制造技术与机床

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韩顺杰, 单新超, 于爱君, 符金鑫

制造技术与机床. 2021, 0(4): 9-14. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.001

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针对传统工业机器人轨迹规划效率低、运行不稳定的问题，提出了可以动态调节学习因子的粒子群算法（PSO）。该方法通过分段多项式插值进行轨迹的拟合，并运用改进的粒子群算法以时间为适应度函数对工业机器人的轨迹进行优化，有效地将分段多项式插值函数与PSO相结合，避免了粒子群算法构造适应函数的复杂过程，对于传统的PSO初期较易落入局部极值且后期收敛速度缓慢的问题得到了改善。通过实验得到机械手每个关节的运动位姿、速度和加速度轨迹可知，该方法可以有效地实现工业机器人的轨迹优化，并且在提高运行效率的同时保证整体运行的稳定。

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基于C#联网数控机床运行监控与信息管理系统

苏春燕, 孟祥懿, 崔建辉

制造技术与机床. 2021, 0(4): 14-19. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.002

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为满足数控企业需求，探索基于CPS的智能制造系统的构造方式。采用Visual C#编程语言和SQL Server数据库管理系统，从功能上既实现了对联网机床运行数据的采集、处理和保存，又实现了生产信息的管理，且允许用户根据企业具体情况定制所有机床类型和所有工人级别等基础数据。探讨了利用读取机床累加计数器值来记录每台机床对特定产品批量加工数量的算法思路和实现，并给出了此算法实现的测试效果。

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基于物联网实时监控生产车间的能源效率研究

赵军富, 李建军, 王猛

制造技术与机床. 2021, 0(4): 20-23. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.003

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提出一种基于物联网框架的能源效率实时监控系统，该系统不仅能实时监控能源使用情况，还可以通过数据包络分析技术实现能耗异常检测并量化能效差距。通过一个微流控设备生产线的案例分析，展示了该系统如何通过消除生产车间可能的能源浪费来提高能效，实现高效的能源管理。

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机械零件切削成形的几何学理论和方法体系研究

牛兴华, 王学腾, 张大卫, 于紫昭

制造技术与机床. 2021, 0(4): 24-29. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.004

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随着社会经济的快速发展，表面采用复杂曲面的机械零件越来越多。传统的基于发生线概念的机械零件切削成形理论和方法体系已经不能满足机床运动分析、运动控制以及加工质量控制等的需要，有必要结合几何学方法建立新的机械零件切削成形理论和方法体系。首先，分析了传统的基于发生线概念的机械零件切削成形理论和方法体系，列举了传统理论和方法体系的不足，论述了传统方法体系不能全面、严谨和精确的阐释机械零件切削成形的本质。然后，提出了一种基于几何学和刀具分类的机械零件切削成形理论和方法体系，包括：（1）使用非旋转刀具，由切削刃曲线的运动扫描形成工件表面；（2）使用旋转刀具，工件表面为刀具曲面运动所形成曲面族的包络。新理论和方法体系能全面、严谨和精确地解释机械零件切削成形的几何学本质，满足应用越来越广泛的数控加工复杂曲面时刀具轨迹控制及工件表面求解的需要。最后，针对球头刀数控铣削曲面，应用共轭曲面原理给出了刀具轨迹和工件曲面的求解方法。

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基于控制刻划深度的单磨粒刻划金刚石过程研究

张桐齐, 岳晓斌, 雷大江, 杨宁

制造技术与机床. 2021, 0(4): 29-34. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.005

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为了理解金刚石刀具在机械研磨过程中原子层面的材料去除机理，利用分子动力学（MD）方法建立了刚性金刚石磨粒刻划金刚石样件的模型，仿真研究了材料的去除过程，并对比不同刻划深度对切削力和金刚石样件原子去除率的影响规律。结果发现：金刚石在刻划过程中会出现非晶态变化，刻划造成的变形包括弹性变形和塑性变形；刻划深度增大会导致切削力增大，切向切削力是影响材料去除的主要因素；刻划深度增大，晶格破坏区域扩大，晶格的破坏是由100 GPa以上的静水压力引起的。

