组合机床与自动化加工技术

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沈孝龙, 王吉芳, 郭子昇, 马飞

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 1-6. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.001

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为简化机械臂逆运动学求解，提高逆解精度，增强方法通用性，利用群智能优化算法，将逆运动学求解变为最优化问题。首先，根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数，结合柔顺性与能耗约束构建适应度函数，使机械臂在满足位姿误差要求时还具有最佳柔顺性与较低能量消耗；其次，为使位置和姿态收敛精度统一并控制进化方向，引入位姿平衡系数与位姿误差调节系数；然后，对经典DE算法的初始种群产生策略、变异因子和越界个体处理方法与进化模式改进，提高算法的收敛精度与速度；最后，对6R机械臂进行不同改进算法的MATLAB仿真实验。结果表明，所提算法收敛精度高、速度快。为验证算法的普适性，对冗余机械臂进行逆解实验，成功率100%。

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优化改进A和动态窗口法的机器人路径规划

辛鹏, 马希青

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 7-10. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.002

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针对传统A^*算法规划的路径理论上不是最优，路径中存在较多拐点和冗余路段等问题，通过3个步骤进行改进。首先，扩展A^*算法的搜索邻域，用于减少路径规划子节点数，打破了路径搜索方向仅为0.25π的限制；其次，改进代价函数，提高搜索效率，对改进A^*算法规划的路径通过提取关键点进行优化，剔除冗余节点和冗余路段；最后，将优化后的路径以相邻节点分段使用改进动态窗口法进行规划，融合算法分别与传统A^*算法与传统动态窗口法对比。研究结果表明，融合算法安全性更高，路径更短，且能够实现避开动态障碍物。

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基于扰动观测器的PMSM滑模控制

谭光兴, 苏荣键, 岑满伟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 11-14,19. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.003

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为了解决永磁同步电机传统调速系统的响应速度慢、有超调、鲁棒性差及抖振过大问题，提出了一种积分变结构与扰动观测器复合的滑模控制方法。该方法设计了一种积分型的滑模变结构控制器，并引入新型趋近率，对PMSM调速系统的稳态及动态性能有了较大的提升；在此基础上利用扩张观测器估计的扰动值进行速度控制器的补偿，提高滑模控制的鲁棒性。仿真结果表明，调速系统无超调，调节时间为0.012 s；突加负载时，恢复稳态时间为0.018 s，且转速只下降16 r/min，该控制方法有效增强了系统动态性能和抗干扰性能，并抑制了滑模控制的抖振。

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基于数字孪生自动色环机的设计知识图谱研究

王佳皓, 张太华

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 15-19. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.004

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结合数字孪生和知识图谱技术，对自动色环机设计知识图谱进行研究。首先，进行了基于数字孪生的虚拟设计与本体建模；其次，建立了基于数字孪生和知识图谱的自动色环机设计框架，包含初本体建模、知识抽取、知识融合与知识推理；最后，结合强化算法和蚁群算法，建立了知识推理算法框架模型，将蚁群算法中的信息素作为策略网络进行实体间的路径选择，并对蚁群算法中的信息素更新进行了改进与比较，最终训练得到了预期结果。

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基于小波与Retinex原理的锈蚀图像特征增强

陈法法, 潘瑞雪, 杨蕴鹏, 肖文荣, 陈保家

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 20-23,27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.005

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为更好地判断金属材料的锈蚀程度，针对低照度金属锈蚀图像存在的亮度不高和细节信息不明显的问题，提出了基于小波变换和Retinex原理的图像特征增强算法。首先，将原始锈蚀图像的色彩空间转换HSI空间，保持饱和度分量和色调分量不变，对亮度分量I进行小波分解；其次，对分解后的高频分量和低频分量进行自适应增强，重构后的图像经Retinex原理进行多尺度增强改善图像亮度。实验结果表明，对锈蚀低照度图像的增强效果明显，能较好地改善图像的整体亮度，对细节信息的保留和增强效果明显。

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基于图像处理的磨粒特征定量分析系统

王磊, 宋彬, 张磊, 黄传辉

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 24-27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.006

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为了提高铁谱图像的分析效率并提取磨粒的特征参数，提出了一种基于图像处理的磨粒特征定量分析方法，并在LabVIEW平台上进行了设计与实现。首先，对铁谱图像联合背景纠正法进行局部阈值分割以降低不均匀光照的影响；其次，通过形态学运算断开磨粒间的黏连，填充内部孔洞；最后，在LabVIEW平台上开发了磨粒特征定量分析系统，实现了磨粒几何参数的测量并与相关文献及软件的结果进行了对比分析。实验结果表明，该系统能够在不均匀光照的条件下实现磨粒图像的阈值分割，定量输出磨粒覆盖率及每个磨粒的面积、最大直径、圆度等特征参数并可保存至数据库文件中，达到了设计要求。

