制造技术与机床

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刘晓飞, 张艳军, 张小飞, 咸晓玲, 张进生, 张恒

制造技术与机床. 2022, 0(8): 9-13. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.001

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一种轮胎模具需要在内圆锥面上钻削多孔，用通用钻床或钻铣加工中心加工都有难度。研制了用于本工序的数控钻床，工件放置在工作台上，工作台的旋转运动实现工件分度，相对于工作台，钻削头可沿3坐标位移，其中Y轴方向与内锥母线方向平行，且Y轴方向可以在一定范围内调节适应锥度不同的工件。钻削头的3坐标位移运动均由伺服电机驱动滚珠丝杠传动，直线导轨导向，位移准确、定位精度高。工作台、底座等主要零件铸造成形，精度保持性好、刚性强。该机具有加工精度高、操作方便等优点。尚需优化工艺参数，进一步提高加工效率。

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立式四轴舱体内腔加工专机机械动力学建模与分析

李凌霄, 成群林, 平昊, 袁桢棣, 叶磊

制造技术与机床. 2022, 0(8): 14-20. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.002

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针对立式四轴舱体内腔加工专机，基于动态子结构法进行了机械动力学建模。求解了专机动结合部的滚珠丝杠副和直线导轨副的动态刚度特性。由建立的动力学模型分析整机的固有模态，应用解析法求解整机的固有频率。应用有限元软件建立专机有限元模型，求解结合部刚性接触与设定了动态刚度性的整机固有频率与振型及谐响应分析结果。结果显示建立的含动态刚度的动力学模型能够有效镜像专机动力学特性，可应用于专机的动力分析与数字孪生虚拟样机研究。

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基于MAX-PAC和Vericut的机匣复杂流道表面铣削轨迹优化研究

郭皓邦, 曹拯, 雷学林, 何云

制造技术与机床. 2022, 0(8): 21-26. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.003

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针对某流道深、型面复杂、加工时易发生颤振和干涉的机匣零件，为了提高内流道复杂表面铣削加工的效率和质量，根据进气机匣结构特点设计了五轴加工工艺和专用刀具。利用五轴叶轮零件数控加工软件MAX-PAC完成了数控路径规划，并使用Vericut验证了数控程序，在机床上完成了试验加工，加工结果显示机匣内复杂曲面加工质量较好。

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切削加工TC4表层特性研究与分析

张浩, 李金泉

制造技术与机床. 2022, 0(8): 27-32. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.004

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切削过程表层材料特性变化容易引起表面疲劳破坏等现象。通过对钛合金TC4进行车削试验，研究进给量对表层晶粒塑性变形的影响规律，利用有限元仿真对TC4切削过程模拟，获得切削表面温度和应力。试验与仿真结合，探究TC4切削表层晶粒变化、切削表面温度和应力间的联系。研究结果表明：随着进给量的增大，TC4已加工表层塑性变形程度呈现增大趋势，表面温度和应力随进给量增大也增大。在表面温度和应力的综合作用下，表层晶粒出现拉长和弯曲变形，越靠近表面处变形越明显。

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成形法加工螺旋锥齿轮切削力模型研究

罗静, 康先强

制造技术与机床. 2022, 0(8): 33-40. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.005

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螺旋锥齿轮铣齿切削力是锥齿轮机床设计的重要依据，也是铣齿振动控制、刀具磨损状态监测和切削参数优化等的重要基础。针对成形法加工螺旋锥齿轮大轮的切削过程，首先根据切齿原理和螺旋锥齿轮几何理论，对瞬时切屑面积进行推导。然后采用材料本构方程和斜角切削理论对材料剪切区应力进行计算，构建了成形法加工螺旋锥齿轮大轮的瞬时切削力模型。最后利用Matlab软件编写计算程序，并对理论切削力模型进行了试验验证，证明了模型具有一定的精度。

