针对微细电火花孔加工时因微细电极形状损耗难以控制导致的微孔加工精度不高问题,提出利用峰值电流和脉冲宽度两个重要加工参数控制微细电极形状损耗的方法,并运用差分进化（Differental Evolution, DE）算法优化的支持向量机（Support Vector Machine, SVM）（DE-SVM）方法建立了微细电极形状损耗的分类预测模型。研究表明:该方法是可行的,对于给定的试验数据,相比常用的粒子群（Particle Swarm Optimization, PSO）算法优化的SVM（PSO-SVM）方法和遗传算法（Genetic Algorithm, GA）优化的SVM（GA-SVM）方法,DE-SVM方法能够获得分类准确率高且拟合度合理的分类预测模型;不同微细电极形状损耗形式具有紧密的相关性,在较小的峰值电流（4～20 A）和较大的脉冲宽度（>5μs）条件下易获得底部规整的微孔。研究成果从微细电极形状损耗控制角度出发,为提高微细电火花孔的加工精度提供了一种思路。

大模数齿轮齿条驱动式起升工作平台属于典型低速重载装备,其模数往往超过了模数系列中所规定的标准值,这不仅对现有的设计理论、制造工艺及安装方法提出了新挑战,而且对其安全高效运行和可靠性保障提出了新要求。为了研究齿轮齿条传动副在复杂工况条件下的失效机理和动力学响应特性,揭示设备服役性能退化和可靠性演化规律,以三峡升船机为对象,搭建了一个立式齿轮齿条起升机构传动系统工况模拟试验台,利用三维软件对齿轮齿条传动副进行实体建模,利用有限元方法对其进行静力学强度分析,研究齿轮和齿条应力应变分布规律。以齿轮齿条起升机构的三维建模为基础,对不同工况下的齿轮齿条起升机构的啮合运动进行动力学响应特性分析,得到齿轮齿条啮合传动过程中的速度、加速度和接触力相互耦合作用及运动规律,采用以小推大的思想,为大模数齿轮齿条起升的故障诊断和运行健康评估提供必要的理论和实验依据。

针对陆用车载装配式JZP-20T型隔振器极端和常规服役条件,分别采用金属丝网和硅橡胶作为阻尼材料,以金属丝网和硅橡胶的细观结构与减振机理为基础,重点对比分析了两种阻尼材料隔振器的机械力学性能,特别是刚度和阻尼性能。分析结果表明两种阻尼隔振器的静、动刚度曲线均表现出明显的非线性,金属丝网隔振器刚度的非线性较橡胶隔振器更明显;在较小激振幅值下,金属丝网隔振器阻尼性能要好于橡胶隔振器;随着激振幅值的增加,两种阻尼材料隔振器损耗因子都有所减低,但橡胶阻尼性能的稳定性要优于金属丝网。研究结果对车载装配式隔振器的工程应用具有一定的指导意义。

针对难加工材料钴基高温合金GH605,采用Al2O3基和Sialon基陶瓷刀具进行高速干车削试验,分析在不同切削速度下的刀具后刀面磨损量、刀具磨损形式以及磨损机理。研究表明:Sialon基陶瓷刀具后刀面磨损量大于Al2O3基陶瓷刀具后刀面磨损量;Al2O3基陶瓷刀具主要磨损形式为前后刀面的正常磨损、前后刀面的非正常剥落和微崩刃,低切削速度时磨损机理主要为磨粒磨损、黏结磨损,高切削速度时还伴有氧化磨损;Sialon基陶瓷刀具磨损形式主要以破损为主。该研究可以为高速干车削钴基高温合金的高性能陶瓷刀具的设计、刀具寿命预测等提供理论指导。

