组合机床与自动化加工技术

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饶期捷, 黄海松, 张松松

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 1-5. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.001

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针对传统机器人结构化示教抓取无法满足智能制造生产过程中实际抓取需求的问题，对机器人在非结构化场景下的多目标灵活抓取进行了研究，在分析了传统机器人抓取检测方法的基础上以智能协作式机器人Baxter作为操作对象，融合机器视觉技术提出了一种基于改进的Canny边缘检测和Hough变换的机器人抓取检测分类算法，并最终实现了机器人的目标抓取。通过实验证明，该算法能够有效提升Baxter机器人在完成抓取任务过程中的精准性和鲁棒性，该研究对智能制造环境下的机器人灵活抓取任务实现有着重要的案例参考意义。

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基于永磁同步电机的飞机舵机电动负载模拟器设计

刘晓琳, 马丽霞

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 6-10,15. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.002

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针对飞机舵机电动负载模拟器存在工作性能差的问题，提出了基于永磁同步电机的复合控制策略。该方法在负载模拟器数学模型中引入力矩速度反馈环节，再结合模糊积分滑模控制与扰动观测器对永磁同步电机调速控制器进行设计。MATLAB/Simulink仿真结果表明，该方法不仅提高了负载模拟器的加载精度、响应速度，而且能够保证系统的稳定性和鲁棒性。

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六自由度机械臂运动学旋量逆解及简化算法

刘国平, 杨先永, 钟飞飞, 王大海

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 11-15. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.003

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针对一种前3关节轴线交于一点的六自由度机械臂，提出一种旋量理论结合已知panden-kahan子问题的逆解方法；首先利用关节轴线交点将六自由度机械臂的逆运动学问题进行拆分，然后利用panden-kahan子问题求出前3关节、第5、6关节分别交于一点，第4关节偏移中心轴线的六自由度机械臂逆解；针对传统的旋量逆解方法过程和结果存在复杂性，提出一种旋量、几何法、欧拉角相结合的简化方法，对逆解算法进行大幅度简化。最后进行算法实例验证，结果表明该方法正确有效，算法简单，精度高，旋量逆解精度在10^-13数量级，为路径规划和实时控制提供了良好的算法基础。

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考虑多影响因素精密机床主轴轴承试验台研制

王铁映, 朱强, 袁峰, 秦东晨

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 16-18,23. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.004

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针对精密机床在不同工况条件下的运转特点，对影响机床主轴轴承精度保持性的原因进行研究，研制了适合作用在不同预紧力、转速、外载荷、安装方式等多种试验条件下的精密机床主轴轴承试验台。介绍了试验台的技术方案和设计参数，绘制了试验台二维、三维模型图，并对试验台轴系、基座等关键零部件进行有限元分析。结果表明，试验台关键零部件均满足设计要求，试验台设计方案合理，能够稳定运行，可以满足多工况下精密机床主轴轴承试验的要求。

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基于二元正态分布匹配和非线性优化的激光SLAM研究

陈智君, 郝奇, 伍永健, 郑亮

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 19-23. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.005

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AGV自导航的关键之一是拥有高精度地图，因此激光SLAM (同步定位与建图)地图构建系统非常重要。针对现有算法精度和效率的不足，该研究建立了一个适用于AGV上的激光SLAM系统，并进行了测试和实现。首先，系统由激光雷达获取激光帧，进行滤波处理，并由第一帧激光帧初始化自由概率地图；其次，将t-1时刻激光帧进行二元正态分布化，由t时刻激光帧在t-1时刻激光帧的相关区间进行投影和概率打分，找到离散最优解；其次，由二元正态分布概率密度函数和双三次插值的自由概率残差构建目标代价函数，在离散最优解位置进行非线性优化，得到最优解位姿；最后，将激光帧投影到地图中的最优解位姿，进行地图更新。结果表明，该算法匹配精度高，算法耗时少，满足AGV工业精度和实时性要求，对AGV在实际工业环境的应用具有重要意义。

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柴油机剖分式轴承孔接合面错位变形分析

孟昭航, 周平, 张振宇, 马伟, 丁泽

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 24-28. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.006

