中国机械工程

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2021, 32(07): 0.

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数控机床发展历程及未来趋势

刘强,

2021, 32(07): 757-770. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.001

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从工业化进程和技术发展的角度总结了机床进化史和数控机床发展历程，分析了数控机床核心关键技术演进过程。将我国数控机床发展过程划分为初始发展阶段、持续攻关和产业化发展阶段、高速发展和转型升级阶段，并分别梳理介绍了各阶段技术和产业发展过程以及发展进程中的一些重要事件。列举了全球数控机床领域产业规模和产业结构的相关数据，以及该领域部分先进工业国家的技术发展状况，进一步对数控机床领域涉及的多个方面进行了国内外对比分析。最后分析展望了数控机床的未来发展趋势。

基于机器学习和多目标算法的钛合金插铣优化

翁剑, 庄可佳, 浦栋麟, 丁汉,

2021, 32(07): 771-777. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.002

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针对钛合金的插铣加工过程开展试验和优化研究。以材料去除率和切削力为目标，采用机器学习和多目标优化算法相结合的方法来优化插铣切削参数；以主轴转速、径向切削宽度、切削步距和每齿进给量为试验变量，采用田口方法对试验变量组进行缩减。将机器学习方法与传统一阶和二阶回归方法比较，发现机器学习有很好的预测精度且解集分布更合理。分别采用MOEA/D、NSGA-Ⅱ、SPEA2、NSPSO算法对问题进行求解，并比较它们的性能，结果表明NSGA-Ⅱ综合表现最佳。最后将优化结果与初始参照进行比较，发现优化结果可以显著提高材料去除率并减小切削力，达到了高效稳定加工的目的。

基于自适应自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法

郑近德, 王兴龙, 潘海洋, 童靳于, 刘庆运

2021, 32(07): 778-785，792. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.003

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自相关谱峭度图通过最大重叠离散小波包变换对信号频谱进行分割，并选取最大峭度值所对应频带内的信号进行诊断分析。针对自相关谱峭度图方法在分割频带时因遵循二叉树结构而导致的频带划分区域固定问题，提出一种基于自适应自相关谱峭度图方法的滚动轴承故障诊断方法。自适应自相关谱峭度图方法以改进的经验小波变换为基础，对原始信号傅里叶谱进行包络与平滑处理后再分割，实现了自相关谱峭度图方法自适应分割频带的目的。通过仿真信号与实验数据分析，并将所提方法与快速谱峭度及自相关谱峭度图方法进行对比，结果表明，所提出方法能够准确地检测到合适的解调频带，同时其故障特征更加明显。

自适应差异多尺度形态学的风力机叶片红外图像增强研究

康爽, 陈长征, 赵思雨, 罗园庆, 孔祥希

2021, 32(07): 786-792. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.004

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为提高采用红外检测技术检测风力发电机叶片内部缺陷的能力，改善红外热像图的清晰度低、背景光照不均和细节识别能力弱等问题，提出了一种自适应差异多尺度形态学(ADMM)的图像增强算法。在膨胀和腐蚀运算中分别选择不同尺度的结构元素作为操作对象，采用对比度改善系数比最大值作为多尺度及差异尺度选择的目标函数；利用开、闭及顶帽运算的优势，提取多尺度下图像的明暗细节信息；通过白顶帽与黑顶帽差值运算得到细节增强信息，并与原图像融合得到增强的红外图像；通过调整图像的灰度分布达到最佳的视觉效果。仿真实验结果表明，该算法不仅有极强的鲁棒性，而且能有效地增强光照不均情况下的红外图像细节，提高红外检测在风力发电机叶片中的探伤能力。

基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热研究

王封旭, 邢志广, 杨朋朋, 林俊, 赵建文,

2021, 32(07): 793-798. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.005

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建立了基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热模型，通过理论方法计算了机械臂稳态传热过程中各子模块的温度、传热功率和螺旋盘管中水的对流换热情况，并利用COMSOL Multiphysics仿真软件直观表达其稳态传热过程。仿真结果与理论计算结果差异在4.5%以内。理论分析和仿真结果可用于指导软体机械臂变刚度模块的设计。

