2020年, 第0卷, 第7期　
刊出日期：2020-07-30

  

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刀具应用技术
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  面向鼓形插削让刀机构的共扼双凸轮廓线设计

  刘福聪, 汪忆慧, 吕宁

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 17-21. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.001

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  提出了一种用于数控插齿机鼓形齿插削的让刀机构，其让刀轨迹由共辆双凸轮实现，能够克服鼓形齿插削过程中冲击振动大、稳定性差及精度低的问题。让刀机构设计的核心是共枙双凸轮的廓线设计。在给定让刀机构共枙双凸轮基本参数的基础上，以实现插齿让刀运动轨迹无柔性冲击为目标，进行了凸轮转角分配，选定了五次多项式为凸轮廓线过渡曲线，推导了共扼双凸轮各段轮廓曲线的数学模型，并应用Wolfram Mathematica计算并绘制共扼双凸轮理论廓线与实际廓线。共枙双凸轮实物装机运行良好，验证了所推导数学模型的正确性和凸轮设计过程的合理性。
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  基于液氮低温冷却的钛合金铣削技术研究

  宋戈, 姜振喜, 李卫东, 孙超, 王伟, 赵中刚

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 22-26. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.002

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  针对钛合金难加工特性导致的切削力大、切削温度高和刀具寿命低等问题，通过研制与数控加工机床集成应用的液氮冷却施加装置，进行液氮低温冷却条件下钛合金铣削试验研究，测试干切削、切削液浇注、微量润滑和液氮冷却方式下铣削钛合金的切削力、表面粗糙度进行对比分析，并且进行了不同加工刀轨条件下冷却方式对刀具失效形式影响的试验研究，研究结果表明：在切削速度>120 m/min的情况下，液氮低温冷却方式有利于减小切削力和表面粗糙度，而且能够有效抑制刀具崩刃的产生，比切削液浇注的方式能更有效地提高刀具寿命
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  微切削镁基高温合金表面质量的研究

  范依航, 吕泽群, 郝兆朋

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 27-32. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.003

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  镁基高温合金是一种难加工金属材料，加工后表面质量很难保证。而表面质量是微切削加工追求的重要内容，其对加工后零件的耐磨性、耐腐蚀性和热传导性能都有很大的影响。在分析切削实验结果基础上，进行微切削仿真，深入研究镜基高温合金微切削时的表面质量。结果表明：微切削过程中切屑层晶粒破碎井由千产生的高温软化在前刀面形成积屑瘤，积屑瘤软化从下刀面流出，残留在加工表面形成硬点毛刺。由于微切削刀具刃口钝圆半径尺寸不能忽略，进而产生犁耕现象，即在进行微切削的过程中，钝圆前方的晶粒被刀具刃口挤压，压入加工表面，在加工表面形成凹陷。由仿真现象发现，锯齿形切屑的形成有利千减少犁耕现象。
专项
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  内齿轮插齿仿真系统的研发

  崔传辉, 赵辉

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 32-36. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.004

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  非标准齿形齿圈插齿让刀干涉一直是困扰内齿设计、加工的难题。通过对插齿加工过程进行仿真可提前获取插齿过程中让刀干涉情况，为齿形优化设计、插齿刀具设计提供依据。研究二维轮廓布尔求减算法及让刀干涉量计算算法，在C++builder中将上述算法予以实现，完成了内齿轮插齿仿真系统的开发，实现了插齿过程的图形仿真及让刀干涉量的计算，并在实际生产得到了应用、验证。
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  铝合金衔架结构失稳计算及连接工艺分析

  孙海明, 金杰

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 37-40. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.005

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  对6061铝合金析架结构进行结构静力学计算和有限元仿真，随后采用冷弧焊工艺进行连接成形，并对析架结构进行压溃试验并利用金相显微镜观测接头微观形貌。结果显示：经过简化计算和仿真后的失效的临界承载力值为33.55 kN，这比实际压溃试验的33.8 kN的实测值稍小，经过Abaqus仿真的变形位置和压溃试验的实际变形位置完全一致。压溃试验后的焊接接头宏观上成形良好，微观形貌显示经过一定时间的静力学压溃过程后接头处焊缝各区域界面生长过程保持原来形态，晶界处未发现沿晶和穿晶裂纹及断裂行为。
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  基于UG/Open API实现加工能耗快速评估