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柴油机剖分式轴承孔的加工通常采用螺栓预紧后组合加工的方式，其加工精度会对滑动轴承服役过程中的受力状态产生显著影响，进而影响使用寿命。针对实际工艺过程中，剖分式轴承孔出现的轴承孔变形、接合面错位等问题，建立了预紧过程中柴油机轴承孔变形的有限元分析模型，对剖分式轴承孔的变形特性进行了定量分析，对接合面摩擦系数、预紧力矩等影响因素进行了研究。通过实验验证了建模过程的正确性和仿真结果的有效性。结果表明：预紧力作用下，轴承孔内缩变扁，曲轴箱刚度低于气缸体，接合面两侧发生错位变形。随着接合面摩擦系数增大，预紧过程错位变形减小，宏观平面度不变的情况下增大接合面粗糙度可增大接合面摩擦系数，减小错位变形。随着螺栓预紧力矩增大，预紧过程错位变形增大，接合面接触变形导致边界非线性问题，但预紧力矩和错位变形仍保持线性关系。

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钛合金超声椭圆振动铣削残余应力有限元仿真

申奥, 牛雪梅, 闫献国, 陈峙, 黄尧, 樊佳琪, 孟宇

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 29-32,37. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.007

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为了分析在超声椭圆振动铣削加工中振动参数和切削参数对TC4工件残余应力的影响，运用ABAQUS有限元软件模拟了钛合金超声椭圆振动铣削加工过程。采用单因素试验法和正交试验法，研究进给方向上振动参数和切削参数对工件残余应力的影响，并用极差法分析实验数据得到其优化参数组合。研究表明，在钛合金超声椭圆振动铣削加工中，对工件的残余应力影响因素从小到大依次为：切削速度，幅值，振动频率，每齿进给速度；在一定的研究范围内，振动频率和振幅的增大，刀具和工件接触时间更短，切削热更易消散，导致残余应力减小；切削速度和进给速度的增大，加剧了刀具和工件之间的摩擦，产生更多的切削热，导致残余应力增大。

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五轴立加床身静动态特性分析与筋板拓扑优化

张浩, 胥云, 廖映华, 熊奉奎

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 33-37. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.008

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为减轻某五轴立加床身的质量并保证其静动态性能不降低，对其筋板进行改进。首先，对床身的静动态特性进行分析，发现床身的薄弱部位；其次，在此基础上，分别以刚度提高和固有频率提高为优化目标对床身进行拓扑优化；最后，考虑床身结构改变后铸造的难易程度，根据静动态分析结果以及两次拓扑优化材料去除区域重合部分对床身筋板进行改进。结果表明：改进筋板后，床身的铸造难度没有增加，最大变形量减小了14.9%，质量减轻了4.4%，前4阶固有频率也有不同程度的提高，为床身筋板结构的改进提供了一种思路。

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基于一维CNN与BiLSTM结合的轴承故障诊断

吴楠, 王喆

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 38-41,45. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.009

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针对传统故障诊断方法没有充分利用故障数据的时序特点，提出了一种一维CNN与双向LSTM网络相结合的智能轴承故障诊断方法。构建的深度模型以原始采样数据作为输入，减少了人工提取特征的偏见，充分利用了卷积神经网络在特征提取上的优势，在浅层使用卷积神经网络，并加入BiLSTM挖掘一维振动信号中的时间序列信息，实现了更为准确的轴承故障诊断。使用BiLSTM-CNN模型，分析了不同的优化器和激活函数的诊断结构，通过不同参数的结合确定了效果最好的参数组合。实验结果表明，以混淆矩阵、准确率为评价依据，该方法与传统机器学习模型、CNN、LSTM模型进行对比有更好的性能，在变负载情况下实现了准确,稳定的轴承故障诊断性能,具有良好的泛化能力。

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永磁同步直线电机推力波动试验台设计与分析

施志平, 张君安, 李博, 刘波

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 42-45. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.010

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在目前永磁同步直线电机推力波动性能测试试验台的研究中，存在着导轨和加载形式单一的问题，因此设计了一种将无杠气缸作为加载形式，以PMSLM驱动气浮导轨进行推力波动性能测试的试验台。该推力波动性能测试试验台运用气体润滑技术使得组件沿着气浮导轨移动保证了运行的直线精度。对该试验台的整体结构进行了设计和论证，结果表明：导轨面的最大变形量在0.97～1.13 μm之间，气浮导轨的最大应变是1.44×10^-5，气浮导轨的最大应力为2.96 MPa，说明其具有机械精度高、运动直线度高、安装维护容易等特点，能够达到预期的设计目的。

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永磁无刷直流电机的力矩波动分析

荆福琪, 蔡家斌, 潘正, 石晓洁, 宋军军

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 46-51. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.011