绿色制造和智能制造是工业发展的两大趋势,针对目前作业车间能耗大、设备利用率低,以及产品拖期严重等问题,以智能制造业环境中的作业车间为研究对象,建立了以车间总能耗和总拖期惩罚为优化目标的多目标调度模型,并通过设置权重系数来调节优化目标决策偏好;基于遗传算法收敛速度快、全局搜索能力强,以及模拟退火算法突跳性强的特点,设计一种新型的遗传退火算法对问题进行求解。在算法设计中提出新的退火函数,同时结合回火机制,可有效地求出车间总能耗与总拖期惩罚的关系。最后,通过实例验证该模型的可行性和所提算法的有效性。

针对作业车间调度问题,结合遗传算法和模拟退火算法的优点,提出一种改进混合遗传模拟退火算法。首先,加入自适应调整的遗传操作以及精英替换策略,并对模拟退火算子进行改进,增加记忆功能以防止遗失当前最优解;然后,对于当前状态,采用多次搜索策略代替单次比较方式,以接受区域内的最优状态;其次,加入升温策略,从而激活各个状态的接受概率;最后,将提出的改进混合遗传模拟退火算法应用于FT系列和LA系列标准算例,并与多种智能算法进行比较,验证了该算法的有效性和高效性。改进的策略不仅可以避免算法陷入局部最优,同时加快了算法收敛速度,提高了算法的寻优能力。

针对工业机器人转台伺服系统中齿轮齿隙导致的驱动延时和响应迟滞,提出了一种基于径向基函数（Radial Basis Function, RBF）神经网络的反步控制方法。首先,建立工业机器人转台伺服系统的状态空间方程,运用死区函数描述了齿隙非线性;其次,设计了速度观测器,对速度信息进行估计,解决了工业机器人转台伺服系统负载的速度信息难以测量的问题,同时应用反步法,引入虚拟控制量,选择Lyapunov函数反步递推,RBF神经网络用于逼近系统中的非线性部分,设计出RBF神经网络反步控制器,并通过李雅普诺夫稳定性原理证明了系统的稳定性;最后,搭建了仿真系统和实验平台,并且和单一反步控制策略仿真结果进行了对比,从系统对不同信号的跟踪精度、系统的鲁棒性以及自适应能力三方面验证了所提控制策略的优越性,在系统受到干扰时,对正弦信号的跟踪误差约为单一反步控制策略的50%;在方波信号跟踪下,响应时间降低了约40%,跟踪精度提升了50%。

参考变色龙手指抓握原理,使用热塑性聚氨酯材料设计制作了一种协作机器人抓握式柔性夹持器。利用SOLIDWORKS软件建立柔性夹持器模型,并进行结构拓扑优化。将优化完成的柔性夹持器模型导入有限元分析软件WELSIM中进行静力学分析,并通过抓取试验验证了柔性夹持器的有效性。综合分析结果发现,设计的柔性夹持器具有较好的自适应性,能够实现较高的工件抓取率,有利于保护被抓取物体。

焊接机器人的应用有效地提高了劳动生产率,改善了工人劳动强度,而且具有良好的稳定性。然而焊接机器人的适用范围狭窄,经常出现焊偏、咬边和气孔等问题,导致其对焊接精度和控制方法的要求较高,阻碍了焊接机器人的应用和发展。针对环境视觉分析、控制方法、运动学原理、虚拟现实技术和传感器技术等方面对国内外焊接机器人的研究进展进行回顾、综述和分析;按照技术原理对焊接机器人进行归纳分类,从控制方法型、机器视觉型、运动学原理型、人机交互型和其他类型5个方面介绍焊接机器人研究的关键技术和发展趋势;针对当前焊接机器人的研究进展和发展趋势做出总结。未来焊接机器人将朝着多元化、智能化的方向发展,对未来焊接工业的发展将起到重要推动作用。

