高热点论文 |《制造技术与机床》2022年第10期

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郑良, 苑明海, 裴凤雀, 顾文斌. 智能制造车间数据采集和预处理方法研究[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 85-90.

智能制造车间数据采集和预处理方法研究

郑良 苑明海 裴凤雀 顾文斌

（ 河海大学机电工程学院）

摘 要

为了解决智能制造车间中数据采集困难以及采集到的数据多、杂等问题，从数据采集出发，提出了一种针对智能制造车间的设备资源数据和物料资源数据的数据采集框架。随后，结合采集数据的特点，提出了对应的数据清洗以及数据降维的方法，并在某企业制造车间对提出的方法进行了验证。实验证明，该数据预处理方法具有可行性和优越性。

基 金

江苏省自然科学基金面上项目（BK20201162）

教育部人文社科规划基金项目（21YJA630111）

2

苏俊, 熊瑞平, 温记明, 李云秋, 谭平. 基于改进粒子群算法的六自由度工业机器人轨迹规划[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 38-45.

基于改进粒子群算法的六自由度工业机器人轨迹规划

苏俊 熊瑞平 温记明 李云秋 谭平

（ 四川大学机械工程学院）

摘 要

针对工件打磨工况，设计建立用于打磨的机器人运动学模型，规划机器人运动学轨迹，通过改进粒子群算法优化轨迹曲线，减少机器人运行时间，提高机器人工作效率。首先建立打磨工业机器人空间运动学模型，计算目标点从笛卡尔空间转换到关节空间的逆解，在关节空间中利用“三次-五次-三次”三段多项式曲线对所求逆解进行轨迹规划，以轨迹运动时间最短作为优化目标。利用融合免疫操作的改进粒子群算法对轨迹曲线进行优化，将改进算法的优化结果与传统粒子群算法进行对比；改进后的新算法改善了粒子群算法易陷入局部最优的问题，适应度结果更好，算法效果更佳。

基 金

四川省重点研发项目“智能涂装产线关键技术的开发与集成”（2020YFG0119）；

四川省智能制造与机器人重大专项课题“工业机器人成套装备研制与应用”（2019ZDZX0019）；

宜宾-四川大学战略合作科技创新研发项目“基于六自由度工业机器人的智能打磨系统研发”（2020CDYB-11）

3

蔡超志, 白金鑫, 张仲杭, 池耀磊. 基于自适应小波降噪和Inception网络的齿轮箱故障诊断[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 21-28.

基于自适应小波降噪和Inception网络

的齿轮箱故障诊断

蔡超志 白金鑫 张仲杭 池耀磊

（ 河北工程大学机械与装备工程学院）

摘 要

齿轮箱是传动系统中的重要部件，其故障率发生较高且难以直接识别故障情况。针对齿轮箱故障振动信号常含有大量噪声以及难以提取出准确、全面的故障特征的问题，提出一种基于自适应小波降噪和Inception网络的齿轮箱故障诊断方法。首先对采集的振动信号进行自适应小波降噪，然后将降噪后的信号输入Inception网络进行故障特征提取与分类。Inception模块具有多尺度抽象特征提取性能，能够从信号中提取全面的故障特征信息，包括齿轮箱微弱故障信号。研究表明该方法在信噪比SNR为−4 dB的环境下故障识别准确率仍达到92.65%，并且在−4 dB的环境下经过降噪处理的信号再输入Inception网络进行故障识别比直接将信号输入Inception网络进行故障识别准确率高6%。因此利用本研究提出的方法，对齿轮箱进行实时监测，及时发现安全隐患，对保证齿轮箱稳定运行防止财产损失具有重大意义。

基 金

河北省自然科学基金（E2020402060）

4

窦文娟, 龚伟, 王小平, 吴曾萍, 李本旺, 黄云峰. 工业机器人伺服传动系统对整机性能影响研究[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 46-53.