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针对永磁无刷直流电机的力矩波动问题，对力矩波动的原因及其现象进行了分析,获得各种故障导致的力矩波动信号特征。搭建了一种新型测试力矩波动的实验平台，对某微型永磁无刷直流电机进行力矩波动测试，测试得到的数据进行基于力矩波动成分的谐波分析，提取出由于故障状态引起力矩非正常波动的谐波特征。通过横纵对比电机不同转速和负载情况下的频谱图、时频图以及能量功率图等发现：该电机在低转速时并无故障，但达到中高转速时会发生力矩波动，经分析后得出此现象是齿槽效应、电流换相或转子旋转体不平衡所引起的。

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基于Hu矩模板匹配和目标跟踪的ROI实时自动提取

姚卫杰, 朱华炳, 殷玉龙

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 52-56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.012

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在基于机器视觉的智能化在线测量等应用领域，需要实时自动地提取图像中的感兴趣区域(regions of interest,ROI)，以提高在线测量的计算效率和自动化程度。研究了Hu矩的数学模型，分析了Hu矩模板匹配算法和目标跟踪算法的各自优势和不足，针对现有Hu矩模板匹配算法无法实现对目标实际大小的自适应以及计算量大、现有目标跟踪算法需要人工手动划定初始跟踪目标等问题，提出了一种将变模板尺寸的Hu矩模板匹配算法和目标跟踪算法相结合的方法，将变模板尺寸的Hu矩模板匹配算法得到的自适应ROI提取结果作为目标跟踪算法的初始跟踪目标，实现了ROI的实时自动提取。实验表明，变模板尺寸Hu矩模板匹配算法能够根据实际场景中目标所占画面比例提取到合适大小的ROI，在将其作为初始跟踪目标输入KCF目标跟踪算法后，应用于1920×1200尺寸的图像能做到平均8帧每秒的实时ROI提取。

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锯齿形微通道散热器性能的实验研究

李志斌, 彭毅, 杨雄

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 57-61. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.013

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微通道散热器具有优良的换热性能，在日益高度集成化的电子器件中有着广泛的应用。设计并加工了一种锯齿形通道和蛇形通道组成的锯齿形微通道散热器。蛇形微通道部分于流体的均匀流动，锯齿形微通道部分主要用于热交换。以去离子水作为冷却工质,在恒定温度75℃加热锯齿形微通道散热器的底面，实验研究了迎流角分别为30°和45°的两种锯齿形微通道散热器。实验结果表明，在流速为10 g/min～45 g/min时，30°及45°迎流角的锯齿形微通道散热器最大的平均传热系数分别为1 170.87 W/(m²·K)和768.98 W/(m²·K)，最小热阻分别为0.001 5 m²·K/W和0.002 2 m²·K/W。同时，30°迎流角的锯齿形微通道散热器的压降小于45°迎流角下的锯齿形微通道散热器，但45°迎流角下的锯齿形微通道散热器具有更好地温度均匀性。因此，30°迎流角下的锯齿形微通道散热器具有更优良的传热性能。

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基于支持向量机的船用柴油机装配质量预测

方喜峰, 于超, 章振, 张胜文

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 62-66. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.014

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针对船用柴油机整机装配工序复杂、零部件种类多、多工序并行作业难度大，导致装配质量稳定性与一致性差等问题。基于粒子群-支持向量机建模原理，提出一种船用柴油机装配质量预测方法，以提高船用柴油机装配质量。通过对船用柴油机装配质量特性影响因素分析，结合灰色关联和主成分分析原理，筛选出关键装配质量参数作为支持向量机输入变量，利用粒子群优化算法对支持向量机预测模型关键参数进行优化，并结合实际装配参数，对预测模型进行了验证。结果表明，基于粒子群优化支持向量机的装配质量预测方法能够提高预测精度，缩短预测时间，为装配过程控制和异常诊断提供技术支持。

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面向WSNs节点数据采集的无人机Voronoi图路径规划

王正才, 彭红

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 67-70,74. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.015

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尽管利用无人机能够提高收集无线传感网络内节点数据的效率，但无人机的移动路径是一个非凸的优化问题。为此，提出基于Voronoi图的无人机路径规划(VDO-UAV)算法。VDO-UAV算法旨在保证收集所有节点数据的前提下，缩短无人机遍历路径。先对Voronoi图进行修改；再利用Voronoi图的顶点或边与参考路径的交点或Voronoi中心构建UAU盘旋的位置；并优先利用Voronoi图的顶点作为无人机盘旋的位置，进而尽可能在一个盘旋位置收集更多节点数据。仿真结果表明，提出的VDO-UAV算法缩短了UAV遍历路径，并降低算法的复杂度。