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钻削参数对碳纤维复合材料钻孔质量的分析

王天宇, 金成哲, 邵雍博

制造技术与机床. 2022, 0(8): 41-48. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.006

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碳纤维复合材料（CFRP）由于其层间强度低，各向异性等特点，极易出现加工损伤，而钻削参数的选取，对钻孔质量有着很大的影响。利用有限元软件建立钻削T300碳纤维复合材料仿真模型，选择不同切削用量进行钻削加工仿真，分析切屑及其形成原因。采用正交试验法进行钻削加工试验，将得到的钻孔毛刺、撕裂、分层损伤和孔壁损伤等几种损伤试验结果，与仿真结果进行对比验证并分析其产生原因。结果表明：对T300碳纤维复合材料钻孔时，孔出口处撕裂缺陷远大于孔入口处缺陷，即入口处钻孔质量要好于出口处钻孔质量。对孔出、入口处撕裂值影响程度最大的是钻头直径，切削速度次之，进给量影响最小；而对孔径尺寸误差影响最大的是钻头直径，进给量次之，切削速度影响最小。

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用于并联机器人定位抓取的双目视觉算法实现

任建华, 张宁可, 高瑞贞

制造技术与机床. 2022, 0(8): 49-56. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.007

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自动化行业中机器人的对象抓取高度依赖机器视觉做定位分析。针对现有双目视觉机器人定位精度低、效果差等问题，提出一种改进SGBM立体匹配算法在并联机器人中的精确定位。主要将梯度信息融入到SAD算法当中，构建代价计算作为相似性度量函数；然后引入自适应双边滤波进行代价聚合，弥补了人为设置参数去寻找最优过程繁琐的缺陷，同时去除噪声提高匹配准确性，从而完成三维点云的重构。最后，利用手眼标定算法将相机坐标数据传送到机器人坐标系统下，进而引导机器人实现对工件的精度位置抓取。实验表明，在双目相机视野内任意摆放工件，都能完成准确定位抓取，且误差率平均在5%以下，与传统算法相比具有更高的实时性和准确性，在自动化行业具有不错的应用前景。

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基于机器视觉的压电喷墨墨滴识别新方法

刘清涛, 骞满, 吕景祥, 宋佳瑶

制造技术与机床. 2022, 0(8): 57-62. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.008

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在3D打印电路板领域中，对于压电喷墨墨滴的要求越来越高，传统墨滴观测方法不够完善，精度不稳定，为此，基于机器视觉的非接触式原理对压电喷墨墨滴进行识别观察研究。首先搭建一套远心机器视觉测量系统，采集有效的墨滴图像。然后结合亚像素边缘提取算子和最小二乘法设计了一种改进的边缘最小二乘拟合法，并与区域最小外接圆法和边缘最小外接圆法进行对比分析。实验结果表明，提出的方法获取的墨滴半径误差小，精度高，对边缘进行半径计算得到的结果更精确，且可以用于监测卫星墨滴的存在，研究结果对提高电路喷墨效果具有重要指导意义。

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基于3D视觉的辊道输送线驱动盘装配系统设计

吴俊, 袁海兵, 夏檑

制造技术与机床. 2022, 0(8): 63-68,90. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.009

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针对辊道线驱动盘装配过程中，人工装配劳动强度大、工作效率低的问题，设计了一套基于3D视觉与机器人相结合的自动装配系统。通过Pro S Enhanced工业相机对驱动盘进行图像采集，获取驱动盘叠放状态下的3D点云图像，通过点云滤波、点云聚类分割和点云匹配的方法对点云图像进行预处理，获取驱动盘的位置和姿态，配合KUKA工业机器人完成对驱动盘的抓取与装配，实验表明，该系统定位误差小于0.5 mm，装配节拍12 s，与传统人工装配相比，装配节拍提高了50%，生产现场运行稳定可靠，满足企业生产需求。