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激光微织构设备的研究和开发

钱振华, 何彦虎

制造技术与机床. 2021, 0(4): 35-39. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.006

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激光微织构作为一种新型的加工手段，在摩擦副表面处理领域有着广阔的应用前景。其通过非接触式加工，在工件表面织构出符合摩擦学特性的微观形貌，以达到提高工件使用寿命的目的，且不改变工件的机械性能。采用四轴运动控制卡和通用Windows数控软件，开发了一个能实现工件表面激光微织构的专用设备。介绍了该激光微织构设备的机械结构、控制系统硬件和软件等，阐述了整个系统的构建过程、工作机理及关键技术。当前该设备已经投入工件试验，在平板和机械密封表面成功进行了微织构加工。

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双偏心孔工件的专用夹具设计

梁宇明

制造技术与机床. 2021, 0(4): 39-43. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.007

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对双偏心孔零件在数控车床上的加工装夹进行了分析，阐述了双偏心孔工件专用夹具的相互定位与夹紧方式，以及专用夹具的制作工艺要求。为了平衡离心力，设置了平衡块，并详细分析和计算了平衡块的参数尺寸与质心坐标。经检验，达到了良好的效果。该夹具造价低、加工效率高及加工精度好，为企业带来了良好的经济效益。

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基于人机对话编程三轴车铣复合加工技术研究

郑向周

制造技术与机床. 2021, 0(4): 44-47. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.008

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以车铣复合机床主要结构形式展开论述，对企业中广泛使用的三轴车削中心加工技术进行研究，给出机床端面圆弧、直线插补算法，提出运用特殊刀具进行外圆键槽和平面加工，实例说明人机对话编程的应用方法，通过凸轮螺旋槽编程说明人机对话编程较G代码编程的优越性，对车铣复合机床在企业的应用起到指导作用。

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基于响应面模型与遗传算法的工具磨床立柱多目标优化设计

谢军, 廖映华, 谭州, 廖川, 斯兴瑶

制造技术与机床. 2021, 0(4): 48-54. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.009

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以某型号工具磨床立柱为研究对象，应用SolidWorks建立立柱的三维模型，然后利用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静态特性分析，并根据分析结果对立柱进行多目标优化设计。优化时，首先确定设计变量，利用正交试验进行灵敏度分析，判断灵敏度较大的设计变量作为后续优化设计的自变量；然后通过二阶响应面法建立数学模型，采用理想点法构造评价函数；最后利用遗传算法进行优化求解。分析结果表明：改进后立柱最大变形量减少8.6%，最大等效应力减小5.1%，静态性能得到提高，达到了优化目的，同时可为其他类型工具磨床立柱优化设计提供理论依据。

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薄壁件内撑自平衡柔性夹具设计

杨中宝, 张杰刚, 刘海燕, 殷伟, 李玉辰, 胡顺玺

制造技术与机床. 2021, 0(4): 54-56. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.010

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根据实际生产需要，针对易变形薄壁筒状产品设计了一种柔性车削夹具。该夹具在一定范围内可适用于不同内径、不同长度的产品，并具有可自动平衡两端内撑力的功能。同时，该夹具可使产品车削加工的工艺性得到有效改善。

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一种新型液压油缸装配机构设计

龙裕嘉, 赖玉活, 黄艳, 林伟健

制造技术与机床. 2021, 0(4): 57-59. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.011

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针对目前液压铰链生产过程中，人工调整安放液压油缸所产生的生产效率低、装配质量低以及工人劳动强度大的问题，设计了一种液压油缸装配机构。机构由上料机构、检测调整机构以及夹取机构三部分组成，实现了液压油缸自动上料、销孔朝向的自动检测调整以及向传输治具上自动安放的功能。现已应用于液压缓冲铰链的生产线上，其方法对解决同类问题具有一定参考价值。

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环形薄壁铝合金零件数控加工技术研究

韩军, 徐睿, 熊凤生

制造技术与机床. 2021, 0(4): 60-64. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.012

