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2008年 第19卷 第21期    刊出日期：2008-11-10
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制造系统
超精密纳米胶体射流抛光试验研究
宋孝宗;张勇;张飞虎;栾殿荣
2008, 19(21):  0-2524. 
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综合考虑了工件表面原子的微观状态，利用纳米颗粒特殊的高比表面能和高吸附特性，提出了一种可实现工件表面原子级去除的纳米胶体射流抛光方法。利用碱性胶体中纳米颗粒与工件的表面反应，设计了可实现超精密表面加工的纳米胶体射流抛光系统,并利用该系统对K9玻璃进行抛光。试验结果表明，纳米胶体射流抛光可实现超精密光学表面的抛光，抛光后表面粗糙度Ra小于1nm。
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典型碳化硅光学材料的超光滑抛光试验研究
康念辉;李圣怡;郑子文;戴一帆;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (9130KB) ( )  
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研究了三种典型的碳化硅光学材料CVD SiC、HP SiC以及RB SiC的材料去除机理与可抛光性，并对其进行了超光滑抛光试验。在分析各种材料制备方法与材料特性的基础上，通过选择合理的抛光工艺参数，均获得了表面粗糙度优于Rq=2nm（采样面积为0.71mm×0.53mm）的超光滑表面。试验结果表明：研磨过程中，三种碳化硅光学材料均以脆性断裂的方式去除材料，加工表面存在着裂纹以及材料脱落留下的缺陷;抛光过程中，CVD SiC主要以塑性划痕的方式去除材料，决定表面粗糙度的主要因素为表面微观划痕的深度；HP SiC同时以塑性划痕与晶粒脱落的形式去除材料，决定表面粗糙度的主要因素为碳化硅颗粒大小以及颗粒之间微孔的尺寸；RB SiC为多组分材料，决定其表面粗糙度的主要因素为RB SiC三种组分之间的去除率差异导致的高差。
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MoS₂/Zr复合涂层高速钢刀具的切削性能研究
赵金龙;邓建新;颜培;
2008, 19(21):  0-2524. 
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采用中频磁控溅射和多弧离子镀相结合的工艺在M2高速钢麻花钻表面沉积制备了MoS₂/Zr复合涂层，考察了复合涂层的表面形貌及力学性能，在干式切削条件下研究了复合涂层刀具钻削45钢的切削性能。结果表明，与纯MoS₂ 涂层相比，MoS₂/Zr 复合涂层的硬度显著提高，与无涂层高速钢刀具相比，MoS₂/Zr复合涂层刀具的切削能力提高了约4倍。复合涂层的存在使得刀具主切削刃的后刀面磨损量明显减小，刀具的黏结磨损和磨粒磨损程度显著降低。MoS₂/Zr复合涂层刀具后刀面和横刃的磨损形式主要为涂层的分层剥落，同时伴随有一定程度的黏结磨损和磨粒磨损。
磨料射流抛光中各工艺参数对材料去除率及抛光区形貌的影响
李兆泽;李圣怡;戴一帆;彭小强;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (4773KB) ( )  
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介绍了磨料射流抛光的工作原理，并从试验出发，针对射流抛光技术的主要工艺参数（入射角度、射流速度、入射距离、抛光液浓度和工作时间等）对抛光特性的影响进行了试验研究。分析了各工艺参数与抛光效率和抛光点形貌的影响关系，从而获得了最佳工艺参数。在此基础上，对一平面K9光学玻璃进行了抛光试验，抛光速率约为30nm/min，抛光区粗糙度小于2.5nm。研究结果为磨料射流抛光加工的进一步研究提供了一定的帮助。
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磨削表面白层厚度影响因素的实验研究
黄向明;周志雄;夏启龙;杨军;
2008, 19(21):  0-2524. 
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通过淬硬轴承钢GCrl5的磨削实验，研究了砂轮速度、工件速度、磨削深度以及冷却方式等磨削参数对白层厚度的影响规律。实验表明：白层是由磨削过程中工件快速升温和快速冷却以及强烈的塑性变形引起的，白层厚度的变化是磨削加工过程中各种参数共同作用的结果，而其中磨削深度是主要原因，其次是砂轮速度和工件速度；白层厚度随砂轮速度和磨削深度的增大而增大;低的砂轮速度和磨削深度以及良好的冷却条件能有效抑制白层的产生。根据实验统计结果提出了预测磨削白层厚度的经验公式。
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一种光学材料高效超精密加工方法
尹韶辉;大森整;林伟民;上原嘉宏;陈逢军;朱科军;
2008, 19(21):  0-2645. 