  徐兴硕, 孔维森, 尹春晖, 刘剑龙, 陆荣, 刘晓

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 41-45. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.006

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  为实现在三维设计软件中对产品加工能耗进行快速评估，文章在构建设计特征－加工特征－加工方法基础数据库的基础上，提出航天零件产品粗加工和精加工机床能耗模型，建立从设计特征到加工能耗的映射。并提出在UGCAD模块中通过基千UG/Open API，通过标记特征面、定义特征类型、输入特征精度等级实现零件的加工过程能耗快速评估预测。采用C++语言编写.dll动态数据库，在UGCAD模块中通过调用动态数据库的方式，实现能耗快速评估功能。并以某航天产品为例验证了方案的可行性。
设计与研究
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  大型舱体水平柔性对接装置的设计

  唐瑞, 李梦阳

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 46-48. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.007

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  针对采用螺纹连接的大型舱体类部件装配过程中存在的对接困难问题，设计了一种基千水平柔性对接原理的大型舱体水平柔性对接装配装置，该装置相较千传统的垂直装配方法与刚性对接，不仅能减少吊装操作的次数，优化装配流程，同时能够提升大型舱体类部件的整体装配质量与装配安全性。
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  基于中走丝线切割机床的外部可调张力紧丝机构研制

  陈祥林, 郭秀华

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 49-52. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.008

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  针对中走丝线切割机床电极丝，随加工时间增长其张力变小，以致出现短路、切割停顿、加工表面质量下降等问题。这里研制了一种外部可调张力紧丝机构，仅在紧丝时与走丝系统构成回路，解决加工过程中出现张力不足，尤其是新上丝时紧丝量大的问题。实践证明：利用这种可调张力紧丝机构，加工表面粗糙度减小约30%，有效提高了工件的加工质量和加工效率。
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  一种机床液压尾架的设计与应用

  王清标, 吕国庆, 谢萍

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 52-54. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.009

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  介绍了一种机床用液压尾架的结构、原理及应用效果。该装置克服了现有结构的不足，其顶紧力稳定，可实时无级调整，提高了零件加工质量及稳性。
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  空间几何法求解井联双向偏转平台位置正解

  王佳伟, 陈纯, 张昌明, 徐慧茹, 杨利涛

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 55-58,63. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.010

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  介绍了一种井联驱动双向偏转平台，依据该平台的并联机构特点和运动形式建立了其空间几何转换模型，用空间几何法求解了此并联机构的位置正解，即已知两个并联驱动电动机轴上主动齿轮的转角就可得到平台双向偏转的角度。同时对此并联机构进行了运动学仿真，对比了理论计算值与仿真值，验证了此并联机构运动学正解的正确性。结果表明动平台在绕X轴偏转的角度与其输入的角度呈线性关系、绕Y轴偏转的角度与两个电动机输入均有关系。
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  二次因子分析的柔顺定位平台参数优化设计方法

  伍建军, 朱迅, 吴思倩, 刘拓

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 59-63. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.011

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  针对3-RRR柔顺并联微动平台多响应优化设计中存在各种因子影响和交互影响导致各变量组合对目标函数的影晌程度不易掌控，从统计学的角度引入一种提高该机构稳健性变量优化设计方法。首先建立微型定位平台运动模型，在该模型的基础上进行试验设计并且将数据进行KMO检验和Bartlett球形检验；分析后的结果处理掉一些权重不大的变量，得到的结果是可以进行因子分析，对所有组合进行打分，从而找出可行的变量优化设计方案。实例结果表明从统计学角度引入的因子分析法可以为微型机构多目标稳健参数优化设计提供一种新的解决方法。
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  基于粉末材料物理性能的新型3D打印切片研究

  胡晓岳

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 64-66. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.012

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  大多数3D打印制造涉及热加工，其面临的主要问题是热应力和残余应力对加工过程中薄层性能的一影响。为此提出了种能够进行数值模拟的新型3D打印制造系统，通过建立基千粉末材料物理性能的自适应切片方法，从而可以快速实现最佳的工艺规范。
工艺与制造
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  基于侧向压紧器的弱刚性异形零件加工研究

  万林, 施威

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 66-68. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.013

