中国机械工程

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2022, 33(08): 0.

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面向手功能康复训练的软体机器人设计

丛明, 毕聪, 王明昊, 刘冬, 杜宇

2022, 33(08): 883-889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.001

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为解决现阶段软体机器人与人手贴合较差、自由度不够、驱动力小等问题，设计了一种带有双向弯曲模块和伸长模块、可实现多个自由度独立或耦合运动的软体机器人。利用有限元仿真分析方法建立了软体驱动器模型，融合多种柔性材料，保证驱动器可以提供足够大的驱动力。利用传感器实现了对弯曲特性的跟踪。实验验证表明：该软体机器人可以完成抓握训练、手势训练等，满足患者不同康复阶段的训练要求，指尖力可达到5.1 N，可对患者日常的手部康复训练运动起到辅助作用。

脂润滑条件下塑料齿轮稳态温度场仿真与试验研究

余国达, 刘怀举, 卢泽华, 魏沛堂

2022, 33(08): 890-898，907. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.002

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为预测塑料齿轮的脂润滑条件下的稳态温度，建立了考虑温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应的塑料齿轮运行温度场有限元数值模型，研究了塑料齿轮稳态温度场的分布规律以及载荷和转速水平对稳态温度的影响。研究结果表明，稳态温度场的温度沿着齿廓内法线方向逐渐降低，在内法线方向0.5 mm深度处的温度约为表面温度的90%，稳态温度随着载荷或转速的增大而逐渐升高。开展了脂润滑条件下POM（聚甲醛）-POM齿轮副的运行温度试验，试验结果与仿真结果吻合良好，该研究可为高承载塑料齿轮传动设计提供支撑。

复杂刃形陶瓷刀具微波烧结技术研究

殷增斌, 朱智勇, 王子祥, 袁军堂

2022, 33(08): 899-907. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.003

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利用微波烧结技术实现了复杂刃形陶瓷刀具的高效制备。仿真研究了微波电场和温度场随试样加载方式的变化规律，实验验证了不同试样加载方式对陶瓷刀具致密度、力学性能和微观结构的影响以及复杂槽型陶瓷刀具的切削性能。研究结果表明，多个试样平行横放且处于微波烧结腔中心位置时，试样之间的电场强度均匀、温差小，更有利于多个试样同时达到致密。利用微波烧结技术制备的复杂槽型Al2O3/SiC陶瓷刀具刃形结构完整，具有较好的切削性能。相较于传统平刀面陶瓷刀具，复杂槽型陶瓷刀具的金属去除量提高了近2倍，加工表面粗糙度降低了约33%。基于微波烧结的复杂陶瓷刀具“结构-性能”一体化高效制造技术具有广阔的应用前景。

线性压缩机盘簧及组件性能分析

陈洪月, 张站立, 刘先阳, 陈洪岩, 黄鑫宇, 魏雅静

2022, 33(08): 908-914. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.004

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现有压缩机用板弹簧刚度小、使用数量多，因此设计了一种盘簧。采用有限元法（FEM）对比了盘簧和柔性板弹簧的刚度，并从8种不同臂形的盘簧中确定了3种性能较优的臂形；分析了弹簧组的9种布置方式，发现将盘簧放置在两等厚柔性板弹簧之间时支撑性能较好；采用响应面目标优化法对弹簧组间距进行优化，优化后的径向刚度增大了37.5%；对优化后的弹簧组刚度进行了实验测试，并将其与FEM结果进行了对比。

不同挤压载荷下圆柱形锂离子电池的失效机理试验研究

董思捷, 张新春, 汪玉林, 刘南南, 陈学晋

2022, 33(08): 915-920，951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.005

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为满足电动汽车动力电池组耐撞性设计的要求，对不同机械滥用工况下锂离子电池单体的失效机理进行了试验研究。通过对三种不同容量的NCR18650圆柱形锂离子电池进行局部压痕和平面压缩加载试验，研究了锂离子电池样本的力-电-热响应，给出了失效电池样本的横截面破坏形式，具体讨论了加载形式和电池容量对锂离子电池失效的影响。研究结果表明，局部压痕和平面压缩将导致电池分别出现内短路和外短路两种触发失效模式。随着额定容量的提高，电池的承载能力降低，从而导致失效位移减小。机械加载形式和额定容量亦对电池表面温度变化有重要影响，局部压痕失效后电池达到的最高表面温度较高，中等容量电池的表面温度变化相对平稳。