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基于专利分析的电主轴技术现状与发展研究

郑亚琦, 闫磊, 彭子平, 徐祎辰, 宋菲菲

制造技术与机床. 2022, 0(8): 69-73. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.010

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当前我国数控机床与世界领先水平仍有一定差距，部分核心技术尚未完全掌握。为全面了解近5年来国内电主轴技术领域的研发现状和发展趋势，从专利分析的角度出发，以各专利分析平台为基础，分析企业与高校、不同类型专利之间的知识产权情况。结果表明，国内企业和高等院校在加工中心的电主轴方面申请知识产权量少、技术创新性不高。在后续研发过程中，应当加大研发力度，积极开展新产品、新技术、新工艺的研发，并且注重知识产权的时效性和重要性。

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结合知识图谱的行业知识库构建方法研究

王得强, 吴军, 关立文

制造技术与机床. 2022, 0(8): 74-80. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.011

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首先阐述了机器学习和知识图谱的相关概念以及在行业知识库建设中的应用情况和地位，然后结合典型算法介绍了机器学习常见的模型，为提高行业知识库中知识的关联性并降低冗余性，引入了行业知识图谱及其构建相关的新技术方法，进而引出了对于行业知识库构建方法的研究，结合智能知识库展示了知识图谱的创新性应用，即利用知识图谱为知识库的搜索和推荐功能提供技术支持，同时通过知识图谱对领域知识进行更加直观地展示。最后，结合行业知识库的建设工作对机器学习和知识图谱在其中的作用发挥进行了更深一步的阐述和总结。

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一种双向支撑超声波轴承的设计与实验研究

苏江, 童杰, 沈燕虎

制造技术与机床. 2022, 0(8): 81-84. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.012

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超声波轴承是一种适用于高转速、高精度的非接触轴承，具有广阔的应用前景。提出了一种双向支撑超声波轴承，对该轴承的悬浮特性进行了理论分析，得到了悬浮高度的影响因素。制作了双向支撑超声波悬浮轴承样机，并进行了最高转速和性能对比实验测试。实验结果表明：双向支撑超声波轴承具有良好的减摩性能，其最高转速可达到9 364 r/min；轴系转速由2 000 r/min减至200 r/min时，普通球轴承支撑所需时间为90 s，而双向支撑超声波轴承为280 s。

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一种钻攻中心主轴-丝杆自适热补偿结构研究

于联周, 周守胜, 王娜, 李琪

制造技术与机床. 2022, 0(8): 85-90. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.013

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钻攻中心是现代制造业在金属切削中最为常见的机床之一，尤其在3C行业应用尤为广泛，在其对产品的切削过程中，由于主轴的高速旋转，频繁换刀，造成轴承和碟片发热，通过热传导和对流的方式传递给主轴组的其他部件，从而造成主轴的热变形，影响被加工零件的加工精度。钻攻中心Z 轴丝杠通常采用上端固定支撑，下端采用浮动辅助支撑的形式，通过对二者热伸长研究，提出了一种主轴-丝杆自适热补偿结构，从而平衡掉部分由于主轴热变形误差所带来的尺寸精度问题，进而提高钻攻中心的加工精度。

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改进蝴蝶优化算法及其在冗余机械臂逆运动学求解中的应用

孟广双, 高德东

制造技术与机床. 2022, 0(8): 91-96. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.014

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针对蝴蝶优化算法（BOA）存在的不足，提出一种改进蝴蝶优化算法（IBOA）并将其应用于冗余机械臂逆运动学求解中。IBOA算法融入了动态转换概率策略、最优邻域扰动策略和随机惯性权重策略等3种策略，实现了算法收敛速、收敛精度的提升，克服了BOA算法易陷入局部最优、后期收敛精度不高的问题。3个基准函数的测试结果表明IBOA在求解精度、求解速度和计算稳定性更胜一筹。冗余机械臂运动学求解应用实例结果表明，IBOA得到的机械臂位姿误差更小，计算耗时更少，求解稳定性更好。