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基于单元模型的复杂轮系运动方案设计

陈志, 方振, 马雅丽, 沈瑞豪, 闫立山

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 71-74. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.016

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根据轮系设计的单元模型组合思想，建立了一种复杂轮系运动方案设计的方法。基于复杂轮系的单元模型组成方法，创建了运动特征状态方程，完成了将基本传动单元的运动特征方程到数学模型的转换过程；根据轮系的单元组合约束条件与串并联组合方式，建立了传动方向转换矩阵的分解算法；再将基本传动单元组合后，可得到轮系运动方案。通过实例分析，表明该方法的准确高效，可以得到输入输出端确定的复杂轮系的所有运动方案，为轮系设计提供了一种新的理论分析方法。

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固定结合面法向接触阻尼三维分形模型

兰国生, 李祥, 孙万, 张学良, 冀成龙, 李声祺

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 75-80. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.017

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基于分形理论，考虑了摩擦因素的影响和微凸体的变形过程，将结合面法向接触动力学模型等效为弹簧和粘性阻尼器,建立了固定结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型。仿真结果表明，结合面法向接触阻尼系数随着分形维数、无量纲分形粗糙度参数增大而增大，随着无量纲法向接触载荷增大而减小；结合面无量纲法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大，随着应变指数的增大而减小；无量纲法向接触载荷，无量纲分形粗糙度参数以及摩擦系数对结合面无量纲法向接触阻尼的影响趋势均与分形维数所处范围有关。

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基于改进BP神经网络的机床温度预警

李泽阳, 郑飂默, 李备备, 刘信君

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 81-84,89. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.018

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为了避免温度过热对数控机床的影响，在对BP网络模型原理分析的基础上，针对BP算法收敛速度过慢的缺陷进行自适应学习率改进，设计了一种基于数控机床温度传感器采集的实时温度预警模型，然后利用MATLAB平台对实验数据进行了仿真分析。实验结果对比表明，采用自适应学习率改进的BP神经网络在误差精度0.01的条件下，迭代次数相较标准BP算法更少，收敛速度更快，模型预测结果与真实测得的温度数据比较具有较高的准确率，可以达到温度预警的效果。

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基于机器视觉的两自由度机械臂智能控制器

刘志立, 宋昌林, 李军民, 刘涛

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 85-89. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.019

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为了实现对不同结构的两自由度机械臂的控制，基于机器视觉技术和强化学习技术设计了智能控制器。该智能控制器的强化学习模型是深度确定性策略梯度算法，使用卷积神经网络设计了的传统深度确定性策略梯度算法的演员-评论家网络结构，以此使得深度确定性策略梯度算法能够处理图像矩阵信息。以两自由度机械臂的控制理论为前提，利用不同结构的两自由度机械臂控制输入值数量相同的特点，并结合设计了的深度确定性策略梯度算法设计出适用于不同结构的两自由度机械臂智能控制器。仿真结果表明了该智能控制器在不配置任何两自由度机械臂结构模型先验知识的情况下，分别就三种不同结构两自由度机械臂进行训练，训练完成后该智能控制器确实能够控制三种不同结构的两自由度机械臂并使其迅速到达目标位置，验证了使用同一个智能控制器经过不同的训练后能够实现对不同结构的两自由度机械臂的控制。

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永磁同步电机无位置传感器混合控制策略

曲浩, 曲宝军, 周海安, 王艺淇, 魏家晓

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 90-93,99. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.020

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针对内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统零速低速运行时有用信号信噪比低，电机的反电势小；中高速运行时电机转子会产生明显的磁链或者反电动势，进而导致难以提取转子的位置及速度信息的问题，提出了一种高频信号注入法与自适应状态观测器相结合的混合观测控制策略。首先，在电机零速低速运行时注入高频电压信号，转子位置误差信号通过对高频电流幅值的处理来获取；其次，在电机中高速运行时提出一种改进的基于电流自适应状态观测器的转子位置及速度估测策略；最后，将上述两种策略相结合，对所得到的位置误差信号进行归一化处理，以加权的方式对归一化后所得到的位置误差信号进行计算，从而得到转子的位置和转速信息。仿真和实验结果表明了该策略具有良好的稳定性和动态性能。

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基于高斯过程回归的足式机器人触地检测研究

刘恒力, 刘清宇, 郭永兴

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 94-99. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.021