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面向UAV的绳驱动空中机械臂动力学建模分析

梁栋, 丁力, 黄明, 曹杰

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 28-31,35. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.007

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为解决空中机器人与外界环境交互作业问题，设计了一种面向UAV的绳驱动空中机械臂系统，并研究了其系统建模方法。首先，设计了绳驱动空中机械臂的虚拟样机，详细地介绍了其机械结构、工作原理以及绳索解耦方式；其次，综合牛顿-欧拉法、拉格朗日法、旋量理论、空间算子代数理论4种方法推导出了整个系统的正反向运动学模型和正反向动力学模型；最后，通过仿真算例对绳驱动空中机械臂的性能进行了模拟评估。结果表明，所建立的绳驱动空中机械臂系统模型是合理有效的，能较为准确地反映系统的动态特性，所提出的综合建模方法对其它多刚体系统的建模具有一定的参考价值。

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基于特征分割识别的点云配准

卢文翔, 熊瑞平, 徐毅松, 杨康, 李华

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 32-35. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.008

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针对大型工业零件难以一次扫描点云模型的问题，基于工业零件包含大量规则面（平面、柱面、锥面）的特点设计了一种点云的自动配准方法。首先，提出一种基于生长区域算法的点云配准预处理算法并实现，将点云基于曲率变化和连续性分割成多个子点云，再基于特征面提取出子点云的特征属性（法线、轴线）；其次，设计出一种点云粗配准方法并完成粗配准并求解变换矩阵；最后，结合ICP完成精确配准，对工业喷涂零件完成仿真配准实验。实验结果表明，两配准点云在实验后重合度较高，与传统ICP配准比较，在针对包括工业零件在内特征属性丰富的点云有着更好的配准精度和效率。

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矢量解耦下的五轴数控系统路径平滑算法

石继超, 赵现朝, 霍晓锐, 黄孟杰

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 36-42,47. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.009

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为保证五轴机床加工过程平滑稳定，提出一种矢量解耦下的五轴数控系统路径平滑算法。五轴数控系统加工路径通过对一系列离散控制点连接的线性路径进行平滑生成，分别进行折线段夹角局部平滑及总体全局平滑。局部平滑中对加工路径矢量进行解耦，分别对路径形状以及方向进行平滑。针对路径形状平滑，通过加工误差建立误差约束，以及确保形状平滑建立路径形状G2连续约束，以最小化路径形状曲率以及路径形状误差为优化目标建立数学模型，通过Q-Learning算法学习路径形状最优解；针对路径方向平滑，根据加工过程方向变化率与曲率大小反比建立数学模型，通过离散积分求解不同路径位置处的方向。全局平滑将局部平滑得到结果进行平滑拼接。经过仿真分析验证了算法的有效性。

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基于实效边界模型的微阀关键特征公差设计

王琦琛, 高润鑫, 曾俊添, 张东旭, 葛胜祥, 夏宁邵

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 43-47. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.010

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为减少微流控芯片流道中的试剂残留，避免因微阀转动将残留试剂带入到其他生物化学反应中，对影响微阀流道端口对准精度的关键特征进行公差设计。首先，利用实效边界法，建立微阀流道端口重合面积与微阀各关键特征公差值之间的数学模型；然后，利用COMSOL仿真软件，得到满足实验要求的最小流道端口重合面积，进而求得公差值；最后，通过实验验证，该公差设计下的微阀可以减少试剂残留，实效边界法的可行性得到证明，提出一种不依赖人工经验的公差设计方法，对通用性微阀的公差设计提供了一种参考。

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PCD刀具断屑槽参数仿生群算法优化

陈舜青, 董小伟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 48-51,56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.011

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为提高PCD刀具使用寿命和Ti6Al4V钛合金工件表面质量，改善断屑效果，建立直线圆弧形断屑槽PCD刀具车削仿真模型，通过响应面法研究断屑槽参数（前角α、棱带长度L、曲率半径R）对切削力、刀尖温度和工件表面残余应力的影响，建立切削性能随断屑槽参数变化的二次多项式回归模型，应用方差分析和显著性检验验证模型的准确性。根据线性加权法，构建以切削力、刀尖温度和残余应力为目标的多目标优化模型，通过仿生群算法进行断屑槽参数优化。实验结果表明，PCD刀具断屑槽最优参数为前角α=30°、棱带长度L=0.1 mm、曲率半径R=0.42 mm。优化断屑槽参数后的PCD刀具能够有效降低切削力、刀尖温度和工件表面残余应力，改善断屑性能，形成规则的螺卷屑或长紧卷屑。