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基于螺栓连接界面动态特性参数的研究

赵传强, 王正成

制造技术与机床. 2022, 0(8): 97-103. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.015

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螺栓连接普遍应用于工程机械领域。在螺栓连接界面处会受到动态冲击，因此连接处存在刚度和阻尼，使得螺栓动态连接界面处的特性参数具有非线性和高度不确定性的特征。为了研究螺栓动态连接界面上各处的动态连接特性及其参数，设计一种试验装置，利用有限元分析与试验研究相结合的方法，重点研究了螺栓动态连接界面各处的法向切向刚度、表面粗糙度、界面有无介质以及阻尼系数几个重要参数，分析得到了它们之间的相互关系。

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基于控制磨削前角的金刚石研磨损伤分析

庞飞, 雷大江, 王伟

制造技术与机床. 2022, 0(8): 104-108. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.016

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为解决金刚石材料亚表层损伤难以检测的问题，基于分子动力学理论和方法，建立了金刚石双磨粒磨削的三维仿真模型进行分析，研究磨粒不同磨削前角参数对磨削力和材料损伤的影响规律。仿真分析结果表明：增大磨削前角可以减小磨削力，但法向磨削力受到的影响更加明显；负前角磨削的平均摩擦系数更小，更容易实现金刚石原子的去除；负前角磨削下的金刚石材料亚表层损伤起伏偏大，增大磨削前角可以减小亚表层损伤的起伏变化，改善亚表层损伤。

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FDM型打印机热床的微变形及补偿打印方法

王春香, 潘杙成, 纪康辉, 尹金林, 王齐超

制造技术与机床. 2022, 0(8): 109-115. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.017

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FDM型打印机中热床平台的水平度与平整度是保证成型件顺利打印的重要前提，针对热床加热逐渐变形以及难以获得良好第一层问题，使用ANSYS对热床平台进行热-力间接耦合仿真模拟了变形过程，通过BL touch接触传感器对不规则热床表面实时采集15个点数据，使用拉格朗日与双三次插值算法对采样点进行曲率插值，对生成的网床三角面片化后赋予1 mm厚度并使用切片算法切片形成补偿基底代码，在双喷头打印机上喷头1使用水溶性PVA材料将基底以支撑形式打印，喷头2打印实体模型。实验结果表明，该方法具有原理简单，去除补偿材料方便，打印模型精度提高等特点，特别是对大型FDM打印机易变形的热床有一定的帮助。

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基于Simulation的卧式加工中心底座优化设计及工艺改进

王建军, 张小叶, 张文帅, 杨红军, 穆龙涛

制造技术与机床. 2022, 0(8): 116-121. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.018

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针对一种规格卧式加工中心底座，在整机装配过程中出现导轨扭曲过大，水平调整无法达到精度，需要返修的问题，通过使用Simulation软件对底座的抗扭、抗弯静态刚度进行了对比分析，对加工工艺支撑稳定性进行了分析，发现了底座在结构设计及加工工艺支撑的薄弱之处，并提出了改进方案。该研究为同类型机床底座的结构、制造工艺的高质量设计提供了参考结构和方法，研究过程得到的底座扭转、抗弯刚度的定量值也可为同类机床的有限元分析提供比对参考值。

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TWB汽车覆盖件成形工艺参数优化

蒋磊, 李十全, 王龙, 王大鹏, 马培兵, 张雄飞

制造技术与机床. 2022, 0(8): 122-128. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.019

