法。在建立永磁同步电机两相静止坐标系模型的基础上，设计滑膜电流观测器估算电机的位置和角速度；考虑到电机运行过程中内部环境变化会导致电机参数变化，又设计了一种基于遗传算法的电机参数在线辨识。仿真结果表明：该组合系统能快速、准确地预估出电机的位置角度和转速，并对电机的定子电阻和电感有较高的辨识精度。能够满足永磁同步电机无传感器控制的需求。
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  基于压缩感知与多步特征学习的轴承故障诊断

  张帆, 陆见光, 唐向红

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 108-112. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.026

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  针对轴承故障诊断中产生数据量庞大，对存储和计算能力造成巨大负担的情况，提出一种基于压缩采样与多步特征提取的轴承故障诊断新方法。首先，采用压缩感知（CS）采集轴承信号；其次，使用主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）串联的多步特征提取方法PLC对未重构的采集信号进行有效特征提取；最后，通过多分类的PSO-SVM算法来训练、验证和分类轴承故障。结果表明，所提方法在正常和噪声干扰的情况下都可以保证较高分类精度的同时，减少了计算时间，测量数据量更少，减少存储需求。
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  基于GAN的刀具状态监测数据集增强方法

  牛蒙蒙, 沈明瑞, 秦波, 厉大维, 刘阔, 王永青

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 113-115,120. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.027

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  在机械加工中，刀具在异常状态下的样本数据较少，数据集不平衡，导致深度学习网络模型对刀具状态预测的准确性难以提高，因此，如何增加异常状态下的样本数据成为亟待解决的问题。针对问题，提出基于生成对抗网络的刀具状态监测数据集增强方法，生成对抗网络的生成器可以生成与原始样本数据具有相似分布的新样本，通过采集镗削加工过程中的振动信号和声音信号，利用生成对抗网络对刀具在异常状态下的样本数据进行生成，并在深度置信网络上测试新样本数据的可用性。实验结果显示，用增强之后的数据集训练深度学习网络模型，其分类精度达到99%以上，因此，该方法能有效地提高刀具状态监测的准确性。
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  基于机器视觉的电枢缺陷检测系统

  王杨, 王杰, 刘剑歌, 方夏, 李勇, 杨苗苗

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 116-120. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.028

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  为解决现阶段依靠肉眼进行电枢缺陷检测的效率低下和因为判断标准具有很大的主观性导致判别结果不稳定等问题，研究出了一种基于机器视觉的电枢缺陷检测系统。该系统可以采集到电枢不同角度的图像，并根据检测难度把每张电枢图像分为三个区域，分别由传统机器视觉算法、MobileNet-V3以及DenseNet神经网络模型对不同类型的缺陷同时进行检测。该系统所用到的数据集通过质检人员分类获得，可以保证标准的正确性。不同类型的缺陷分开检测可以提升系统的准确率，多区域同时检测可以提高系统的检测效率。实验表明，该系统在微型电枢的视觉缺陷检测上具有可靠的效果，能够应用于工业领域中并取代人工检测的方法。
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  基于神经网络的打磨机器人的力/位混合控制

  唐康峻, 王志刚, 郭宇飞, 刘磊

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 121-125. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.029

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  针对封头打磨机器人在工作过程中末端执行器轨迹跟踪和恒力控制要求与打磨机器人在封头上行走的振动抑制问题，提出一种基于神经网络的力/位混合控制方法。采用力/位混合控制器完成打磨机器人力和位置的同时控制要求。针对打磨机器人平台行走过程产生的振动干扰，设计神经网络鲁棒控制器，通过神经网络对系统参数误差和振动干扰进行抑制。仿真结果显示，该混合控制器不仅能保证打磨机器人末端执行器位置的精确控制和有效的恒力控制，而且对外界振动干扰有很好的抑制效果。
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  振动监测技术在齿轮裂纹故障诊断中的应用

  王二化, 刘忠杰, 刘颉

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 126-129. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.030