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触地检测通常利用安装在足端的力传感器来实现，但这也增加了腿部的转动惯量和成本，且安装在足端的传感器在冲击作用下容易损坏。针对该问题，利用高斯过程回归预测的方法，建立单腿的逆动力学模型实现无力传感器的足端力估计和触地的检测；提出利用规划运动轨迹上的状态点而非整个工作空间上的状态点来学习动力学模型的策略；利用多个采样周期的角速度来学习机器人的逆动力学模型，避免了角加速度的计算。最后，通过Simulink对基于高斯过程回归预测模型的足端力检测进行了仿真，结果表明基于高斯过程回归的模型能有效地检测出机器人足端触地状态。

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多材料复合3D打印控制系统开发

罗亚勋, 刘清涛, 贺朝霞, 赵云贵

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 100-102,106. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.022

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传统的3D打印机难以满足现阶段3D打印产品的个性化、复杂化需求，针对这一问题，提出了可实现多材料多打印工艺复合制造的集成工艺3D打印机，对打印头集成系统、成型平台系统、辅助系统做了整体方案设计；利用控制板设计了打印机的控制系统，保证各个模块可以协同作用完成打印工作；选用PLA和导电银两种材料，FDM和微笔直写两种工艺，使用该集成工艺3D打印机打印出了结构与电路一体化的3D打印产品，验证了复合3D打印控制系统的可行性和实用性。

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无人机高精度定位和视觉自动跟踪融合技术

陈玉权, 翟学锋, 宋煜, 吴媚, 张星炜, 曹世鹏

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 103-106. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.023

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输电线路是电网系统的重要组成部分，是支撑国民生产和生活的运输命脉，因此通过线路巡检来保证电力传输安全至关重要。针对无人机在巡检过程中遇到障碍物集中、视线差等复杂环境时难以做到高精度合理避障的不足，研究引入位置信息融合即时定位与地图构建算法，使用扩展卡尔曼滤波器作为数据融合方法，采用实时动态技术，结合了高精度的定位信息与其他传感器获得的参数，在飞行控制中进行逻辑数据融合，将滤波器输出的位姿信息反馈到无人机飞行控制终端，来提高无人机的定位精度与导航能力,以此调整飞行控制方式与飞行机制，做到准确避障，实现自主飞行。

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磁导航AGV路径跟踪控制系统设计

苗静静, 牛萍娟

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 107-110,116. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.024

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针对磁导航自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)的路径跟踪问题，以前轮舵机转向、后轮电机差速驱动型AGV为研究对象，首先对AGV进行运动分析，建立了前轮转角与后轮转速之间的关系，提出了一种改进的模糊PID控制算法分别设计了转向模糊控制器与转速模糊控制器，实时根据路况合理调整舵机转角和电机转速，使前轮配合后轮转向运动，提高路径跟踪精度。在MATLAB中对算法进行验证，结果表明该方法有效减小了系统的超调，缩短了系统达到稳态的时间，AGV车沿设定路径行驶时，控制精度在±5 mm以内，实现AGV车的稳定运行。

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基于迭代学习的机器人自适应滑模控制

席万强, 宋莹, 宋长坡, 王尧尧

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 111-116. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.025

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针对非线性强耦合、参数复杂且不确定以及干扰未知的机器人轨迹重复跟踪控制问题，提出一种基于迭代学习技术的自适应鲁棒控制策略。在迭代学习的基础上，引入自适应滑模控制器，以提高系统的鲁棒性；接着，对控制器进行了稳定性分析；最后，分别基于两种工况对该控制器的特性以及对随机干扰的抗干扰性能进行了仿真实验，结果表明基于迭代学习的自适应滑模控制相比于比例微分型迭代学习鲁棒性更强，轨迹精度更高且平滑。

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基于射影变换的圆点标定板自动识别研究

付生鹏, 赵吉宾, 夏仁波, 李论

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 117-121. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.026

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快速准确提取标定板的图像信息是进行相机参数标定的前提，提出了一种基于射影变换的圆点标定板全自动识别方法。使用一种包含两种大小标志圆点的标定板对相机进行参数标定，首先，对标定图像进行阈值分割，获得标定板所在区域；其次，提取标定板上的标志圆并进行椭圆拟合，按一定顺序获得5个用于确定标定板方向的大标志圆；最后，利用射影变换原理对所有的圆点进行精确排序，从而获得图像圆心坐标与已知标定板坐标值的一一对应。通过实际实验验证了该识别方法快速、有效、准确率高，能在一定的角度范围内实现标定板的自动识别。

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基于非参数统计量的多元控制图研究

郭佳晟, 刘以建

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 122-124,129. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.027