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在加工薄壁零件过程中，装夹变形、加工变形等问题一直影响着加工精度和效率，本文研究了某环形薄壁铝合金零件的数控加工工艺，为解决该零件刚性差、易变形的问题，采取预留支撑体的方式避免夹具与工件直接接触，并设计该零件专用夹具来抑制变形，采用有限元分析证明合理性；制定了合理的数控加工工艺，用UG编程，在Vericut中对该零件进行仿真加工，最后在机床上进行实际加工，结果表明可以取得较高的加工精度。

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基于SAPSO-BP的薄壁件侧铣加工变形预测方法研究

郑华林, 冯博, 张世贵, 张晟玮, 李湉

制造技术与机床. 2021, 0(4): 65-69. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.013

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针对薄壁件在侧铣加工过程中容易产生让刀变形的问题，为实现薄壁件侧铣加工方式下变形量的预测，提出了一种基于SAPSO-BP神经网络技术预测薄壁件侧铣加工变形的方法。通过建立T型薄壁件侧铣加工仿真模型，并用实验验证其有效性，为后续神经网络提供训练样本；再引入模拟退火粒子群算法（SAPSO），优化BP神经网络的初始权值与阈值，建立基于SAPSO-BP的薄壁件侧铣加工变形预测模型，并验证分析了其可行性。

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精切刀具柔性磨粒射流抛光(钝化)工艺研究

师润平, 韩彦良, 韩春钰

制造技术与机床. 2021, 0(4): 69-73. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.014

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针对目前刀具抛光存在的问题，提出了一种效果好、适用广的刀具精化新工艺——刀具旋转柔性磨粒射流抛光（R-FAJP），并通过正交试验研究抛光压力、刀具转速、加工时间、缝隙距离等工艺参数对刀具后刀面面粗糙度的影响规律。切削试验结果表明：R-FAJP可以有效提高加工钛合金PCD铣刀的使用寿命和降低被加工表面的粗糙度。

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基于凸台搭接的蜂窝芯零件数控加工工艺技术研究

王鹏程, 高涛, 曹翔

制造技术与机床. 2021, 0(4): 74-78. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.015

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为了实现蜂窝芯零件高质高效、低成本加工，提出了一种凸台搭接的蜂窝芯零件固持方法，基于该固持方法，建立了一套蜂窝芯零件加工工艺方案，详细阐述了蜂窝芯零件毛坯尺寸选择方法、型面刀轨生成以及刀具倾角获取方法，实现了蜂窝芯零件无专用工装的数控加工，并在实际生产中得到应用验证。结果表明：该技术提高了蜂窝芯零件的加工质量和效率，降低了制造成本，改善了生产环境。

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无心车床车削钛合金棒材工艺参数与表面粗糙度关系研究

豆卫涛, 史丽晨, 卢竹青, 韩嘉彧, 贾永康

制造技术与机床. 2021, 0(4): 79-85. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.016

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采用无心车床对钛合金棒料进行表面处理，以去除其表面缺陷，降低表面粗糙度，研究车削工艺参数主轴转速V、进给速度F、吃刀量a_p对表面粗糙度的影响规律。利用响应曲面法来设计实验，通过对实验数据的回归分析，建立基于加工工艺参数（主轴转速、切削深度、进给速度）表面粗糙度预测模型；分析车削工艺参数及其交互作用对表面粗糙度的影响规律，获得了车削最优工艺参数区间。研究结果表明：车削工艺参数对工艺指标表面粗糙度的影响次序为：a_p> f> V。在工艺参数交互作用中，f-a_p的交互作用对表面粗糙度影响最大；在最优车削工艺参数区间确定的工艺参数组合可满足表面粗糙度R_a小于0.8 μm的生产要求。

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液压阀内交叉孔电解去毛刺试验研究

王曙琛, 干为民, 柳林, 王婉婉

制造技术与机床. 2021, 0(4): 85-89. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.017

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为解决液压阀内腔十字交叉孔处的毛刺去除问题，根据电解加工相关理论建立了电解去毛刺加工的物理模型以及阳极溶解速度公式。以45#钢钻削内交叉孔相贯线毛刺为对象，开展了单因素试验以及正交试验，揭示了电压、加工时间以及电解液入口压力对毛刺残余高度的影响规律，并加工出了符合要求的工件，对实际生产有一定的参考价值。