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双丝杠同步控制误差建模与仿真分析

许向荣, 尚彤

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 52-56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.012

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为解决双丝杠进给系统同步控制误差过大的问题，建立了双丝杠进给系统的机电耦合仿真模型，并基于模糊控制与滑模控制理论，设计了单轴模糊滑模跟踪控制器，以减小滑模控制产生的抖振现象，同时提高单轴跟踪精度以及响应速度；为解决双丝杠运行时存在的参数不匹配和耦合问题，采用模糊PID交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制，以提高两轴同步性，减小同步误差；最后进行了MATLAB/Simulink建模与仿真分析，仿真结果表明，在理论上能够提高单丝杠的信号跟踪精度87.09%，并且减小双丝杠两轴之间的同步运动误差86.79%。

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基于改进PSO的模糊PID打磨末端执行器控制系统

周子杰, 欧道江, 周学成, 陶建华

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 57-61. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.013

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针对工业机器人进行接触式打磨作业时打磨工具与工件的打磨力的要求，提出了一种基于改进粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）的模糊PID控制的打磨末端执行器控制方法。通过结合改进PSO算法，智能优化整定传统PID控制器的控制参数K_p、K_i、K_d初值，再通过模糊控制器在线调整PID参数。采用MATLAB/Simulink组件建立基于改进PSO的模糊PID控制系统仿真模型。最后，搭建基于Codesys的力控打磨末端执行器实验平台，对打磨末端执行器输出的打磨力进行实验验证。仿真和实验结果表明，通过基于改进粒子群算法的模糊PID控制可实现对打磨末端执行器的控制，具有较好的控制精度以及稳定性。

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基于VMD-SPWVD-CNN的滚动轴承故障智能诊断

刘世林, 陈里里

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 62-65,69. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.014

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针对传统的故障诊断方法依赖经验进行人工提取特征的问题，基于变分模态分解（VMD）和平滑伪魏格纳分布（SPWVD）并结合卷积神经网络（CNN）提出了VMD-SPWVD-CNN模型用于滚动轴承故障诊断。首先，利用VMD对轴承振动信号进行处理，分解为多个具有不同中心频率的模态分量；其次，对信号的每个模态分量分别进行SPWVD计算，将每个分量的计算结果累加得到轴承信号的二维时频图；最后，将时频图作为ResNet18卷积神经网络的输入，自动提取图像的深层特征完成滚动轴承的故障诊断。对10类轴承故障进行多次故障识别，该方法的平均准确率提升至99.56%，能有效地完成滚动轴承故障类别以及损伤程度的精确判定。

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自适应滑模观测器PMSM无位置传感器控制

冯仁宽, 何志琴

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 66-69. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.015

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针对永磁同步电机的无传感器控制转子位置和转速估计误差和抖动的问题，结合自适应算法设计了一种新型的自适应滑模观测器来估算电机的转子位置和转速，并使用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性。由于滑模变结构对电机参数依赖小、鲁棒性强，但自身机制引起的系统抖振会影响对电机转子位置和转速的估计。为了降低抖动，采用继电特性的连续函数代替符号函数sgn （s）；为提高反动势的估计精度，采用自适应环节代替滤波器；为减少转子位置和转速的估计误差，采用锁相环代替反正切函数估计位置和转速；并对上述算法进行仿真。结果表明转子转速的稳态误差为0.5 r/min，位置稳态误差为0.025 rad，较传统的滑模观测器分别提高了95%和33.3%。

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基于SVD和VMD的轴承微弱故障特征提取及分析

蔡康林, 王林军, 徐洲常, 刘洋, 陈保家

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 70-73,78. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.016

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针对轴承微弱故障时冲击信号含有大量噪声且难以提取故障特征频率问题，提出了一种基于奇异值分解（SVD）和变分模态分解（VMD）的轴承故障特征提取方法。该方法先对原始信号进行SVD去噪；再对去噪信号进行VMD分解，得到各个本征模态函数（IMF），根据最大中心频率原则和各个本征模态与去噪信号的相关系数差值确定分解个数，通过加权峭度指标来筛选IMF分量进行重构；最后通过对IMF重构信号进行包络谱分析清晰看到故障特征频率。仿真分析和两种不同轴承试验的结果表明，所提出的方法可有效地抑制噪声，并能得到反映实际故障信息的信号。