工业机器人伺服传动系统对整机性能影响研究

窦文娟① 龚伟② 王小平③

吴曾萍③ 李本旺③ 黄云峰④

（ ①中国汽车工程研究院股份有限公司；

②成都飞机工业(集团)有限责任公司；

③重庆凯瑞机器人技术有限公司；

④重庆大学机械传动国家重点实验室）

摘 要

为研究精密减速器、伺服电机作为核心零部件应用在工业机器人上对整机性能的影响，提出基于伺服-精密传动系统的机电耦合分析、测试及评价方法。以永磁同步电机为研究对象建立伺服系统矢量控制数学模型及双闭环电机矢量控制算法模型。对伺服传动系统运行品质模型仿真，建立运行品质参数与整机关键性能指标之间的映射关系。根据传动系统及核心零部件静动态特性参数，分别建立减速器和伺服系统性能退化模型，并通过加速寿命试验对参数准确度进行评估。结果表明，减速器主要通过启动转矩、扭转刚度等5项参数，伺服系统主要通过伺服轴定位误差、跟随误差等7项参数反映对整机性能的影响。

基 金

国家重点研发计划（2017YFB1301400）；

重庆市技术创新与技术发展专项（cstc2020jscx-gksbX0005）

5

丁少虎, 张瑞晨, 杨称称, 张森. 基于声音融合特征与OCSVM的机床故障分类诊断[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 13-20.

基于声音融合特征与OCSVM的机床故障分类诊断

丁少虎① 张瑞晨② 杨称称② 张森②

（①北方民族大学机电工程学院；

②北方民族大学电气信息工程学院）

摘 要

针对数控机床工作中诊断维护困难的问题，提出一种利用声音融合特征搭配一类支持向量机(OCSVM)的故障诊断和SVM故障分类的方法。首先采集不同工作状态下的数控机床运行音频数据，采用梅尔频率倒谱系数(MFCC)和线性预测倒谱系数(LPCC)方法对数据进行多维特征提取，通过PCA降维归一化后融合特征，最后将处理好的特征进行OCSVM检测是否存在故障，并且识别故障类别。研究采集了数控机床正常工作和9类异常故障音作为数据集开展分析。通过实验证明，基于声音特征融合与OCSVM可以实现对数控机床故障的准确诊断，诊断准确率能达到96.1%，通过SVM能对数控机床故障精准分类，分类准确率能达到93.3%。

基 金

国家自然科学基金资助项目（11764002）；

宁夏自然科学基金资助项目（2022AAC03252）

6

张瑞涛, 李增强, 袁梓馨, 刘长在, 孙涛. 超精密锥形液体静压转台节流器孔径和轴承间隙对其刚度影响的研究[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 119-126.

超精密锥形液体静压转台节流器孔径

和轴承间隙对其刚度影响的研究

张瑞涛① 李增强① 袁梓馨② 刘长在① 孙涛①

（①哈尔滨工业大学机电工程学院

②长光卫星技术股份有限公司）

摘 要

液体静压转台因为其高刚度、高精度等优良性能在超精密机床中得到了广泛应用，其节流器孔径和轴承间隙参数的选择是其性能提升的关键因素。为了进一步研究两种参数对转台刚度的影响，设计了一种可以改变这些参数的小孔节流锥形液体静压转台，使用流体仿真的方法对其刚度进行计算研究并开展了验证实验。首先，介绍了锥形液体静压转台的结构形式，并对转台的性能进行了理论计算和分析；接着，在Fluent软件中仿真计算并总结了节流器孔径和轴承间隙对液体静压转台刚度的影响规律；最后，制备了液体静压转台实物，测量了其轴向和径向刚度，与仿真计算得到的结果在变化趋势上具有良好的一致性，证明了仿真模型的可靠性，对于液体静压转台的设计与刚度提升具有重要意义。

基 金

7

王瑛杰, 蓝益鹏. 可控励磁直线同步电动机的自适应神经模糊控制的研究[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 146-151.