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提出了结合磁流变光整加工（MRF）与在线电解修整（ELID）磨削对各种光学材料进行超精密加工的方法，即采用ELID磨削进行预抛光以获得高质量表面，然后采用MRF进行精密抛光以进一步减小表面粗糙度和形状误差。利用该组合工艺对BK7玻璃、硅晶玻璃、碳化硅等光学材料进行了超精密加工实验，可以在短时间内使光学材料工件表面得到亚纳米级的表面粗糙度和峰谷值为λ/20(λ为单位波长，λ=632.8nm)的形状精度。
 
单晶硅加工裂纹的离散元仿真研究
谭援强;杨冬民;李才;盛勇;
2008, 19(21):  0-2524. 
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通过力学性能数字试验模拟及校准，建立了单晶硅的离散元模型。基于该模型对单晶硅微加工过程进行了动态模拟，分析了不同切削速度、切削深度及刀具前角等对加工后表面裂纹情况及切屑形成的影响，结果表明：加工后表面裂纹的数目及其最大深度均随刀具前角的增大而减小，而随切削速度及切削深度的增大而增大；切削速度越高，切削深度对加工表面的质量影响越大；随着刀具由正前角变为负前角，刀具前方特别是刀具下方的材料损伤程度逐渐增大，在前角变至0°之前，刀具下方的材料损伤程度基本上保持不变，而当前角变为-15°时，刀具下方的材料变形程度显著增大。
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磨粒粒径对蓝宝石研磨均匀性影响的试验研究
周兆忠;文东辉;张克华;鲁聪达;袁巨龙;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (6480KB) ( )  
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通过蓝宝石衬底的单面研磨试验研究，分析了W14和W3.5的B₄C磨粒研磨后蓝宝石表面的微观形貌和宏观形貌，W14的B₄C磨粒加工后蓝宝石表面微观裂纹密集且交错分布，体现了以滚轧和挤压为主的材料脆性去除作用，相同条件下，W3.5的B₄C磨粒加工的蓝宝石表面划痕均匀，表面无微观裂纹，实现了以切削为主的材料延性去除形式。测试分析结果表明：磨粒粒径的选择对蓝宝石的研磨表面状态具有重要影响，其选择准则除考虑要达到的粗糙度等级之外，还必须同时考虑与研磨盘的嵌入作用及其对加工表面状态的影响；W3.5的B₄C磨粒研磨加工后的蓝宝石表面宏观和微观均匀性良好，表面粗糙度、平面度等符合抛光前道工序的要求。
球面偶件磨削加工原理误差分析及实验研究
佟富强;张勇;张飞虎;
2008, 19(21):  0-2524. 
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阐述了成形范成法加工球面的原理、应具备的条件及其运动规律。主要针对机床几何精度对磨削球面精度的影响，分别从上下、左右、角度三个方面对球面度误差的影响展开了研究，得出了具体的计算公式。对磨削的均匀性给予分析，得出了砂轮与工件的转向和转速比是影响磨削均匀性的主要因素的结论。尝试了采取以硬质合金工件材料作修整电极的成形范成法凹球面ELID磨削实验方案，初步实验结果表明，该方案是硬质合金球面超精密磨削的一种有效方法。
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机械科学
一种改进型ADRC实现的机床进给用永磁直线同步电动机调速系统
周振雄;曲永印;杨建东;刘德君;
2008, 19(21):  0-2645. 