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基于前缘特征标定的叶片型面光学检测

郑昊天, 殷鸣, 王宗平, 欧登荧, 谢罗峰, 殷国富

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 74-78. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.017

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针对叶片型面检测，设计开发了一套基于线激光轮廓传感器的四轴检测系统，提出了一种基于前缘局部特征标定转轴中心的叶片型面检测方法。首先，结合倾角传感器和叶片基准面特征实现了系统位姿校准；其次，提出了基于协方差矩阵的叶片前缘特征匹配算法，完成了系统转轴的标定和多视场数据坐标系的建立；最后，对两块典型汽轮机叶片进行测试实验。测试数据与三坐标机的实测数据对比表明，型面待测型线的平均偏差在0.018 mm以内，标准偏差小于0.01 mm。验证了该方法面向叶片型面检测的精确性与可行性，具有良好的应用前景。

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全矢与SGMD-FastICA的轴承故障诊断

曹亚磊, 杜应军, 韦广, 董辛旻, 刘洋

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 79-82,87. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.018

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针对滚动轴承故障诊断中存在的故障信号特征不全面且易被噪声污染等问题，基于全矢和辛几何模态分解（SGMD），提出了全矢与SGMD-FastICA方法。首先，使用SGMD对水平方向X和竖直方向Y的故障信号进行分解，并通过综合指标将分解信号分为故障重构信号和噪声重组信号；其次，通过FastICA实现对故障重构信号与噪声重组信号的盲源分离；最后，利用全失谱技术对水平方向和竖直方向的盲源分离的有效分量进行融合，并使用Teager能量算子（TEO）对全矢融合信号进行解调分析。通过对滚动轴承振动信号的实验和对比分析，验证了所提方法的优越性和可靠性，在滚动轴承故障诊断领域具有一定的实用价值。

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无监督对抗迁移学习轴承故障诊断

袁海飞, 尹洪申, 俞啸

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 83-87. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.019

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针对轴承故障诊断中数据标签获取困难、变工况诊断准确率低下、模型诊断泛化能力弱等问题，提出了一种无监督对抗迁移学习轴承故障诊断的方法（MSWDCNN-DA）。首先，将源域与目标域的振动信号经过一层大卷积核，提取轴承故障的短时特征；其次，根据不同卷积核获取的感受野不同，通过两个3×1、5×1的卷积核更加全面地获取不同层次的信号特征；然后，通过域对抗迁移模块，更好地对齐源域和目标数据之间的分布；最后，进行故障分类。通过在某大学轴承数据集中的实验，证明该模型在不同工况的数据集中都有较高的诊断准确率，表现出模型良好的泛化能力。

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永磁同步电机直接转矩控制系统优化

李红岩, 程涛

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 88-91,95. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.020

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为改善传统直接转矩控制低速时的控制性能，分析了传统直接转矩控制系统产生磁链和转矩脉动大、响应速度慢、抗干扰性差的原因，利用空间矢量脉宽调制技术可合成任意空间电压矢量的优点结合定子磁链的观测值与定子电流的比值和定子电阻变化相反的特点，设计了能在线实现定子电阻跟踪的空间矢量脉宽调制直接转矩控制系统。在MATLAB/Simulink上建模仿真对比，结果表明该控制系统确实能改善由于定子电阻值变化而带来磁链估计和转矩估计不准确的问题，提升系统响应速度，改善磁链和转矩脉动，优化直接转矩控制系统的性能。

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基于多元高斯分布的零件尺寸异常检测

吴林慧, 何毅斌, 陈宇晨, 杜伟, 汪强

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 92-95. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.021

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针对零件尺寸异常检测中废品样本难以获取，并且特征维度不高的特点，提出一种建立基于数据分布特性的多元高斯分布模型对零件尺寸是否超差进行异常检测的方法。首先，通过利用极大似然估计计算模型的参数；其次，为了简化协方差矩阵求逆时的复杂性，使用平方根分解优化模型；最后，利用问题转化后的改进粒子群优化算法求解最优阈值。实验中将零件的长、宽、圆的大小作为模型的输入，通过真实数据验证该方法的准确率达到97.5%，耗时缩短到2.433 s，性能显著提升，表明此方法可以有效应用于尺寸超差故障检测。