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  弱刚性零件在加工过程中存在装夹引起的变形和切削力引起的变形。针对普通装夹方式下零件夹紧力不易控制导致零件变形不可控，进而无法保证加工精度的问题，提出了一种基千侧向压紧器的弱刚性异形零件加工方法。通过测算加工前压紧力和切削力的大小，判断压紧力是否满足切削力的要求，借助专用工具施加相应的夹紧力，保证了夹紧力引起的变形在可接受的范围内，同时不影响正常切削加工，加工结果表明实际加工大面的平面度和各配合部位的位置精度均达到了设计要求。
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  菱形定位销的改进

  田立明

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 69-71. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.014

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  以弯臂杆支座精镗φ16mm孔的工序为例，该工序除了要保证孔径精度，还要保证孔与A、B基准的位置精度。提出一种可以替代传统菱形销的新型定位销，该销是通过圆锥销进行削边处理在销底部增加了弹簧机构，利用弹簧的弹力进行浮动定位，保证这种圆锥浮动削边销与孔零间隙接触，进而消除了销孔配合间隙提高了夹具定位精度。如果圆锥浮动削边销在弹簧的弹力作用下能够顺利推进工件孔中，必须保证工件和销在这个过程中不能出现自锁现象。通过对工件进行受力分析及计算选出合理的锥度消除自锁现象。这种圆锥浮动削边销对定位孔的精度没有任何要求，但是在定位时的定位精度却比传统的圆柱削边销的定位精度要高，可以替代圆柱削边销在夹具中的作用。
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  2024铝合金超精密车削表面形貌的实验研究

  熊瑞亮, 刘旭波, 熊智文, 章少剑, 赵丽

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 72-75. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.015

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  超精密加工是获得超光滑高质量工件表面的重要手段，其加工条件和工艺参数对超精密加工质量有重要影响。文章设计了振幅梯度变化的T形零件进行单晶金刚石超精密端面车削，获得了不同振动条件下的加工表面形貌，振动激烈的部位形貌刀痕深度大，呈一字形重叠，粗糙度大；离中心点较近的大部分中间区域振动最小，表面呈光滑镜面；过渡区域振动平缓些，表面会出现很多类似丘陵状或鱼鳞状的多边形。探索了超精密加工进给量、主轴转速及切削深度对加工表面质量的影响。结果表明随切削进给量的增加，表面粗糙度变大；随着主轴转速增大，表面粗糙度变小，但当主轴转速增大到一定值时，表面粗糙度反而有增大的趋势；随着切削深度的增加，表面粗糙度也变大，并且从工艺参数与表面粗糙度的关系示意图可以看出，切削深度对表面粗糙度的影响要小千进给量和主轴转速对其的影响。
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  中阶梯光栅厚铝膜硬度计算方法修正

  庞壮, 张宝庆, 孙立华

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 76-79,107. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.016

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  为了排除Pile-up现象对真空踱制机刻光栅厚铝膜在纳米压痕测试硬度中的影响，获得中阶梯光栅铝膜准确硬度值，提出通过修正O&P法中接触投影面积的新硬度计算方法。首先，参照中阶梯光栅成槽深度，采用连续刚度测试模式，对中阶梯光栅厚铝膜进行压入深度为5 μm的纳米压痕硬度测试。其次，对压痕位置进行SEM与AFM测试，结果表明厚铝膜在纳米压痕硬度测试中出现Pile-up现象。最后，对铝膜纳米压痕数据分析、提取，压痕隆起形貌复原等，证明接触面投影面积边缘为抛物线，进而对O&P法中接触投影面积的计算方法进行修正。结果表明：采用纳米压痕硬度测试方法，中阶梯光栅厚铝膜的硬度值随着压深增加而增加，采用修正接触投影面积的硬度修正计算方法获得的硬度值比传统O&P法所得硬度值减少40%左右。
检测与质量
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  14 t摩擦焊机整机静动态特性分析

  李卫民, 赵旭东, 李岩

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 80-87. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.017

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  以14 t连续驱动摩擦焊机整机为研究对象，建立了用千有限元分析的简化模型，对摩擦焊机整机进行了静动态特性分析。在静态特性分析中，对摩擦焊机受自重状态、摩擦加工阶段、顶锻加工阶段以及切削加工阶段等不同工况下的整机刚度、强度进行了校核，确定了焊机切削状态下刚度的薄弱位置，为焊件切削加工工艺参数的制定提供理论参考。在动态特性研究中，首先基千Block Lanczos特征提取法求解了整机前6阶固有频率，对焊机各阶振型进行了描述，通过与临界转速对比后，对摩擦焊机整机设计的安全性进行了校验。并基千其模态求解结果，对摩擦焊机进行了谐响应分析，得到了在切削力激励作用下床身与切削系统的频率响应特性。
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  大轴径带表卡规设计及误差分析