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针对TWB汽车覆盖件成形裕度不足，焊缝区域拉延易开裂问题，以应用TWB的某车型前门内板为研究对象，采用试验法与有限元分析相结合的方式，基于正交试验快速筛选出造成前门内板拉延焊缝区域开裂的主要工艺参数，分析了主要工艺参数对前门内板成形性的影响规律。以焊缝区域最大减薄率为评价项目，依次研究了压边力B.H.F.、摩擦系数μ、第一刺破刀高度H1、第二刺破刀高度H2和薄板宽度W对前门内板成形质量的影响。运用极差和方差分析，确定了各工艺参数对焊缝区域最大减薄率影响的主次顺序以及工艺参数取值为：B.H.F.=1 000 kN，μ=0.13，W=1 044 mm，H2=11 mm，H1=10 mm。利用最优工艺参数组合对前门内板进行成形仿真，并在此基础上进行试模验证，获得了成形质量良好、具有较高裕度的零件，焊缝区域最大减薄率为19.1%，满足质量判断标准。

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基于多轴联动的内啮合强力珩齿拓扑修形方法研究

夏链, 蒋欧鹏, 田晓青, 韩江

制造技术与机床. 2022, 0(8): 129-136. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.020

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作为常用的齿轮精加工的工艺之一，内啮合强力珩齿加工工艺在对齿轮修形时,需要定制与工件相对应的专用金刚石修整轮，使得工艺通用性不高，加工成本较大。文章提出了一种内啮合强力珩齿拓扑修形方法，实现了用标准珩磨轮对工件齿轮齿面任意拓扑修形。建立内啮合强力珩齿拓扑修形齿面数学模型，得到标准珩磨轮和工件齿轮的映射关系，将拓扑修形时机床运动的A轴、X轴的附加运动与电子齿轮箱一起用高阶多项式表示，将多项式中的运动参数变化对加工齿面的影响用敏感度矩阵表示，以修形齿面为目标，以敏感度矩阵中的敏感系数为梯度，利用动态规划算法求解出运动参数，并得到修形后的工件齿面。仿真结果表明该方法可以通过多轴联动实现对齿面拓扑修形，修形误差较小，成本大大降低，方法具有普适性。

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渗碳齿轮接触疲劳特性及寿命预测模型构建

康贺铭, 邓海龙, 李明凯, 李永平, 陈雨, 杨溥, 于欢

制造技术与机床. 2022, 0(8): 137-141,177. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.021

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虑及热处理工艺等因素对渗碳Cr-Ni齿轮接触疲劳寿命的影响，构建渗碳齿轮接触疲劳寿命预测模型。利用齿轮接触疲劳试验机进行齿轮接触疲劳试验并基于Hertz理论计算齿轮接触应力。依据试验结果绘制S-N曲线，通过齿面形貌观察与试验数据比对可知，在形成点蚀现象之前的齿轮接触疲劳寿命占主要部分，点蚀现象出现后齿轮便迅速失效。基于Paris公式、虑及齿轮局部与整体硬度、残余应力、裂纹闭合效应和裂纹长度构建齿轮接触疲劳寿命预测模型。模型预测结果表明，所构建的模型可以较准确预测齿轮接触疲劳寿命，为人们了解齿轮接触疲劳特性以及预测齿轮接触疲劳寿命提供了新的可靠的方法。

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基于振动声学的螺栓疲劳开裂检测方法

刘永超

制造技术与机床. 2022, 0(8): 142-148. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.022

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提出了一种利用振动声学技术检测螺栓裂纹缺陷的方法，并通过敲击试验、模态仿真模拟以及理论推导论证此方法对螺栓裂纹损伤识别的可行性。试验证明采用振动声学的方法可以有效识别螺栓裂纹缺陷的位置和深度，且对于M30×200 mm的螺栓最小可识别缺陷深度为2 mm，位于螺栓1/2及1/4位置的缺陷最易被识别，结合工程现场螺栓常见疲劳断裂形式，此方法可有效识别螺栓的疲劳开裂问题，具有一定的工程应用意义。另外，提出了振动声学技术与机器学习技术融合研究方向，为螺栓损伤检测提供智能化研究思路。

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基于改进遗传算法的轧辊磨削产线智能排程方法

陆耀珣, 王立平, 孙丽荣, 杨金光, 王冬, 李学崑

制造技术与机床. 2022, 0(8): 149-155. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.023