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多元控制图是现代工业生产中常用的质量控制方法。传统控制图需要假定数据的分布情况，常为多元正态分布，但在实际生产过程中过程数据的分布情况难以作出简单假定。针对这一情况，需要采用非参数(Nonparametric)控制图，即不依赖数据分布就可以对分布的参数作出判断。提出结合Wilcoxon秩和检验和Ansari-Bradley检验的非参数控制图(WAB控制图)，同时监控分布的位置和尺度参数，放大监控效果。通过蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟法分析了WAB控制图在过程失控时的性能表现，并与T²控制图进行比较。结果表明WAB控制图具有良好的稳定性和灵敏性。

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基于彩色图像模板匹配的PCB多缺陷集中检测

贾正伟, 黄海松, 张松松

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 125-129. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.028

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在PCB工业现场进行缺陷检测过程中使用二值化图像过程过于复杂、易受光照、油污多种环境因素影响，且只能每道工序对单一缺陷进行检测等问题，提出了一种最新的基于彩色图像的快速模板匹配方法(BBM)。该方法的本质是最佳模板相似度，它基于计算源对目标集合中的点对进行最佳伙伴配对，其中每个点是模板点的最佳伙伴对，寻找模板补丁；BBM具有两个关键优势，首先可以抵抗背景杂波和噪声引起的离群值，其次它可以同时一次性完成PCB各类缺陷的检测。最后试验表明，该方法可以快速准确的完成PCB缺陷板的识别，比目前流行的深度学习方法，操作方便，耗时短，精度高，完全适用于目前企业的需求。

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基于机器人的风电轮毂螺栓视觉扭力工具设计

苏军英, 李雪萍, 肖铁忠

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 130-132,137. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.029

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风力发电机组等大型装备零部件螺栓的紧固及上扭是制造过程中的关键工序之一。针对风电设备轮毂系统螺栓紧固现有技术存在的问题进行分析，提出了基于视觉技术的自动扫描三维模型重构、螺栓孔位自动定位及装配路径自动规划的全新工艺方案；在此基础上，设计了将螺栓自动紧固、上扭分开的基于机器人的整体布局方案，并对自动专用紧固工具、变位机等关键部件的结构及工作原理做了详细阐述；最后，利用现有设备做了验证试验，结果显示：轮毂系统螺栓装配时间由原来的5工时缩短至2工时，螺栓的装配过程完全实现自动化，合格率达到100%。

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面向充电机器人的充电插座定位

赵翔, 刘华锋, 戴敏, 肖伟, 赵彦涛

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 133-137. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.030

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针对充电机器人插接充电枪的控制要求，提出了充电插座定位方法。采用九点标定法确定机器人OYZ平面偏移量与成像平面变化量之间的映射关系；通过示教确定标准拍摄位置、拍摄距离及充电插座的标准位置及其在采集图像中的像素坐标。定位时，激光测距仪确定充电插座相对标准位置的X轴距离变化量，同时机器人移动到检测拍摄位置，由单目视觉系统通过形状模板匹配和映射关系确定充电插座在OYZ平面的偏移量，最后，结合标准位置获得充电插座的空间位置。实验验证和样机测试表明，定位误差小于0.5 mm，成功率超过95%，准确性和可靠性满足充电机器人应用要求。

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基于点云数据的固体随形填隙垫片快速成型方法

葛恩德, 张博添, 刘学术, 李汝鹏

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 138-141,144. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.031

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针对航空结构中固体填隙垫片加工效率低、精度差的实际问题，提出一种基于点云数据的装配间隙数字化评估及填隙垫片快速成型方法。首先，针对装配组件点云数据虚拟装配过程中定位参考判定困难的实际问题，提出利用定位螺栓作为参考依据并建立点云数据中定位参考信息提取方法；其次，创建了基于定位螺栓的装配组件点云数据虚拟装配操作流程，给出了点云数据装配间隙计算方法，并依据装配间隙三维模型生成驱动机床自动化加工的G代码，实现固体随形填隙垫片的快速成型；最后采用试验对所提方法的有效性进行验证，结果表明从点云数据中获取构件几何信息的误差约为1.5%。

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液压铰链铆钉自动装配机构设计

赖玉活, 龙裕嘉, 黄艳, 林伟健

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 142-144. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.032