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多监控数据融合下的铣削刀具磨损量预测

陈熠道, 黎明柱, 邓小龙

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 96-100,104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.022

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提出多监控数据下的刀具磨损精确估计神经网络模型，将多传感器信号数据处理成三种时间特征数据，利用三个相同的子模型分别对特征数据进行处理，并作为多层全连通网络的输入，进而实现刀具磨损的最终估计。使用的子模型结合了Transformer模型和自注意力机制，利用长短期记忆网络（LSTM）增强了刀具磨损的数据获取能力，提高了模型的性能。通过实际铣削数据集的多个实验，验证了该方法的有效性，与其他方法进行了比较，验证了该方法的优越性。

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基于单神经元自适应的五相SRM直接转矩控制

胡春龙

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 101-104. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.023

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针对开关磁阻电机严重的非线性和大的转矩脉动等问题，选用五相电机为研究对象，对直接转矩控制方法进行了分析与研究，提出了一种单神经元自适应PID与传统PI复合的新型控制策略。通过速度误差限进行快速切换，在大速度误差下利用神经元自学习能力输出可调PID参数控制调速，小速度误差下采用传统PI控制调速，使系统误差快速减小并保持稳定。对控制系统进行了仿真实验，仿真结果表明，这种控制策略能够有效减小转矩脉动，调速性能优秀，并且避免了电机非线性、多变量、强耦合等问题，系统动静态性能良好。

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树脂结合剂金刚石磨粒把持固结行为分析

刘永胜, 郭磊, 靳淇超, 刘瑞虎, 王家庆, 姬云霄, 明子航

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 105-108,113. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.024

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深入讨论了磨粒形状、固化温度以及磨粒出刃高度对其在树脂基体中把持固结行为的量化影响，揭示了单颗金刚石磨粒在固结磨料磨具树脂基体中的预受力状态。实验结果表明，在磨粒-树脂固化过程中，同等粒径磨粒中形貌特征为正八面体时磨粒受基体固结把持力最大，正二十面体的固结把持力最小，且最小把持力约为同等条件下最大把持力的十分之一；在树脂的固化温度范围内，当磨粒固化温度按5℃的变化量递减时，固结把持力则按2%的变化量减小；磨粒固结把持力随磨粒出刃高度增大而减小，当磨粒形状为十二面体时二者之间近似存在二次关系。

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对光源环境鲁棒的铣削表面粗糙度分类检测

易怀安, 陈永伦, 廖晨, 陈秋嫦, 赵欣佳

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 109-113. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.025

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针对当前基于神经网络的铣削表面粗糙度视觉检测方法，大多结合加工工艺参数，且要人为地设计图像评价指标，并且拍摄过程对环境光源严重依赖的问题，提出了一种基于卷积神经网络的铣削表面粗糙度分类方法。该方法采用白天和黑夜的光照环境分别拍摄实验图片，经过端到端的图像分析，利用卷积操作和综合处理得出粗糙度分类模型，可对表面粗糙度进行分类预测。试验结果表明，该方法能够实现自动特征提取，避免了特征提取，且无需结合加工工艺参数，并对拍摄的光源环境不敏感，为表面粗糙度实现在线视觉测量提供了可能。

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基于PLCopen Safety的数控系统安全PLC软件系统

刘武垚, 朱志红, 吕晓凡, 刘东辉

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 114-117,122. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.026

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为了规范和简化符合功能安全标准的PLC开发流程，使用顺序功能图实现了PLCopen Safety标准规定的安全功能块，并集成到Beremiz开发环境中。针对数控机床的运行特点，基于PLCopen Safety标准设计了安全PLC的软件系统，配合相应的安全硬件可以实现对数控系统的安全监控。经过实验表明设计的安全系统可以稳定可靠实现安全功能，对开发符合功能安全的PLC软件具有一定的指导意义。

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六相永磁同步电机转矩波动抑制研究

于仲安, 沈林辉, 梁建伟, 郭春燕

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 118-122. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.027

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为了进一步降低电机的转矩波动，针对24槽10极六相永磁同步电机提出了一种定子采用非对称槽孔，转子采用非对称磁障相结合的非对称结构，通过有限元软件对电机的输出平均转矩、齿槽转矩以及空载感应电动势等性能进行分析计算。结果表明，新型非对称结构能进一步降低转矩波动，并且电机的总体性能也能得到小幅度的提升，验证了该新型非对称结构的有效性和正确性。为了改善电机的性能，以齿槽转矩和输出平均转矩为优化目标，对电机进行优化设计。结果表明，对电机的参数进行优化能有效地改善电机性能，验证了优化方法的有效性和有限元分析的正确性。