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针对永磁直线同步电动机(PMLSM)这一具有未知强非线性、变量耦合性，存在未建模动态和不确定外扰等特点的对象，提出了一种改进型一阶自抗扰控制器(ADRC)并给出其离散形式，它克服了常规自抗扰控制器非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性，同时利用其扩张状态观测器观测系统内部扰动和外部扰动，并进行补偿，实现了PMLSM调速系统的实时动态线性化。仿真对比分析和实验研究表明，这种改进型ARDC实现的PMLSM调速系统具有很好的动态、静态特性及鲁棒性。 
制造系统
基于表面粗糙度均匀性的曲面磨削研究
孔令叶;阎秋生;宋军辉;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (3376KB) ( )  
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针对曲面磨削中不同曲率处的表面粗糙度不均匀的问题，基于等残留高度法，分析了砂轮圆弧半径、砂轮进给速度、工件转速以及工件曲率对残留高度的影响。结果显示，为得到较小的残留高度，应尽量保持低的砂轮进给速度，并且提高工件转速。曲率半径越小，粗糙度差异越大，改变砂轮进给速度可改善这一问题。砂轮的进给速度与曲率半径大小成正比。采用金刚石滚轮法以及砂轮变速进给可有效改善曲面磨削的表面粗糙度均匀性。
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机械科学
自由型面的五轴激光淬火轨迹规划算法研究
徐宏伟;黄玉美;韩旭炤;李艳;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (3418KB) ( )  
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为保证复杂型面的激光淬火质量，针对自由型面的激光淬火路径规划直接影响着淬火后自由型面表面硬度的均匀性这一特点，在分析激光淬火加工工艺特点的基础上，提出了等弧长的激光淬火轨迹算法来确定自由型面上的激光淬火轨迹。该方法通过激光淬火试验，确定了最佳激光淬火光道距离并进行了相应的计算。利用三次B样条参数曲面进行了实例计算，验证了所提出算法的可行性。
双弹性体再生颤振的稳定性研究
黄强;张根保;张新玉;曹东风;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (4698KB) ( )  
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通过理论分析与试验观测相结合的方法，对机床加工系统的加工稳定性进行了研究。从维持颤振需要足够的能量补充以及加工系统质量分布特点的角度，得出了颤振最有可能发生在工件或刀具系统上的推论。在此前提下，将现在常用的再生颤振模型拓展为拥有两个弹性环节的模型。分析和试验结果表明：当这两个弹性环节的动柔度相差较大时，具有较大动柔度的环节为颤振的主动体，颤振将发生在该环节的固有频率附近，该环节即为系统薄弱环节；当两个弹性环节的动柔度相差较小时，颤振主动体则取决于具体的加工条件。试验测试的结果较为直观地反映了颤振主动体在切深连续增加情况下的转换过程和结果。
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一种谐振式加速度传感器及其设计
郭占社;樊尚春;庄海涵;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (3039KB) ( )  
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为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题，利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点，设计了一种谐振式加速度传感器。通过理论计算，得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系，并通过有限元软件对其进行了仿真计算。计算结果显示，传感器在空载状况下谐振频率的理论计算结果与有限元分析结果分别为722.2Hz与720.87Hz。在1g加速度下两种计算方法得到的谐振频率计算结果分别为727.3Hz与726.28Hz，两种情况的相对误差仅为0.18%与0.14%。对加工完毕的加速度传感器进行了测试，测试结果表明：在谐振状态下，传感器的敏感元件的谐振频率大约为718.2Hz，与理论计算及仿真结果基本接近，证明了设计的正确性。
大滑滚比工况下弹流摩擦试验研究
刘焜;邴雷刚;刘小君;王伟
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (3220KB) ( )  
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针对大滑滚比工况，在自行改造的双盘摩擦磨损试验机上，完成了一系列线接触弹流摩擦试验；测量了不同工况下的摩擦因数，对试验结果进行了全面的分析，得到了一系列摩擦曲线，反映了多种具体工况下，各工况参数对摩擦因数的影响。结果表明：载荷比较小时，摩擦因数对载荷或转速的变化非常敏感；随着载荷的增大，摩擦因数对载荷与转速的敏感程度急剧下降；大滑滚比工况下，摩擦因数随滑滚比的变化幅度不大；摩擦因数随载荷增大而减小，且减小幅度随载荷增大而减小；摩擦因数随转速增大而减小，且减小幅度随转速增大而减小。
基于未确知信息的复杂结构能度可靠性分析
杨瑞刚;徐格宁;吕明;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (3530KB) ( )  