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基于灵敏度分析的铣削工艺参数区间研究

王娜娜, 师中华, 陈振

制造技术与机床. 2021, 0(4): 90-95. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.018

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在铣削加工过程中，合理选择工艺参数范围对控制表面粗糙度方面有重要作用，与零件性能密切相关。为了研究铣削工艺参数对表面粗糙度的影响，得到工艺参数的稳定域，基于响应曲面法建立了表面粗糙度Ra的二阶回归模型，利用多参数全局相对灵敏度分析确定了Ra对铣削工艺参数的敏感程度，通过单参数局部灵敏度分析研究了Ra对单参数区间的灵敏度，根据灵敏度曲线划分了稳定范围和不稳定范围，经分析后明确了工艺参数的稳定域。结果表明，铣削工艺参数的稳定域为：主轴转速[7 000 r/min，8 000 r/min]，进给速度[100 mm/min，200 mm/min]，轴向切深[0.03 mm，0.05 mm]和径向切深[0.1 mm，0.2 mm]，并验证了稳定域的可靠性。

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机床运动轴位置信息高精度高频率实时采集研究

翟雁, 郭晓波, 王谦

制造技术与机床. 2021, 0(4): 96-100. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.019

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机床加工路径可通过高精度高频率运动轴位置信息进行精准拟合，其可作为机床动态加工精度评估及误差监测的依据。针对目前存在的运动轴位置信息实时高精度、高频率采集难题，基于五轴联动机床，提出运动轴位置信息高精度高频率采集方案。通过机床伺服系统位置环信号的采集计算，获得高频原始位置信息，并将其转换为坐标值，用于回转误差齐次运动学变换及线性误差补偿，最终获得刀位点于工件坐标系下坐标形式的高精度、高频率运动轴位置信息。为了对位置信息采集方法进行验证，通过配备西门子840 Dsl系统的DMU 80P五轴数控机床进行试验。通过验证可知，五轴同步位置采集频率高达1 kHz，旋转轴及线性轴采集精度分别为±0.002 5°、±2 μm。

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一种S形球头铣刀的轮廓度补偿方案

刘静文

制造技术与机床. 2021, 0(4): 101-105. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.020

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为了解决S形球头铣刀在磨削过程中，由于机械误差和测量误差等不利因素引起的球头刃线轮廓度超差问题，给出了一种轮廓度补偿方案。该方案根据球头铣刀的轮廓图变化规律，在球头轮廓全段插入若干补偿点，对轮廓度不佳位置处的补偿点附加一个半径修正值，再用简单的连续函数（或分段函数）来逼近补偿点，保证各补偿点处的半径值实现平滑衔接，从而有效地修正球头铣刀的轮廓度，提高球头S型刃线的加工质量。

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点定位装夹在薄板类零件批量加工中的应用

崔亚超

制造技术与机床. 2021, 0(4): 106-110. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.021

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以托架盖板为研究对象，论述了该类零件加工中的装夹设计思路，探索了机加工件高平面度要求如何保证的问题。从控制装夹变形、残余应力变形的角度出发设计了点定位装夹工艺方案，并应用工程验证的方法对该工艺方案保证平面度效果进行了验证。结果表明，该点定位装夹工艺方案可极大降低产品加工中的装夹变形，能极好地保证薄板类零件高平面度要求。将点定位装夹工艺方案应用于托架盖板产品的批量加工，并通过CPK数据分析理论对生产数据进行了统计分析。结果表明，此工艺方案提升了批量加工中的产品稳定性，解决了托架盖板产品批量加工中平面度无法保证的难题，创造了巨大的经济效益。本研究为薄板类零件加工提供了非常好的工艺方案设计案例，为类似加工设计者提供了参考。

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全陶瓷球轴承电主轴磨削工件时辐射噪声特性研究

闫海鹏, 胡贝贝, 牛虎利, 朱金达, 吴玉厚

制造技术与机床. 2021, 0(4): 111-114,125. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.022