  汪杰, 陈曼龙

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 87-90. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.018

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  在汽车制造业中重型汽车差速器外壳轴不仅尺寸大，还要求有很高的测量精度和测量效率。国内现有的大尺寸带表卡规仅仅用来测量内孔，无法测量外径。为满足重型汽车大尺寸轴的检测需求，设计了一种新型带表大轴径测量卡规。创新采用滑动V型块设计，可快速调整测量轴的轴线位置。此外百分表采用分体结构，固定在滑动V型块上，可根据轴径大小调整该带表卡规的测量值。从而实现了重型汽车差速器外壳的大轴径测量。该结构定位简单可靠，在大批量生产中测量效率高。通过对该带表卡规进行不确定度分析，得到其扩展不确定误差为0.007 mm。经过实际应用，该大轴径带表卡规测量精度高，能够满足工业现场的使用要求。
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  焊接结构立式加工中曲动静特性分析

  张平, 杜兵, 左善超, 杨义成

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 91-96. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.019

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  立式加工中心是现代数控加工中心的重要组成部分，其床身多采用结构稳定性较好的铸铁整体铸造成型。随着机床向小批量定制化发展，焊接结构的立式加工中心开始在成形机床中应用。然而，由于封闭的薄钢板结构容易产生颤振现象，因此，在精度要求较高的立式加工中心中焊接结构的应用尚不广泛。创新设计了管－板复合的立式加工中心，利用ANSYS workbench对焊接结构的静力学和模态进行了分析。结果表明，管－板复合的焊接结构立式加工中心具有良好的刚度，可以有效避免薄壁颤振现象，为焊接结构加工中心的设计提供了新方法。
管理与信息化
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  基于重叠率指标的机器人加工中曲布局优化

  陈冲, 孙宇

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 96-100. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.020

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  采用多机器人加工中心对汽车仪表台进行修切加工，可以提高加工质量和效率。根据多机器人加工中心的工作特点，简化了工作空间，并根据机器人加工时的姿态要求，求解出有效工作空间。提出了以工作空间在目标区域的重叠率为评价指标，完成对多机器人加工中心的布局优化。优化结果表明：重叠率由33.5%提升至76.3%，加工效率提升20.7%，充分证明了该方法的有效性。
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  基于共享间隙的闭环设备布局

  姜康, 吴钱昊, 郭硕

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 101-107. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.021

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  在实际生产中，良好的设备布局能够提高生产效率，同时降低生产成本，具有重要意义。针对半导体等产品生产制造过程中机器需要散热和维修的实际情况，对机器模型进行改进，同时利用NSGAII算法对闭环布局的物料运输和占地面积成本两个目标进行求解。首先，将机器模型中加入最小间隙和额外间隙两种间隙，用千模拟实际生产中机器需要散热的间隙和对机器进行操作维修的间隙；其次，根据闭环布局中需要解决机器排序和机器精确位置两个方面问题的特点，确定了机器在闭环布局中的放置规则和NSGA-II算法中编码形式；最后，对不同规模的机器布局问题进行求解，最终得到具有良好分布的Pareto解，并将实验结果同双排布局进行对比，实验结果表明针对将机器模型进行改进后的闭环布局，NSGA-II算法能够得到具有实际应用价值的解，同时闭环布局比双排布局具有更高的面积利用率。
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  面向服务可重构的数控系统架构研究

  黄云鹰, 樊留群

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 108-112. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.022

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  从数控系统的发展角度分析了面向服务及智能化的新需求，提出了一种面向制造场景由应用驱动的智能数控系统架构，解决了现代数控系统开放化、复合化、智能化和服务化的新痛点。介绍了其中最核心的基础组件和构成，对架构实现的基本要点进行分析和论证。基于此架构可实现一套开放的智能数控基础平台，提供统一且开放的智能数控应用开发平台，将极大地推动智能数控系统的研究和发展。
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  航空零件柔性加工单元应用研究

  阐艳, 舒送, 钟靖, 宋诗军

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 113-116,121. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.023