基于改进PCA-SOM的电静压伺服作动器油滤堵塞故障诊断

陈换过, 刘培君, 俞杭, 肖雪

2021, 32(07): 799-805. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.006

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针对电静压伺服作动器（EHA）的油滤堵塞故障，提出利用可调式球头油堵预置不同程度的油滤堵塞工况进行数据采集，并在传统自组织映射神经网络(SOM）的基础上，引入主成分分析（PCA）法，利用各元主成分贡献率对神经元竞争域值各维系数进行修订，提出了改进PCA-SOM神经网络对系统堵塞状态进行判识。研究结果表明，与传统SOM神经网络和PCA-SOM神经网络相比，改进PCA-SOM神经网络在提高聚类效果的同时，提高了模型的准确率和训练速度，在EHA的油滤堵塞故障诊断中有更好的适用性。

覆盖件模具拼接区表面微观几何形貌的反演分析

吴石, 赵洪伟, 李鑫

2021, 32(07): 806-804. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.007

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为提高车身覆盖件模具拼接区的加工质量，首先分析不同加工参数下拼接缝前后的表面形貌几何特性和残留高度的空间特性，然后基于小波包提取加工表面轮廓信号不同频段的能量熵特征，最后根据能量熵特征、材料去除率和刀具寿命预测函数反演表面形貌的加工参数。研究结果表明，基于反演分析方法得到的加工参数可以实现拼接区微观几何形貌的可控。

铝合金型材的静轴肩倾斜搅拌摩擦焊接头性能

方远方, 张华

2021, 32(07): 815-820. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.008

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采用静止轴肩搅拌摩擦焊装置对6005A铝合金型材进行焊接，并对焊后接头进行拉伸与弯曲的检测，观测了焊缝与拉伸断口横截面组织，结果表明：静轴肩焊缝表面平整无弧纹；倾斜焊接可避免焊缝表面沟槽；焊接速率1 m/min、转速2100 r/min时，接头的抗拉强度达到母材的73%，屈服强度达到母材的55%；转速1700 r/min、1800 r/min时，试样背弯出现裂纹，随着转速的升高，裂纹消失。焊缝横截面出现S曲线，试样断裂机制为韧性断裂。随着转速提高，组织的细化程度与分布均匀程度升高。

盾构机关键零部件再制造修复技术综述

李方义, 戚小霞, 李燕乐, 王黎明, 杜际雨, 许京伟, 孟晓宁

2021, 32(07): 820-831. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.009

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阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战，综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊等增材修复技术在盾构机再制造方面的潜能和优势，最后展望了盾构机再制造的发展趋势。

高速干切滚齿工艺参数的多目标优化与决策方法

倪恒欣, 阎春平, 陈建霖, 侯跃辉, 陈亮

2021, 32(07): 832-838. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.010

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为降低高速干切滚齿加工能耗、提高滚齿加工质量，提出一种基于改进多目标灰狼优化（MOGWO）算法和逼近理想解排序法（TOPSIS）的高速干切滚齿工艺参数多目标优化与决策方法。分析了滚齿工艺参数，将切削参数和滚刀参数作为优化变量，构建了面向最小加工能耗和最优加工质量的多目标优化模型，采用改进MOGWO算法对所建的模型进行迭代寻优，利用TOPSIS对优化的工艺参数解进行多属性决策。实验结果验证了所提方法的有效性。

应急装备制造网络的动态资源配置

裴植, 戴旭, 袁依轮, 易文超, 陈勇

2021, 32(07): 839-848. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.011

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针对应急装备制造过程的高波动性、高时效性特点，建立了多层制造服务网络模型，并提出基于排队理论的制造网络节点动态资源配置策略，以保证制造资源的合理使用与客户放弃概率的稳定可控。基于不同的制造网络服务目标水平，分别提出了制造网络节点资源动态调节的近似算法和数值解法。通过数值算例的仿真分析，验证了该方法可有效控制并稳定制造系统的目标性能，其针对各制造节点的资源的动态协同优化方案与仿真结果高度契合。所提出方法可应用于应急装备制造服务网络设计中，并为具有更为复杂结构的制造服务网络节点资源配置提供依据。