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针对多工件、多工序、多磨床和多天车的轧辊磨削产线调度问题，提出一种改进遗传算法实现“工件-设备-天车”时空耦合约束下的高效智能排程。建立轧辊磨削产线调度模型，从编码、选择、交叉及变异等4个方面对遗传算法进行改进，在生成可行解的同时提高寻优及跳出局部最优的能力；设计基于动作分解的天车解码规则及系列算子，完成产线智能排程。以最大完工时间为性能指标并与其他算法对比，结果表明所提出的智能排程方法明显更优。

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基于工艺模型的销轴热处理车间技改实践

王亚军

制造技术与机床. 2022, 0(8): 156-160. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.024

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销轴在矿用机械连接中应用十分广泛，其热处理非常重要。现有热处理过程自动化和信息化程度较低，导致实际效果和预期结果差距大，且不适应数字化发展趋势。对其关键工艺进行理论建模，一方面利用模型为该车间的自动化和信息化改造方案提供快速设计依据；另一方面，该模型结合到系统运行获得的实际数据，可为后续基于机理模型的数字化管控（数字孪生系统）升级做好准备。

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考虑工件分批的混合流水车间节能调度研究

张中伟, 孟亚, 李艺, 李元生, 胡文博, 惠延波

制造技术与机床. 2022, 0(8): 161-170. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.025

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生产调度是混合流水车间提高效率和降低生产能耗的有效措施。考虑工件运输、机床换刀约束，综合基于刀具磨钝标准的工件均等分批方法和“关机重启”节能策略，建立了以能耗和最大完工时间为优化目标的混合流水车间节能调度模型，进而利用非支配排序遗传算法实现了模型求解。混合流水车间环境下，所提模型能够权衡优化目标，合理划分各类作业加工批次，同时针对各批次选择合适的加工机床，合理安排各机床上工件批次工序的加工顺序和“关机重启”节能策略的应用时机。最后，案例研究验证了建立模型的节能效果和求解方法的有效性。

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机床线轨连接结构精度特性计算与评价方法

赵宏安, 吴慧敏

制造技术与机床. 2022, 0(8): 171-177. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.026

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线轨是机床的重要连接结构，在现有研究中，线轨连接结构整体精度的计算与评价尚缺少有效的方法。对此，提出了基于有限元理论的线轨连接结构的等效模型，分析计算了线轨连接结构的变形特征。在此基础上，以齐次变换矩阵为基础，建立了线轨连接结构的精度特性计算与评价方法。运用文章提出的方法，对某型号立式机床的线轨进行性能计算与精度分析，分析了载荷、滑块位置和初始误差对线轨精度的影响，对其性能进行了评价，论证了模型的可行性。

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基于方箱的气浮工作台控制系统稳定性分析

朱思达, 卢志伟, 刘波, 张君安

制造技术与机床. 2022, 0(8): 178-184. https://doi.org/10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.08.027

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为了进一步开展对气浮静压导轨支承与直线电机驱动相互匹配稳定性研究，设计并研制了一种基于方箱的二维气浮工作台。二维气浮工作台以方箱为机构设计和装配基准可以有效提高其承载性能和运动精度，但由于整个气浮工作台摩擦阻尼小、负载惯性大而导致其控制系统稳定性较差，因而需对其系统的稳定性进行分析并提出其改进措施。论文基于气浮工作台建立了其直线电机数学模型并推导了其控制系统传递函数，采用Matlab对其伯德图进行计算和稳定性裕度分析并搭建了实验平台进行验证。结果表明：气浮工作台两轴向的电流环、速度环以及位置环的相角裕度均大于60°以及幅值裕度大于10 dB，满足系统稳定裕度要求从而保证了控制系统具有良好的稳定性；实验结果与仿真分析结果具有较好的一致性，验证了气浮工作台控制系统的稳定性。

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2022年, 第0卷, 第8期　
刊出日期：2022-08-30

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