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全陶瓷轴承具有自润滑、抗磨损、耐腐蚀、高刚度、轻质量等优良特性，已被逐步应用于高速数控机床电主轴中，然而其在运转过程中却产生较大的辐射噪声。为探索全陶瓷球轴承电主轴辐射噪声特性，利用全陶瓷球轴承电主轴进行磨削加工试验，测试磨削加工与未加工时辐射噪声声压级。随着转速的增加，辐射噪声逐渐增大，且磨削加工时辐射噪声大于空载运行辐射噪声。磨削加工工件时的辐射噪声随转速的变化更为复杂。不同场点的辐射噪声大小不同。实验结果表明，全陶瓷球轴承电主轴的声场具有指向性，转速是影响全陶瓷球轴承辐射噪声的主要因素之一，磨削加工载荷亦对辐射噪声有较大影响。

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基于CAD模面的翼子板全工序成形模拟与优化

蒋磊, 李十全, 王龙, 赵磊, 陈一哲, 赵春晖

制造技术与机床. 2021, 0(4): 115-121. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.023

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为了降低翼子板全工序成形模拟难度，提高翼子板全工序成形模拟精度，减少生产准备阶段设变修模发生率，以某SUV车型翼子板为研究对象，应用CAD软件进行精细化工艺模面设计，并将工艺模面导入CAE软件进行迭代计算，验证翼子板全工序工艺可行性，快速识别了翼子板全工序成形性不良，根据CAE分析结果对CAD模面进行设计优化。研究表明，基于CAD模面的全工序成形分析，大幅削减了翼子板在CAE软件中工序规划、模面设置以及反复调整的工作量，成形评价项目一次分析通过率高，模拟精度显著提升，模具切削后的设变发生率明显下降，实现了翼子板全工序成形模拟的高效化和精准化。

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一字型布局的四腔注射模充模平衡设计

熊毅, 刘清文

制造技术与机床. 2021, 0(4): 121-125. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.024

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针对圆形盒盖内部有对称侧凸、内顶面有加强筋的难题，设计了弯销抽芯机构，以解决侧型芯和产品干涉的问题。由于产品两侧均有抽芯机构，将一模四腔布局为一字型以减小模具周界尺寸，但带来了浇注系统不平衡的问题。通过改变流道布局，平衡了浇注系统，通过CAE对比分析，平衡式的流道在充填时间差、压力差、温度差等指标明显降低，充模一致性大幅度提升。最后，设计了拉断点浇口、脱流道、主分型、产品推出共4个分型面，优化了模具整体结构，省去了推出空间，减小了模具厚度。

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薄壁叶片侧铣变形误差补偿及刀位规划研究

郑刚, 饶金山, 吴雁, 张而耕

制造技术与机床. 2021, 0(4): 126-130. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.025

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刀位规划中的原理性误差和加工过程中的变形误差，是薄壁叶片侧铣加工时最重要的误差来源。通过变形误差建模分析，将其引入侧铣加工刀具路径优化模型，提出了一种侧铣变形误差补偿及刀位规划的新方法。该方法适用于直纹面和类直纹面薄壁叶片侧铣加工，并能生成综合误差最小的刀具路径轨迹。仿真实例表明，相对于传统的刀位规划-变形补偿策略，该方法计算出的误差更加准确有效，从而提升了侧铣加工刀位规划的效率和可靠性。

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基于精确弓高误差校核的刀触点调整算法

闵莉, 宋航远, 王野

制造技术与机床. 2021, 0(4): 131-135. https://doi.org/10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.04.026

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步长计算是五轴数控加工刀具轨迹规划中至关重要的环节。目前常用的步长算法主要有等参数步长法与等弓高误差步长法两种。等弓高误差步长法采用近似替代的方法计算步长。因此，传统的等弓高误差步长法将不可避免地产生一定的误差，导致曲面加工质量下降。为解决上述问题，在传统等弓高误差步长法的基础上，加入精确弓高误差校核计算，继而采用一维线性搜索算法调整后一刀触点的位置。仿真结果表明：在许用弓高误差相同的条件下，本文算法相较于等参数步长法有更好的加工效率，相较于等弓高误差步长法有更好的加工精度。

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2021年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-30

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