基于改进图匹配的角盒类零件型腔加工特征自动识别

张生芳, 王国庆, 马付建, 刘宇, 杨大鹏, 沙智华

2022, 33(08): 921-928. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.006

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为满足角盒类零件型腔特征识别需求，提出了一种基于改进图匹配的型腔特征自动识别方法。分析了角盒类零件型腔特征，提取了特征简化模型的共性模板属性。获取了模型栅格高度点云数据，以高度中值作为阈值并将其转换为0-1特征值矩阵，提取了型腔面投影特征值以分离识别型腔壁边面。采用共性模板面邻接属性判定搜索型腔侧壁面，最终识别出了包含底板面集、壁边面集和侧壁面集的完整型腔加工特征。实例验证结果表明，相较于固定模板匹配的特征识别方式，采用所提方法识别角盒类零件型腔加工特征时具有更高的效率和更好的鲁棒性。

人机环境系统多领域行为过程建模与优化方法研究进展

董元发, 张文厉, 肖人彬, 田启华, 杜轩,

2022, 33(08): 929-942. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.007

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目前智能技术自身在通用性、稳健性、安全性等方面并不成熟，智能交互产品极易因在意图表达、信息处理、决策逻辑、交互时序、动作强度等方面与用户行为模式的不匹配而产生“行为冲突”，人机环境系统多领域行为过程的统一建模与优化是实现智能交互产品行为特性调控和正向设计的关键。从如何表征、用什么表征、如何校验、如何优化四个维度系统地梳理了人机环境系统多领域行为过程表征模型、建模语言/工具、模型验证和行为过程优化等方面的研究进展，分析了目前该领域存在的问题和局限性，展望了未来的研究重点和发展趋势。

多轴联动工具磨削软件关键技术与发展趋势

李国超, 柏小祥, 王黎明, 李昌明, 李友生

2022, 33(08): 943-951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.008

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面向复杂形状刀具的多轴联动工具磨削软件已成为我国制造工业亟需突破的瓶颈问题之一，为此，介绍了工具磨削软件的应用场景及需求，梳理了国外主要工具磨削软件品牌及其功能特点，进而从数学、力学、材料学等软件涉及的关键理论问题角度分析了工具磨削软件需要突破的关键技术，并在此基础上提出了未来工具磨削软件的智能化发展趋势，从而为我国工具磨削软件的自主研发提供参考。

增材制件内部缺陷埋藏深度的激光超声定量检测

田雪雪, 赵纪元, 卢秉恒, 王磊

2022, 33(08): 952-959. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.009

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针对增材制件内部缺陷检测，提出一种内部缺陷埋藏深度的定量检测方法。对用激光超声无损检测技术接收到的信号采用小波包分解技术进行分离并提取信号中的超声纵波，解决了超声表面波和纵波耦合影响时域特征提取的问题。根据检测过程中经过缺陷的纵波声程的变化，实现了精锻试块内部缺陷埋藏深度的定量检测，检测结果的相对误差为1.81%。在原检测方法的基础上增加异常点滤除算法，并应用于增材制件内部缺陷的检测，检测结果的相对误差为1.76%。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

史振伟, 王敏杰, 戚文军, 牛留辉, 刘建业, 张佳琪, 刘煜, 王金海

2022, 33(08): 959-964. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.010

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基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合，分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB，上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2)，孔隙率在0.05%以下，抗拉强度高于440 MPa，成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下，侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。

基于轻量级梯度提升机的非对称风险注塑成形产品尺寸预测模型

刘永兴, 唐小琦, 钟靖龙, 钟震宇, 周向东

2022, 33(08): 965-969. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.011

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受温度、气压等环境不稳定因素的影响，注塑成形加工过程中工艺参数发生变化，从而导致产品精度下降，产品降级或报废。针对类似环境不稳定因素影响问题，利用加工过程中的数据进行注塑成形尺寸预测，有助于不合格产品的及时发现，减少不合格品的产生。基于轻量级梯度提升机（LightGBM）框架设计了基于加工过程数据及参数的注塑成形产品尺寸预测模型，通过特征提取、异常数据处理、数据集划分、模型训练、模型验证等步骤，建立了具有非对称风险特征的产品尺寸预测模型。针对产品尺寸超规的非对称风险问题，在模型训练过程中引入了基于尺寸范围的加权修正方法，以提高预测模型对超规尺寸的预测精度。最后利用富士康注塑成形尺寸预测数据集进行了验证，结果表明，该模型对超规尺寸具有更高的预测精度，尺寸预测结果平均误差为0.015 mm，考虑非对称风险的加权平均误差为5×10-6 mm。