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针对液压铰链生产过程中铆钉穿钉困难，导致铆钉难以实现自动化装配的问题，设计了一种液压铰链铆钉自动装配机构。文章主要对机构的工作原理和机械结构的设计进行详细介绍，该机构主要由送钉机构，穿钉机构以及引针机构所组成，实现了铆钉的自动上料和分料、以及铆钉的自动定位和穿钉。其结构简单且工作稳定，装配速度能够稳定在1.5 s/件，现已应用于多种型号的液压铰链生产线中。其工作原理具有一定通用性，且为铆钉的自动化装配提供了新方案，值得推广。

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汽车发动机缸体自动清洗专用机床设计

王刚, 肖铁忠

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 145-147,152. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.033

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针对某发动机缸体机械加工后清洁度存在的问题及控制要求，在分析机器人清洗及专用机床清洗工艺及应用特点之后，选择“专用机床+旋转变位机+可换定位机构”的工艺及设备方案；根据确定的工艺方案，在充分考虑加工及上下料方便、自动化程度及密封等因素的基础上，确定了采用“十字”数控滑台拖动清洗水枪、旋转变位机自动定位夹紧工件并对工件清洗过程进行准确变位及采用上下料机构进行自动上下料的立式专用机床整体布局方案；设计了设备专用夹具、上下料机构等的结构。实际生产表明：单台设备实际年生产纲领达到13万件左右，生产效率及清洁度均达到设计要求。

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纳米Ag-Zn双层点阵涂层制备方法与表征

赵一舟, 土旗, 蔡家斌, 唐正强

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 148-152. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.034

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纳米银离子与锌离子具有良好的抑菌性能，而Ag-Zn混合涂层中离子相互作用产生生物耦合电磁场，能促进受损细胞的增殖和生长，有益于伤口组织愈合，可作为新型复合材料运用于医疗卫生行业中。以多孔阳极氧化铝薄膜为辅助衬底，利用直流-交流射频双向磁控溅射沉积方法，制备出性能良好的纳米Ag-Zn双层点阵涂层。通过扫描电子显微镜、X-射线能谱分析仪和接触角测量仪等分析手段对其分析。结果表明溅射时间及功率对点阵形貌有较大影响，当银粒子与锌粒子沉积厚度各为50 nm时，获得的涂层点阵层表面规整光滑且高度有序，点阵单位元呈圆球状，表面粗糙度为52 nm，接触角为103.6°，其带有一定自清洁功能。

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结构化砂轮拓扑磨削鱼鳞表面原理及仿真分析

许刘宛, 吕玉山, 李兴山, 衣军任, 齐永超

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 153-156,161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.035

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为了磨削出鱼鳞表面的几何形貌，基于对鱼鳞表面形貌的特征分析，建立了鱼鳞表面数学模型。依据建立的鱼鳞表面数学模型，结合磨削运动原理以及点集拓扑学理论的分析，设计出了一种用于磨削鱼鳞表面的结构化拓扑砂轮。依据磨粒平面运动轨迹方程，讨论实现鱼鳞表面磨削的条件，并通过MATLAB对设计的砂轮进行磨削运动学仿真，获得了鱼鳞表面结构。仿真结果表明：使用设计的结构化砂轮磨削工件表面可以获得鱼鳞表面，当保持砂轮转速不变时，改变砂轮进给速度、磨削深度对鱼鳞表面磨削结果均能产生不同的影响。

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90°弯管冲蚀磨损仿真分析

董争亮, 阮超, 白立强, 李莹, 霍军周

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 157-161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.036

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在石油行业中，冲蚀磨损已成为输送管道损坏的一个重要原因。针对石油输送管道中90°弯管内壁冲蚀严重的问题，采用CFD数值模拟的方法对液固两相流弯管冲蚀进行研究，并对数值分析模拟结果采用最小二乘法进行非线性拟合，获得了颗粒直径、颗粒质量流率、流体速度、流体粘度、管道直径、管道弯径比等因素对90°弯管冲蚀磨损的影响规律，同时提出了一个包含多因素耦合的冲蚀磨损预测模型。研究表明，随着流体速度和颗粒质量流率的增大，冲蚀磨损呈幂指函数增加；随着管道直径、管道弯径比、流体粘度和颗粒直径的增大，冲蚀磨损呈幂指函数减小；提出的冲蚀预测模型计算结果与实验结果相比误差为27.9%和26.5%。

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曲线拟合的机械臂避障轨迹规划及仿真分析

陈雨, 张晋轩

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 162-164. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.037