基于服务编排的云制造服务协同

陆剑峰, 韩调娟, 俞耀平

2021, 32(07): 849-859. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.012

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制造产品价值创造已演变为跨组织的协同，基于业务流程执行语言等服务编制的方法难以应对多主体、多样化和动态化的服务组合流程管理需求。提出了一种基于WS-CDL的云制造服务编排方法，对云制造服务协同流程进行预先定义并在执行过程中遵照执行。通过设计信息交互接口规范和扩展WS-CDL协议，实现云制造服务协同的标准化描述，促进跨组织服务之间的有效沟通。通过仿真对比验证了服务协同方法能改善服务执行效率，提高服务供应商的资源利用率。

基于脉冲漏磁暂态特征的缺陷量化评估方法

许鹏, 方舟, 王平, 耿明, 许勇

2021, 32(07): 860-866,881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.013

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轨头核伤是对铁路行车威胁最大的一种钢轨损伤，因此同时检测出钢轨的表面和近表面埋藏缺陷对保障铁路的安全运行有着重要意义。基于从脉冲漏磁检测信号中提取的暂态特征，研究了轨道缺陷评估新方法，该方法可以同时评估表面和近表面埋藏缺陷的深度及埋藏深度。当施加激励较大时，漏磁信号在上升沿存在波动现象。从波动信号中提取两个新的信号特征，建立信号特征与缺陷参数之间的函数关系，并据此对被测缺陷进行了量化评估。使用上述方法对三个新的缺陷进行量化评估，得到的缺陷深度和埋藏深度的评估值与真实值误差均在0.2 mm以内，验证了该评估方法的可行性。

全海深着陆车着底冲击特性与集中应力结构改进

郭威, 孙洪鸣, 徐高飞, 李广伟, 周悦, 王敏健,

2021, 32(07): 867-874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.014

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为分析全海深着陆车冲击特性并提高着底安全性，基于潜浮和着底运动的规律，将着底过程划分为6种拟着底状态，采用显式动力学方法对着底冲击模型进行数值模拟，并对张紧轮支架进行了改进设计；分析6种拟着底状态下着陆车张紧轮支架改进前后的最大应力，并对比分析了岩石地面和泥质地面的冲击响应特性。研究结果表明：张紧轮支架改进后具有明显的缓冲作用，着陆车冲击岩石地面和泥质地面的最大应力分别减小到原来的13％和30％；弹簧阻尼结构可降低车体的集中应力，但其刚度系数对冲击应力影响较小。由着陆车各状态数值模拟结果可知，改进后的车体结构具有更高的安全性，为研制可适应复杂海底的全海深着陆车提供理论依据。

基于钛酸锂电池的短编组有轨电车车载储能方案仿真分析

蒲思培

2021, 32(07): 875-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.015

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适用于中小城市的短编组车载储能式低地板有轨电车由于全线仅需在车站设充电站，在正线区间不需要架设接触网，对城市景观及限高几乎无影响而在近年得到快速发展，但因短编组有轨电车车长较短，车顶安装空间受限，因此其车载储能装置容量非常有限，导致其在线路沿线设置的充电站数量较多，成本较高。为提高有轨电车车载储能装置容量，采用钛酸锂电池代替有轨电车常用的超级电容并在保山有轨电车T1线实际线路上进行了仿真分析，仿真结果表明，采用钛酸锂电池代替超级电容后，在相同体积下车载储能装置容量可提高近1倍，区间充电站数量约为原数量的1/2，降低了工程实施费用及后期充电站检修维护成本。

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2021, 32(07): 882-882.

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