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发动机缸体清洗机可视化监控系统

汪兴, 程金石, 王德权, 张兆一

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 123-125. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.028

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通过对发动机缸体清洗机工艺流程的详细分析，运用物联网与计算机技术研发了发动机缸体清洗机可视化监控系统。可视化监控系统采用与PLC直接通信方式实现了数据通信，并将这些数据保存到数据库中，通过对采集到的数据进行加工和处理实现了设备实时状态监控、生产计划管理、设备定期维护，解决了设备生产效率低、利用不充分、信息不透明等问题，保障设备稳定高效运行。通过可视化监控系统实现了企业对设备的智能化、信息化管理，提高了企业的设备管理水平。

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改进状态方程的电动静液作动器稳定位置跟踪

朱新波, 刘亮龙, 唐海涛

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 126-129. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.029

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针对由伺服电机惯性引起的电动静液作动器（electro hydrostatic actuator，EHA）控制性能不良问题，提出了一种采用改进状态方程的EHA稳定位置跟踪方法。首先，对伺服电机惯性产生的谐振进行了分析，构建了EHA系统动力学模型；其次，对传统谐振系统的状态方程进行了改进，提出了一种基于负载侧位置/速度/加速度和相对速度的状态方程，以便解决漏油现象导致的角度漂移对控制稳定性的影响；最后，在所提改进状态方程的基础上设计了一种全状态反馈控制器来抑制系统谐振。通过带机械臂的液压系统实验，对该全状态反馈控制器进行了验证。研究结果表明，与比例-积分-微分控制器和比例-比例-积分控制器相比，所提方法夹在抑制相位滞后的同时，也抑制了稳态误差，有效排除了漏油的影响，获得了最佳的稳定位置跟踪性能。

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驻退杆外圆珩磨装备结构设计

李天宇, 朱祥龙, 董志刚, 康仁科, 任慧民

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 130-133. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.030

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针对驻退杆外圆表面在加工后表面粗糙度一致性差，加工及测量效率低等问题，结合驻退杆的结构特点及使用需求，突破在位测量关键技术，设计了驻退杆外圆珩磨装备。采用全浮动分体式定压进给珩磨单元对驻退杆外圆表面进行珩磨加工，可在驻退杆外圆表面形成交叉网纹，有利于油液储存和油膜保持。基于比对式测量法的在位测量系统采用接触式测量仪，通过两点法计算驻退杆指定截面的直径和圆度。

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基于蒙特卡洛的同轴度误差检测测点优化

黄美发, 苟国秋, 唐哲敏, 梁健伟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 134-138. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.031

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针对当前零件同轴度误差检测测点数偏多问题，提出一种基于蒙特卡洛法的同轴度误差检测测点优化方法。在给定零件加工方法下，通过分析零件误差来源预测零件尺寸误差；根据误差来源和同轴度公差工程语义构建零件表面形状模拟函数；利用表面形状模拟函数构建测点集模拟函数，通过同轴度误差评定方法分析给定零件测量截面数与误差评定值的关系，并进一步基于蒙特卡洛法分析批量零件的最佳测量截面数。最后，以某阀芯为例，通过模拟仿真分析该零件最佳测量截面数，并以三坐标测量机验证得到该零件最佳测量截面数。实例结果表明，采用所提出的测点优化方法使单个截面上测点数减少983个，截面数减少246个，能有效减少测点数，提高测量效率。

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机器人自动打磨焊缝装备与实验分析

田凤杰, 韩晓, 李论

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 139-142. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.032

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为了实现机器人自动打磨焊缝且余高0.2 mm的加工要求，进行了机器人自动打磨焊缝试验平台的搭建和实验研究。分析了可控焊缝余高的打磨理论，采用力控去除和定尺结构相结合的方法，完成了试验平台的搭建和焊缝打磨头的设计，选取多组工艺参数进行实验验证和结果测量。实验结果表明，采用力控去除和定尺结构相结合的机器人自动打磨平台可以良好地实现余高可控的焊缝自动打磨加工要求，焊缝打磨后余高一致性良好，表面粗糙度均匀稳定，能够代替人工打磨作业要求，为焊缝自动打磨提供了参考依据。

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基于粒子群算法的装配公差组合优化

秦桢, 唐秋华, 魏国前, 孙伟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 143-147,152. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.033