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  针对航空制造企业数铣加工现场混线生产中落后的人工上下料现状，提出了采用AGV自动物流技术、机器人自动上下料技术，并与制造执行系统（MES）、机床数控系统进行通信，完成生产任务的接收及数控加工程序的传递，实现了加工单元针对多种零件的自动化柔性化混线加工，提高了生产效率。
功能部件
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  单可倾瓦动静压轴承的模型及性能调控研究

  陈润, 王星兆, 杜辰, 刘凯, 袁小阳

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 117-121. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.024

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  为了实现精密机床主轴轴承的高刚度及其性能的可调可控，提出了一种单可倾瓦动静压轴承，将普通动静压轴承的一个油腔替换为可倾瓦块，利用可倾瓦的动压及与其油腔的静压共同承载。建立了新型动静压轴承的润滑模型，提出轴承平衡点计算方法，计算了不同工况参数下的轴承性能，包括刚度和最小膜厚。在此基础上，分析了预负荷系数和支点系数对轴承性能的调控规律。通过可倾瓦支点的调控作用，当支点系数0.75、预负荷系数0.5时，轴承的刚度可达到2 700 N/μm，满足机床主轴系统对轴承的高刚度要求。
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  矩形截面均压槽对气浮支承静态性能的影响分析

  鲜小东, 于普良, 罗强, 胡回, 姜庆, 夏巨兴

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 122-126. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.025

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  针对传统气浮支承承载力小、刚度低的现状，设计了一种矩形截面辐射状均压槽，旨在提升狭缝节流气浮支承静态性能。建立气浮支承CFD模型，研究矩形截面均压槽高度、角度、数目随供气压力对狭缝节流气浮支承刚度与承载力的影响。结果表明：气浮支承的承载力随均压槽高度、角度、数目随供气压力的增大而增大，随气膜厚度增大而减小；均压槽角度增大，气浮支承刚度的峰值对应的气膜厚度无明显增加；均压槽数目增大，气浮支承刚度峰值对应的气膜厚度有小幅度增加；供气压力增大，气浮支承刚度峰值随之增大。
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  滚珠丝杠副热误差检测与预拉伸的研究

  陈维范, 薛丹

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 127-130. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.026

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  滚珠丝杠副是数控机床的关键部件，运行时由千温升产生热误差，影响机床的定位精度。对某型数控车床X轴的温升和定位误差进行检测。通过理论分析和计算，确定预拉伸量和预拉伸力矩，设计了预拉伸滚珠丝杠支承结构。最后进行温升和定位误差检测，并进行工件加工试验，证明预拉伸方法可行。
汽车制造技术
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  某型观光车车身骨架有限元分析

  邓耀, 吉伟鹏, 龚运息

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 131-134. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.027

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  对某观光车车身骨架进行有限元建模，使用Hypermash对车身结构在弯曲与扭转两种典型工况下的变形和低阶模态进行计算分析，得到该车身骨架在弯曲、扭转工况下的应变分布情况及车架模态振型，为之后的优化设计提供参考依据。
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  CK150T型整体复合胀形装置液压系统开发

  徐明, 李长江, 林顺洪, 朱虹, 郭大江

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 135-141. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.028

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  根据一种驱动桥壳整体复合胀形的新加工工艺及其胀形装置，介绍了管还变形的载荷需求，详细分析了管还变形两次更换中芯缸的作业工序。然后，结合胀形成形的功能需求，使用合理的调速、调压、同步、平衡、缓冲和方向控制等液压回路，设计了复合胀形液压系统，系统拥有能耗低、发热量少、冲击小、稳定性好和运动精度高等特点。系统运行是左右水平缸和中芯缸I、II、Ⅲ共同作用，使九连杆机构做复合联动，再结合外模约束，进行加热开槽管还的第一、二、三次胀形成形，得到驱动桥壳半成品。
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  发动机缸体堵盖自动压装机的设计

  刘永, 李捷, 杨立学

  制造技术与机床. 2020, 0(7): 141-144. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2020.07.029

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  为了实现某型号汽车发动机缸体4个表面堵盖的自动上料、涂胶、压装，设计了基千PLC控制的堵盖自动压装机。生产使用表明：该设备性能可靠、压装质量及自动化程度高，能满足缸体柔性自动加工线上的堵盖压装需求。