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  在对一级齿轮箱的振动信号进行快速傅里叶变换和小波包变换的基础上，提取各个小波包系数的峭度和偏态，并选择分辨率较高的小波包系数的峭度和偏态作为齿轮裂纹的故障特征。最后通过基于粒子群优化算法（Particle swarm optimization，PSO）的支持向量机（Support vector machine，SVM）模型进行齿轮裂纹故障特征分类，其中，PSO主要用来优化SVM模型的核函数的关键参数，避免出现局部最优和过拟合的问题。计算结果表明，和其它算法相比，提出的齿轮裂纹故障诊断方法在分类精度和计算效率方面具有综合优势。
工艺与装备
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  改进的蚁群算法在智能车辆路径规划中的运用

  蓝丹, 樊东红, 陈强, 危维

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 130-133,138. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.031

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  针对智能车辆路径规划问题，提出一种改进蚁群智能路径规划方法。首先，分析了传统蚁群算法的基本原理及存在的缺陷；其次，通过引入障碍物位置信息、改变启发式因子以及信息素更新方式，提出一种改进蚁群算法；最后，充分考虑智能车辆动力学约束，进一步对规划路径进行平滑和优化处理。采用栅格地图，建立智能车、车道以及动态障碍仿真场景进行车辆避障仿真实验，在存在静态和动态障碍物的不同道路环境下，均成功规划出一条路径更短且更为平滑的全局安全路径。实验结果表明所提方法能够较好地克服传统蚁群算法存在的缺陷，在提高算法效率的同时优化车辆行驶路径。
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  飞机起落架的拓扑与自由曲面形状优化

  徐浩然, 贺福强, 李赟, 薛亚军

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 134-138. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.032

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  为了深入研究飞机起落架在工作时其主要部件的受力情况，解决飞机起落架进行拓扑优化后出现的局部应力过大的问题。在经典的变密度法的基础上，选用SIMP模型作为材料的插值模型。以飞机起落架的外筒结构作为研究对象，将其单元密度作为设计变量，通过加入约束因子以控制达到相应的多元化设计要求，提出以降低飞机起落架应力值与轻量化为目标的拓扑优化数学模型。在此基础上，以选取标记处的形貌与厚度作为设计变量，将其应力最小作为优化目标，建立起自由曲面形状优化模型，获得了最优的解决方案。拓扑结果表明，其最大应力处的数值降低了11.5%，体积减少到了原来的83.6%。自由曲面形状优化结果表明，通过在标记处做3.6 mm的加厚处理，其最大应力处的数值降低了17%。由此可见，自由曲面优化可以很好的解决拓扑优化后出现的局部应力过大的问题，在强度保持不变的情况下，降低了应力，更好的改善了飞机起落架的力学性能，为后续的研究设计提供了参考。
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  基于CCD法的应变式测力仪优化设计

  郭强, 赵知辛, 薛旭东, 潘晓阳

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 139-142,145. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.033

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  为了提高切削力测量结果的精准度，通过结构优化，提高了平行八角环测力仪在同等载荷下的应变，降低应变传递误差。通过有限元方法对平行八角环测力仪进行静力学及模态分析，以提高传感器贴片位置的应变和八角环测力仪结构一阶固有频率为优化目标，在材料强度及弹性变形等条件约束下，采用基于中心复合设计（CCD）的响应面优化方法，对平行八角环测力仪进行了结构优化设计。分析结果表明，与优化前相比，其贴片位置应变值提高了11.05%；结构一阶固有频率提高9.63%。优化结果较好地提高了切削力测量时传感器的灵敏度，并改善了原结构对切削振动的抗干扰的能力，使测力仪工作更平稳。
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  缸体主轴承座侧面加工专用机床的研制

  丁伟明, 王龙欣, 陈涛, 邵志骋, 吕军

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 143-145. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.034

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  为了有效解决传统四缸、六缸及多缸发动机缸体主轴承座两侧面铸造时产生多余留量难题，文章研制了缸体主轴承座侧面加工专用机床，使用该机床加工主轴承座两侧面能够避免发动机在运转过程中连杆带动曲轴干涉的问题，同时该机床在关键部件设置了传感器，能够采集加工状态实时信息。实际运行结果表明该机床较传统机床更加稳定、可靠、高效率、低噪声、环保且维护简单。
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  基于数字孪生的装配过程质量控制方法