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现有装配公差设计方法分别考虑各特征参数对装配误差的影响，忽视了特征参数间的耦合关系，需对各特征参数进行联合优化。为此，以手术机器人为例，基于每种特征参数，分析小位移旋量平动和转动矢量边界约束，提出雅克比旋量最值模型，并基于此建立装配末端累积误差优化模型。设计改进粒子群算法，引入交叉和变异算子促进粒子间信息共享；设置罚函数动态调整交叉和变异概率；引入反向学习策略更新机制，深挖参数之间的关联性。实验结果显示，求解30次末端误差均为0.063 3 mm，算法运行时间在1 s以内，证明了所提出算法具有较好的收敛性，比常规蒙特卡洛法运算更快、所求解更优。

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考虑运动学误差的框架锯主运动系统动力学分析

孙同岩, 张进生, 孙德鹏

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 148-152. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.034

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针对框架锯主运动系统双连杆长度误差引起的锯框运动稳定性、可靠性差，造成石材板材加工形面精度低的问题，考虑主运动系统运动学误差，探究其动力学参数变化规律。以双连杆长度存在误差的主运动系统为研究对象，建立了主运动系统的运动学模型，并基于达朗贝尔原理建立了动力学模型。基于MATLAB分别对运动学与动力学模型进行了求解，分析了运动误差的变化规律，并得出了连杆长度误差对其受力的影响特性。研究结果表明，将各构件x和y方向受力独立分析，较传统仿真分析方法精确度提高了15.49%；锯框加速度的变化影响主运动系统各构件的受力，连杆长度误差的存在导致其加速度存在偏差（0.096 m/s²），且连杆受力随加速度幅值的增大逐渐增大（1200 N）。

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滚动直线导轨校直压头与支撑结构优化

顾頔, 黄鸿坤, 黄强强, 欧屹

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 153-156,161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.035

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依据弹塑性变形原理，分析了导轨在压力校直过程中的变形情况，在现有基于初始弯曲曲率的导轨校直行程计算公式以及导轨校直过程中挠曲线变形方程的基础上，对全自动导轨校直机的压头与支撑进行了优化设计，通过增加圆弧结构，减少压头支撑变形，提高校直质量；通过ANSYS软件对校直过程进行有限元仿真，发现优化后，压头支撑变形减小到了优化前的36%，导轨直线度误差减小到了优化前的30%，从而证明该优化结构更适用于全自动导轨校直机。

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面向抛磨机器人的高精度力控装置设计与分析

熊次远, 杨桂林, 刘立涛, 冯凯, 陈庆盈, 张国龙

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 157-161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.036

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针对目前抛磨机器人气动式末端力控装置普遍存在响应速度慢、力控精度低的共性问题，设计了一种基于音圈电机直驱的高精度末端力控装置。通过将氮气弹簧和音圈电机并联的方式，使之在具备高力控精度和高响应速度的同时还具备良好的缓冲性能；通过引入拉伸弹簧，进一步提高了系统的响应速度和力控带宽；通过将氮气弹簧安装在中空音圈电机内部，保证了其结构紧凑。建立了氮气弹簧弹力和位移的关系模型和系统的动力学模型，并对弹簧刚度进行了优化。最后，研制出系统样机并开展了实验验证，结果显示该力控装置响应时间小于0.1 s，力控制精度为±0.1 N，其力控性能明显优于传统的力控装置。

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周盘式制动器热-结构耦合分析及实验研究

程燚, 苏旭武, 石康, 夏海龙

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 162-166,170. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.037

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对后驱动单轮周盘式制动器进行了研究，探究周盘式制动器的生热机理，建立热-结构耦合仿真分析，预测制动器可能出现的失效形式。在试验台架上进行了连续制动实验，为新型制动器提供理论和实践的支撑。通过定时记录不同测量点的温度变化，结合台架实验可以看出，随着循环制动的进行，每次制动周期的最高温度基本上呈梯度式增加，而且实验和仿真结果基本吻合，实验和有限元仿真的最大误差为8.29℃，验证了有限元分析的可靠性，为之后的生产设计和整车实验提供理论依据和实验支撑。

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直驱H型平台的Laguerre迭代轮廓控制研究

魏惠芳, 王丽梅

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 167-170. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.038

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针对直驱H型平台在跟踪大曲率复杂轮廓时，轮廓精度低的问题，提出一种精密轮廓跟踪迭代控制方法。采用有理多项式求根的方法精确计算在大曲率高速运动过程中的轮廓误差精确模型，应用Laguerre迭代估计方法结合交叉耦合控制器设计了综合考虑多轴协同运动的控制方案，以切实保证此类系统在实际应用中的高性能轮廓跟踪。系统实验结果表明，该控制方法能够减小系统的轮廓误差，提高直驱H型运动平台的轮廓跟踪精度。