基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型构建及应用

夏琴香, 曾伟国, 陈明星, 肖刚锋, 黄国军

2022, 33(08): 970-976，985. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.012

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针对传统模具零件加工工艺依靠人工编制而导致的效率低、设计周期长，无法适应现代模具零件多品种、小批量、高效智能化生产的需求，构建了一种基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型。采用粗糙集理论，提出了模具零件特征属性权值计算方法；采用归一化和余弦相似度方法，对数值型和字符型局部相似度进行了准确表征；基于静态及动态相似度阈值相结合的方法，动态获取了系统相似度阈值；提出K-means聚类算法与最近邻（KNN）算法相结合的工艺决策算法，实现了加工工艺文件快速准确智能化生成。企业生产测试结果表明，采用所构建的模具零件加工工艺决策模型，可使得零件模型分析及工艺路线拟定时间缩短64.5%，模具零件加工工艺编制时间缩短40%，工艺设计不合理比例减小82.8%，漏工序加工比例减小69.6%，极大地提高了工艺设计效率及模具零件加工质量。

基于PointCPP-LSF方法的航天筒段薄壁件滚弯成形质量分析

艾青波, 张洁, 程辉, 吕佑龙, 左丽玲, 胡蓝

2022, 33(08): 977-985. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.013

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为解决传统圆柱拟合方法对参数初值具有较高依赖性而导致无法满足航天筒段薄壁件滚弯成形质量检测精度及速度要求的问题，提出一种PointCPP-LSF方法，以实现航天筒段薄壁件滚弯成形质量分析。基于点云深度学习建立面向圆柱参数预测的点云网络（PointCPP）模型以获得可靠的圆柱参数初值，然后基于改进的最小二乘拟合（LSF）方法对圆柱参数进行迭代优化，并结合粗差点剔除机制，最终获取稳健的曲率半径计算结果。实验结果表明，所提方法能有效提高航天筒段薄壁件滚弯成形质量检测的准确度和速度。

热镀锌冷却过程对C翘带钢影响及其优化技术

钱胜, 林威, 胡万通, 白振华,

2022, 33(08): 986-992. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.014

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针对热镀锌机组连续退火过程中带钢C翘导致镀层不均的问题，研究了热镀锌冷却过程核心工艺对带钢C翘板形的影响机理，建立了喷嘴冷却模型、喷嘴与带钢实际垂直距离分布模型等关键工艺模型，提出以翘曲抑制率、翘曲控制灵敏度为量化指标的C翘影响模型，给出了完整的风机关键工艺参数综合优化方法，实现了带钢精细化分区冷却控制。某热镀锌机组的应用表明该方法可有效降低机组出口带材翘曲程度。

线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划

张家旭, 周时莹, 李长龙, 郭崇, 赵健

2022, 33(08): 993-1000. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.015

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针对线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划问题，提出了一种对动态障碍物具有自适应能力的自主代客泊车路径规划方法。首先，采用栅格地图描述停车场环境信息，将连续状态空间中的自主代客泊车路径规划问题转化为离散状态空间中的自主代客泊车路径规划问题，并采用各向同性的圆形结构元素对栅格地图进行膨胀处理，使规划的自主代客泊车路径与障碍物之间保持一定的安全距离。随后，采用D* Lite算法规划出对动态障碍物具有自适应能力的全局自主代客泊车路径，并采用动态窗口法和圆弧-直线组合方式沿着全局路径规划出满足线控四轮转向汽车运动学和机械约束的局部自主代客泊车路径，引导汽车安全无碰撞地进入斜向泊车位。最后，通过仿真验证所提方法的可行性，结果表明：所提出的方法可以在动态障碍物存在的自主代客泊车场景中规划出安全无碰撞的可行路径，引导汽车进入目标斜向泊车位。

酸性环境中的铝锂合金腐蚀行为及其元胞自动机模拟

郭一, 田干, 刘德俊, 张有宏, 常新龙

2022, 33(08): 1001-1007. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.016

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为研究储罐材料与液体推进剂的相容性问题，使用电化学试验和全浸试验探究了2195-T8铝锂合金在HNO3中的腐蚀机理，并基于元胞自动机法对其腐蚀历程进行仿真。研究结果表明：合金在质量分数30%的HNO3中的腐蚀最快；腐蚀初期主要发生点蚀，随后逐渐形成剥落腐蚀。拟合的等效电路反映合金在HNO3中的动力学过程，解释了电化学阻抗谱第四象限中出现感抗的现象。元胞自动机模型以Logistic分布概率为腐蚀概率临界条件，所得仿真结果与试验结果相对应。

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2022, 33(08): 1008.

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