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针对钢结构系统的模糊能度可靠性分析中需要较大数据量的问题，提出了基于未确知数学理论处理载荷分布规律的一种新方法, 即用未确知有理数表示载荷变量来计算变量的特征值。未确知有理数为最常用的离散型未确知数, 可以较为精细地刻画具有不确定性的量, 避免只用单一实数点值来表示这种量时产生的信息遗漏和失真。复杂模糊结构系统的可靠性分析中，对含有多个可能失效模式的大型复杂结构系统进行可靠性计算是个难点。采用结构的能度可靠性模型，用优化准则法选取可能的临界元，用增量载荷法确定主要失效模式的极限状态方程，在确定的截集水平下，确定了系统钢结构可靠性指标。通过未确知数学理论和能度可靠性模型的巧妙结合，解决了上述难点并使计算结果更接近实际真值。为工程复杂结构系统可靠性分析探索一种新型的计算模式和方法。
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单斗液压挖掘机节能控制系统的实现
和卫星;陈晓平;陆森林;潘天红;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (3044KB) ( )  
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单斗液压挖掘机在作业过程中负荷变化频繁，存在着能量损失。为有效减小能量损失，改善工作性能，设计了一种单斗液压挖掘机发动机的控制系统。该控制系统在不改变挖掘机液压系统及发动机内部结构的前提下，利用单片机的监控优势，以液压系统的压力为判断信号，通过步进电机控制发动机的油门，达到了节能的要求。该控制系统具有自动怠速控制、动力模式控制、短时超载和溢流控制等功能，实现了系统工作稳定、执行机构动作平稳、控制精度高、节能效果显著的目标。
制造系统
供应链分布式多层协同生产-分销计划模型与求解
李应;杨善林
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (4254KB) ( )  
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针对由一个制造商及多个分销中心和零售商组成的多级分布式供应链系统，考虑供应链成员间的阶层关系、各自不同的目标以及决策的交互影响特性，建立了分布式三层供应链协同生产-分销模型，以满足各成员的利润目标和供应链的协调运转。设计了模糊交互式三层规划求解方法，求解过程对应了供应链决策者间的反复协商行为。算例仿真验证了模型及交互式三层规划法的可行性及有效性，并在决策行为与规划结果方面与模糊多目标规划法作了比较分析。
基于OWL-S的制造网格服务发现研究
胡业发;张海军;陶飞;周祖德;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (4615KB) ( )  
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结合语义Web技术，设计了制造网格服务本体开发步骤，对制造网格服务进行语义描述，提出了基于OWL-S的制造网格服务发现模型。将本体匹配技术引入制造网格的服务匹配中，并改进了本体匹配中概念相似度算法，为解决服务匹配问题提供一个有益的尝试。实验表明，该语义模糊匹配技术能有效地弥补基于关键词的服务发现查全率和查准率较低的不足，提高服务发现的质量。
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信息技术
基于最小距离法的鞋楦加工无干涉刀具轨迹生成
彭芳瑜;丁继东;陈徐兵;李斌
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (4567KB) ( )  
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在刀具及鞋楦三维模型离散数据的基础上，通过曲面的空间变换，将干涉检查转化为基于投影方向的最小距离判断，实现了鞋楦加工的无干涉刀具轨迹生成。对于计算刀位点时计算量大的问题，提出了一种针对鞋楦曲面特征的最小距离点的快速搜索方法。实际加工表明，提出的算法能够较好地提高鞋楦的加工质量和效率。
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制造系统
服务型制造：新型的产品模式与制造范式
孙林岩;高杰;朱春燕;李刚;何哲
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (4185KB) ( )  
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将产品服务系统(PSS)划分为面向产品的PSS、面向方案的PSS、面向应用的PSS和面向效用的PSS四类，并分析了它们之间的演化规律。从产业经济学的视角分析了服务制造网络上各节点企业间的新型合作关系。从业务模式、行业洞察、技术优势三方面构建了服务型制造的BIT模型。

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信息技术
微结构表面上流体流动的数值模拟
李健;周明;蔡兰;叶霞;吴勃;李刚;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (3206KB) ( )  
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根据固液界面的复合接触模式，考察了液体在光栅表面上的流动。运用二阶中心差分方法对Navier-Stokes方程进行离散求解，采用了零滑移和零剪切交错边界条件，开发了一个用于计算二维流动参数的计算系统。运用该系统对二维管道进行了模拟，得到了管道内流体的速度分布和压强分布，并计算了管道的减阻情况。计算结果与以往类似结果对比说明了系统的理论基础和实施方案的正确性；计算结果表明，流体在光滑与光栅结构表面构成的管道中的压强分布存在一定差异，光栅结构表面具有一定的减阻性能。最后，通过对不同的表面结构参数进行数值实验，得出了用于减阻衡量的关系式。