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以埃夫特机械臂为研究对象，求解其正运动学解。结合实际生产中存在机械臂动作路线有障碍物的特殊情况，需要重新规划线路绕过障碍物达到目标点。首先分析了关节空间和笛卡尔空间两种不同轨迹规划方法，两者均达不到目标要求，最后采用最小二乘法拟合三维空间路径点的曲线，让机械臂沿着拟合曲线成功绕过障碍物。仿真结果表明，其各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线光滑连续，无拐点、间断性变化，保证机械臂稳定平顺的运作，避免了突变引发的冲击震荡，降低机械性损伤，有效地提高机械臂的稳定性能和使用寿命。

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发动机缸体预加工自动生产线工艺分析

吴嘉明

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 165-167. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.038

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为提高发动机缸体加工的自动化程度，最大限度减少生产线操作人员，降低人为因素产生的质量风险，通过对工件各面孔系及其结构特点分析，设计研制了机加工工序集中程度较高的铝合金缸体预加工生产线，选用双交换台卧式加工中心实现在一台设备上完成全部预加工内容，并采用关节机器人实现机床自动上下料；其它清洗、检漏工序也按物料自动识别自动行走方案来设计；实际应用结果表明生产线布局紧凑，人为原因的质量问题大大减少，人员只需线头上料和线尾检查两人即可，达到了较好的预期设计效果。

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狭小空间内螺栓自动拧紧方法试验研究

陈翔宇, 刘明洋, 徐志刚

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 168-171. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.039

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航空发动机内部空间狭小，提出一种自动拧紧方法，将拧紧分为一次拧紧过程和二次拧紧过程。针对二次拧紧展开研究，研究扭矩法和扭矩-转角法的加载步长、转动角度和初始力矩对拧紧力矩的影响，验证自动拧紧方法的可行性和力矩一致性，通过对试验结果分析，验证了扭矩-转角法能够提高扭矩稳定性，分步加载方法可以提高螺栓拧紧质量，扭矩-转角法的扭矩值与转动角度之间呈现线性关系，初始扭矩值越小能有效提高扭矩控制精度，扭矩-转角法显著降低扭矩衰减。

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离散型加工车间MES终端设计与开发

杨工研, 程金石, 王德权, 张兆一

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 172-174,179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.040

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通过深入离散制造企业机加工车间长期陪产研究，分析离散机加车间整体业务流程，结合管理信息系统的理论提出了基于离散型加工车间的MES终端系统。使用Web方式，结合HTML、CSS、JavaScript技术，在Vue框架下完成了MES工作站的开发。解决了企业工时统计不准确，零件信息无法追溯，设备维护不及时，无法查看机床设备实时状态等问题，增加了车间设备利用率，提高了车间工时统计精准度，也使生产信息可以追溯至零件，达到了生产车间信息化管控的目的，推动了企业的信息化进程。

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工业云环境下服务的搜索与匹配

赵柱, 宋士琳, 孟璐, 马沁怡, 周茂军

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 175-179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.041

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随着工业云环境下的制造服务和需求的逐渐增多，如何快速而准确地在众多资源中寻找到最适合的服务就显得格外重要。提出一种工业云环境下服务的搜索与匹配方法。首先对服务资源和服务需求进行标准化描述和标注，在信息解析器的基础上对资源与需求间进行逐级匹配，且提出一种对属性指标权重的赋值法，为用户提供更符合要求的云服务。并且在文章最后经过案例验证，证明了该方法能够较为准确的在候选资源中筛选出合适的服务。

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基于强繁殖NSGA-Ⅱ算法的柔性车间调度多目标优化

朱旭东

组合机床与自动化加工技术. 2021, 0(9): 180-184. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2021.09.042

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为了实现减少车间完工时间、机器总负荷和车间能耗等优化目标，提出了基于强繁殖NSGA-Ⅱ算法的柔性车间调度优化方法。对柔性车间调度问题进行了描述，建立了车间调度的多目标优化模型，给出了调度问题编码和甘特图解码方法。以NSGA-Ⅱ算法为基础，根据繁殖能力的不同将染色体分为强繁殖子群和普通子群，两个子群根据自身特点使用不同的遗传操作，从而给出了强繁殖NSGA-Ⅱ算法。将强繁殖NSGA-Ⅱ算法应用于柔性车间调度优化，改进算法求解的Pareto解集分布优于传统NSGA-Ⅱ算法；选择一个折中解进行验证，强繁殖NSGA-Ⅱ算法解的甘特图完工时间、机器总负荷、车间能耗均小于传统NSGA-Ⅱ算法解的参数，验证了NSGA-Ⅱ算法在柔性车间调度多目标优化中的优越性。

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2021年, 第0卷, 第9期　
刊出日期：2021-09-20

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