可控励磁直线同步电动机的自适应神经

模糊控制的研究

王瑛杰 蓝益鹏,

（ 沈阳工业大学电气工程学院）

摘 要

由于可控励磁直线同步电动机(controllable excitation linear synchronous motor, CELSM)运行中存在不确定性扰动的问题，设计了一种基于自适应神经模糊推理(adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)的控制系统。根据CELSM的特定结构和运行原理，推导电压方程、电磁推力方程以及运动方程的数学模型；由于CELSM的数学模型具有扰动的不确定性，采用模糊控制有很强的针对性，而传统模糊控制隶属度函数和控制规则难以自动调整，自适应神经模糊控制器能够根据所选误差函数利用样本集采用混合学习算法训练模糊推理系统(fuzzy inference system, FIS)，在线调整隶属度函数参数，以及实现模糊规则的自动获取；利用MATLAB软件建模仿真，与RBF神经网络控制、PI控制对比，结果表明ANFIS控制稳定性好，精度高，系统响应速度快，抗干扰能力强且具有很强的自适应性。

基 金

国家自然科学基金资助项目（51575363）

8

毛晓博, 史建猛, 雷声, 毛宽民. 机床结构对流换热系数的参数化建模方法[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 177-182.

机床结构对流换热系数的参数化建模方法

毛晓博① 史建猛① 雷声② 毛宽民③

（ ①中航西安飞机工业集团股份有限公司；

②中南民族大学计算机科学学院；

③华中科技大学机械科学与工程学院）

摘 要

热态特性分析是研究控制数控机床热误差的主要研究方法之一，而对热分析结果有很大影响的对流换热系数计算却是一个难点问题。在量纲分析的基础上，结合实验数据与多元线性回归分析，提出一种考虑环境温度与温差变化的机床结构对流换热系数的参数化计算方法，提高了对流换热系数和机床热分析计算的准确性与效率。以某机床滚珠丝杠进给系统为例，通过仿真计算与实验对所提方法的有效性进行了验证。

基 金

国家自然科学基金青年项目（52105135）；

湖北省自然科学基金（2020CFB174）

9

胡敏, 洪荣晶, 孙小敏, 张建坤, 林晓川. 基于球头刀具的螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 65-70.

基于球头刀具的螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划

胡敏① 洪荣晶① 孙小敏② 张建坤① 林晓川①

（ ①南京工业大学机械与动力工程学院；

②南京工大数控科技有限公司）

摘 要

为解决螺旋锥齿轮在五轴数控机床上因额外的两个旋转轴而造成轨迹复杂、人工倒棱效率低且无法保证加工质量的问题，针对螺旋锥齿轮齿廓倒棱轨迹规划进行了研究。首先计算出螺旋锥齿轮齿廓线方程，在验证方程的准确性后获取齿廓线的目标离散点。其次，根据坐标转换原理计算出坐标变换矩阵，并依据球头刀的倒棱位姿计算出刀轴矢量。然后，对获得的刀具轨迹进行MATLAB和VERICUT倒棱仿真，分析不同加工深度下的倒棱结果。最后得出五轴数控机床下的倒棱轨迹，切削仿真结果表明加工表面相对均匀，能够实现齿廓在数控机床上的倒棱，替代人工倒棱并提高加工效率。

基 金

国家自然科学基金（51635003）

10

陈勇将, 汤文成, 袁闯范, 孙景凯. 考虑非均匀载荷分布的滚珠丝杠静接触刚度建模方法研究[J]. 制造技术与机床, 2022(10): 71-79.

考虑非均匀载荷分布的滚珠丝杠

静接触刚度建模方法研究

陈勇将① 汤文成② 袁闯范① 孙景凯①

（ ①常州工学院航空与机械工程学院；

②东南大学机械工程学院）

摘 要

以双螺母垫片预紧式滚珠丝杠为研究对象，建立了可考虑非均匀载荷分布的双螺母垫片预紧式滚珠丝杠静接触刚度模型，并通过实验验证了模型的有效性。建立的模型可基于丝杠或螺母滚道为分析对象，着重分析了不同轴向载荷作用方向和大小对所有相位角处滚珠与滚道间接触角和法向接触力不均匀性的影响，以及接触角和法向接触力的分布不均匀性对轴向静接触刚度的影响，并获得以下结论：主要受接触角分布不均匀性的影响，以丝杠滚道为分析对象、轴向载荷负向时的轴向静接触刚度值较大；主要受法向接触力分布不均匀性的影响，随着轴向载荷的增大，不考虑载荷非均匀性模型获得的轴向静接触刚度值会逐渐偏离考虑载荷非均匀性模型获得的轴向静接触刚度值。

基 金

中国博士后科学基金面上项目资助（2019M651965）

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