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基于锥束CT图像的数字样品建模方法研究
黄魁东;张定华;王凯;张顺利;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (5354KB) ( )  
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提出了一种同时包含物体内部材料分布和表面几何信息的数字样品概念，研究并实现了基于锥束CT图像的数字样品建模方法。在材料建模方面，根据材料识别提出了一种计算材料相分布的方法；在几何建模方面，针对锥束CT图像的特点，提出并实现了一种局部结构重构和整体拓扑重构相结合的三维物体表面重构新方法。实验表明，该研究为三维物体内部结构和表面信息的测量重构提供了一种可行的新建模方法和实现技术。
科学基金
汽中电火花加工技术研究
高清;张勤河;苏树朋;张建华;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (6398KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
提出了一种汽中电火花加工技术，其加工介质为水蒸汽，蒸汽由蒸汽发生器获得，经管状电极喷向工件。试验结果显示：一般情况下，材料去除率随放电电流、脉冲宽度的增大而增大，随脉冲间隔的增大而减小，但一味地增大脉冲宽度和减小脉冲间隔会造成电火花加工稳定性变差，从而降低材料去除率；汽中电火花加工技术的工具电极相对损耗率相对较低，受脉冲宽度、脉冲间隔影响小，但在大的放电电流下，电极相对损耗率会有所增加，且汽中电火花加工的工件附着物较少。
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圆锥齿轮可靠性分析的参数灵敏度
周娜;张义民
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (4359KB) ( )  
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讨论了圆锥齿轮可靠性灵敏度的计算和分析问题，提出了可靠性灵敏度分析的计算方法；研究了正态分布参数的改变对圆锥齿轮可靠性的影响，编制了实用的计算机程序，利用它可以迅速准确地得到汽车零部件可靠性灵敏度的设计信息，为汽车零部件的可靠性设计提供了理论依据。
一种采用L-M方法的无标定视觉伺服控制方法
付清山;张志胜;史金飞;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (4929KB) ( )  
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在无标定视觉伺服控制中，高斯牛顿法是一种被广泛采用的方法，但在大残量情况时，该方法可能不收敛或不能收敛到期望值。对此，提出了一种采用L-M方法的无标定视觉伺服控制方法。该方法采用信赖域策略确保模型是对非线性目标函数合适的模拟，并根据函数实际下降量与预测下降量的比值自适应地改变步长，采用Broyden方法动态估计图像雅可比矩阵。采用该方法无需对机器人及摄像机进行标定，且避免了传统方法的上述缺点。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。
杆式超声电机定子的动力学分析与优化设计
朱华;曾劲松;赵淳生;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (5128KB) ( )  
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利用有限元理论建立了具有复杂外形的杆式超声电机定子的机电耦合动力学模型。利用该模型对定子的动力学特性进行了求解，一阶弯曲模态频率的理论计算结果与样机定子的模态测试实验的结果相差3.9%。提出杆式超声电机工作对定子模态的要求，推导了这些设计要求的数学表达形式。结合模式搜索算法，建立了定子结构参数的优化设计模型来解决这一多目标的优化问题。算例分析的结果表明，该优化模型可以在满足对模态频率、振型、压电陶瓷安放位置、避免干扰模态等要求的前提下，确定定子的相关几何参数，从而提高电机结构设计的效率。
磁场同步跟随式电磁悬浮微驱动器的理论分析与建模
陈本永;潘科荣;杨涛;陈军;姜伟光;郭亮;
2008, 19(21):  0-2645. 
摘要 ( )   PDF (5899KB) ( )  
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提出了一种基于磁场同步跟随的新型电磁悬浮式微驱动器，解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题，可实现高精度微运动。通过理论分析，建立了该驱动器的驱动力数学模型；采用矢量磁位法、傅里叶级数法和麦克斯韦张量法完成了该驱动器的特征参数辨识，并分析了永磁体材料、尺寸、导线阵列电流大小以及气隙高度对悬浮力大小的影响，由此得到悬浮力与气隙、电流的关系。实验结果证实了理论分析与建模的正确性以及该驱动器的实际可行性。
基于混沌粒子群优化的神经网络在旋转机械故障诊断中的应用
仇国庆;唐贤伦;庄陵;杨志龙;
2008, 19(21):  0-2524. 
摘要 ( )   PDF (2964KB) ( )  
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基于混沌粒子群优化算法提出一种根据群体早熟收敛程度和个体适应值来调整惯性权重的自适应混沌粒子群优化算法，算法兼顾全局寻优和局部寻优，能够有效地避免早熟收敛。使用自适应混沌粒子群优化算法训练神经网络并建立旋转机械故障诊断模型，实验结果表明，与粒子群优化算法、遗传算法训练神经网络相比，基于自适应混沌粒子群优化算法的神经网络能够有效改善神经网络的训练效率，提高故障模式识别的准确率。
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