  郝博, 王建新, 王明阳, 赵阳, 徐东平

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 146-149,153. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.035

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  针对飞机机翼装配过程中装配累计误差大，返修率高等问题，对数字孪生技术在装配过程中的应用进行了研究。提出基于数字孪生的装配过程质量控制方法，通过构建数字孪生车间并使用各种数字化装配和检测设备对装配数据进行实时采集和分析，在研究和分析历史装配质量数据的基础上，通过Copula理论构建质量控制点之间的相关性模型，再借助装配质量熵和互信息理论构建产品装配稳定性测度模型，对装配质量控制点控制阈进行优化，预测并给出下一步的最优化装配方案，将最佳装配方案传送到物理车间进行实际装配。最后，在某车间以某型号机翼翼盒装配为例，对原型系统进行了应用验证，证实了整套方法的可行性。
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  5A06铝合金表面完整性铣削参数优化方法

  王鑫, 徐雷, 肖乃鑫, 张国锋

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 150-153. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.036

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  为改善5A06铝合金工件表面完整性，提出了一种综合考虑表面粗糙度和残余应力的多目标铣削参数优化方法。首先，基于中心复合设计实验方法，应用响应曲面法对5A06铝合金工件的表面粗糙度和残余应力建模，构建了以5A06铝合金工件铣削参数为变量，以较高的表面完整性为优化目标的多目标优化模型；其次，采用改进型非支配排序遗传算法对数学模型求解；最后，应用基于绝对理想点的TOPSIS法求解出最优解。该方法为提高铝合金工件的表面完整性提供了理论支持。
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  薄壁件非均匀余量铣削颤振稳定域分析与试验研究

  王开发, 吴雁, 郑刚

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 154-157. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.037

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  针对复杂曲面薄壁件加工过程中半精/精加工工艺中铣削颤振问题，以整体叶轮为例，提出一种可以明显增加叶片刚度的整体叶轮非均匀余量加工工艺优化方法。借助有限元分析软件获取工件工艺系统的固有频率和模态质量，计算出两种叶片加工工艺系统的模态刚度。基于再生型颤振分析理论建立了均匀余量和非均匀余量叶片铣削加工稳定性极限叶瓣图。对均匀余量和非均匀余量两种叶片进行切削试验验证，证明了该非均匀余量工艺优化设计策略可以明显提高加工系统刚度，对整体叶轮实际加工和生产有一定的指导意义。
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  基于机械臂的35 kV交流输电线路直线塔无人机检修作业系统设计

  张伟龙, 纪广裕, 苏国庆, 贾巨泰, 钱永生, 梁鑫钰, 杜强, 王辰羽, 王文月

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 158-162. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.038

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  无人机检修作业已成为架空输电线路日常运行维护的重要手段。当检修系统接近线路作业时，高电压、大电流、强电磁环境均容易对系统造成破坏。基于35 kV交流输电线路直线塔检修作业的实际工况，提出了一种基于机械臂的无人机检修作业系统设计方法，建立了35 kV输电线路无人机检修作业有限元模型，主要研究了输电线路周围电场对所设计系统的影响，最后搭建了35 kV线路无人机检修作业真型试验平台对系统进行加压测试。仿真与试验结果表明，检修作业系统能够满足35 kV架空输电线路的检修技术要求。该研究成果可为35 kV输电线路多旋翼无人机检修作业系统的相关部件设计与防护提供技术保障。
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  椭圆振动车削316L不锈钢仿真分析

  李莹, 张敏良, 董慧婷, 陈佳鑫, 刘晓峰

  组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(4): 163-168. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.04.039

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  为探究椭圆振动车削（Elliptical Vibration Turning，EVT）316L不锈钢过程中振幅、频率、切削速度对切削力的影响，利用有限元软件ABAQUS建立切削仿真模型，进行不同振幅、频率、切削速度下的切削过程进行对比研究。研究结果表明：与常规车削316L不锈钢相比，EVT方式可以降低切削过程中的Mises应力、切削力、切削温度，是改善316L不锈钢加工的有效方式；EVT方式下切削力随着振幅和频率的增加而降低，随着切削速度的增大而增大，振幅、频率、切削速度对切削速度方向的切削力影响更显著。