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基于GA-BP算法优化陶瓷加工参数及材料属性

王抒怀, 马廉洁, 闫坤杰, 周云光

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 171-174,179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.039

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对4种常见的工程陶瓷进行车削实验，获得不同工艺参数下对应的切削温度和表面粗糙度。基于单因素实验和GA-BP神经网络的预测值，建立了切削温度和表面粗糙度关于工艺参数及材料属性的一元模型。通过对一元模型进行分析提出了多元模型假设。基于正交实验，利用GA算法对模型中的未定系数进行求解。对该模型的验证实验结果表明，最大误差小于10%。搭建了基于切削温度和表面粗糙度的双目标优化模型。求解该模型，获得了一组最优参数，通过追加实验验证了该参数的合理性。

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油动多旋翼无人机发动机喷油补偿控制设计

周晗, 姜文辉, 于海生, 张永伟, 胡为

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 175-179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.040

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油动多旋翼无人机用汽油机在高海拔环境下易油气失配使得燃料燃烧恶化，导致其动力性能降低。基于此，针对多旋翼无人机用二冲程活塞式电喷汽油机，结合多旋翼无人机特性，提出一种自适应高海拔的喷油补偿修正控制系统，该系统将传感器采集到的进气负压、进气温度、缸体温度以及氧含量传输到发动机控制器，控制器根据传感器数据计算出喷油量补偿值，最后由驱动控制电路控制输出喷油脉冲信号，实现实时精准控制喷油脉宽。半物理实验表明，改进后的电喷发动机在不同海拔高度相同油门条件下，转速最大值差值不超过200 rpm且发动机油门响应时间不超过200 ms，一定程度上提高了动力性能。

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基于卡尔曼滤波算法的刀具磨损状态预测

王全, 靳伍银

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 180-183,188. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.041

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针对机加工过程中的刀具状态预测问题，利用随机森林算法良好的多分类能力，提出一种基于卡尔曼滤波算法刀具状态分类监测模型。以铣削力信号作为状态监测信号，通过卡尔曼滤波以及前一次走刀过程的铣削力建立状态预测方程，对下一次走刀过程中的铣削力进行预测；将预测的铣削力分别在时域、频域与小波包分析中提取特征值，然后利用训练好的随机森林模型对提取的特征值进行识别，预测下次走刀过程的刀具磨损状态。数据处理的结果表明，该方法可以有效地预测出下次加工是否会进入磨损阶段，在整体状态识别中准确率为98.73%。

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基于视觉的工业机器人下料与铣边操作

周志军, 李鹏飞, 蓝伟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 184-188. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.042

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针对传统工业冲压或注塑成型零件生产上的智能化水平低的问题，提出了一种基于视觉编程的工业机器人下料与铣边操作方法。通过视觉技术与工业机器人相结合，推导了一种工业机器人下料与铣边路径点计算公式，并设计了基于视觉的下料与铣边操作软件与硬件系统；该方法采用Eye-in-Hand手眼放置方式对工件进行定位抓取，采用Eye-to-Hand手眼放置方式提取工件边缘轮廓，通过路径点计算公式获得工业机器人下料与铣边轨迹点。经实验测试，工业机器人进行40次下料抓取的成功率为97.5%，满足一般抓取要求；铣边平均计算误差为0.14 mm，实际加工后的最大误差不超过0.48 mm，满足一般铣削要求。研究结果表明，运用视觉技术将下料与铣边操作有效结合有利于提升生产线智能化水平，具有实际应用价值。

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基于DMAIC的变压器生产质量改进研究

黄鹏鹏, 王锟

组合机床与自动化加工技术. 2022, 0(4): 189-192. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2022.04.043

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针对H公司电子变压器产品合格率低导致的生产成本增加与客户满意度降低现象，利用六西格玛DMAIC方法对A变压器生产质量问题进行改进。首先，通过SIPOC流程图与帕累托图分析确定需要改进的目标为焊锡不良；其次，在对测量系统和过程能力判定的基础上，利用故障树与比率检验分析，找出关键影响因素为激光点焊机参数设置不合理；最后，通过DOE部分因子试验确定最佳点焊参数，并制定相关改进方案。改进结果显示，A变压器的合格率由91.13%提升至98.20%，实现了产品质量改进的目标。

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2022年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-20

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