城轨列车的车载设备在工作时会影响车辆运行的平稳性,采用弹性悬挂并设置合理的悬挂参数是提升列车运行平稳性的有效方式。基于刚度经验公式,计算出城轨列车车载设备弹性悬挂的初始悬挂刚度,然后利用多目标优化软件Isight强大的数据分析、优化能力,结合多体动力学软件UM,以车体的振动控制为目的,对变压器和前、后空调的各项悬挂参数进行优化,得到车载设备最佳悬挂参数,根据最佳悬挂参数设计出符合要求的车载设备悬挂装置结构。通过对比优化前、后的各振动指标可以发现:横向和垂向的振动加速度均方根指标整体优化较为明显,最大优化率达到了23.25%;而平稳性指标方面均有不同程度的优化,但整体优化幅度小于横向和垂向振动加速度均方根指标,最大优化率为11.38%。

针对形状复杂的注塑模具零件加工工序多、配合精度要求高和模具制造过程中检测过程耗费时间及人力的问题,探索应用UG软件CMM模块对模具零件进行机床在线检测,规划模具零件检测几何要素和测头动作路径,编制并调用系统检测的宏程序,运用宏程序条件转移功能同步生成检测误差,从而拓展数控机床的功能,节省零件在其他检测设备上的装夹、找正和检测时间,提高模具零件加工精度和装配效率,以适应大量个性化产品对模具的需求。

传统模型特征识别一般只能识别标准的孔、槽特征,当特征组合复杂、特征面缺失时则无法识别并给出候选工艺,为了有效支撑数控自动编程模式,提出一种架构线、面和边界基础几何特征框架的方法,以特征面凹凸和边界关系为基础设计模型分解规则。从STL文件中获取三角形面片数据,提出改进面积分布算子进行特征识别,同时给出了模型特征识别自动编程应用流程,以实现数控自动编程加工的新思路和新办法,最大程度上实现数控编程自动化,提高编程效率及软件对复杂加工对象的适应性。

分析了对数螺旋锥齿轮的裂纹扩展情况。首先,利用HyperMesh软件对齿轮进行网格划分,进而将划分网格的模型导入有限元软件,以确定危险位置,即所受应力最大位置;然后,利用扩展有限元法,模拟裂纹扩展过程,得到裂纹扩展中的应力强度因子;最后,通过调整相关参数,研究裂纹形状、裂纹大小以及齿顶载荷对应力强度因子的影响规律。结果表明:对数螺旋锥齿轮裂纹扩展中沿着齿面方向的扩展速度总是大于沿着裂纹深度方向的扩展速度。

为了保证模切零件右夹板的装配互换性,必须对其定位特征和螺钉孔组进行精度控制,设定合理的公差规范方案。根据右夹板零件的装配特点和几何功能需求,给出了4种不同的设计/标注方案,并采用三维公差分析软件CETOL对4种不同的公差规范方案进行分析研究。研究结果表明:仅采用尺寸公差控制孔组的相对位置精度所产生的公差累积现象较为明显,而采用位置度公差控制孔组的相对位置精度可较好地避免公差累积;若在标注位置度公差时采用最大实体原则（最大实体原则应用于被测要素或基准要素）,能够在保证装配互换性的前提下实现孔组位置度公差的公差补偿和基准偏移补偿,可以进一步扩大公差范围,提高零件合格率。

针对薄壁细长轴铜套零件加工过程易发生变形和振动,导致加工精度低、表面质量差、加工效率低以及端面薄壁环槽无法实现金属切削加工等问题,通过分析零件加工难点、规划加工路线并确定加工方案、设计与应用专用工装端面销孔芯轴、优化精车切削加工参数以及控制防变形、抗振动其他因素的工艺措施来保证零件加工的精度和效率。加工实践过程表明:薄壁细长轴铜套零件的加工路线正确,加工方案合理,端面销孔芯轴工装的设计与应用可有效解决零件刚度不足的加工难题,优化后的加工参数可实现高精度、高效率加工,验证了采取的工艺措施合理有效。端面销孔芯轴工装和优化的精车切削加工参数可推广应用于铜合金薄壁细长轴零件的精密加工,对提高此类零件的加工精度有一定指导和借鉴作用。

阀门执行机构一般为蜗轮蜗杆副传动,其中传动蜗杆的加工方式多为切削加工。以德国PEE-WEE公司P60型圆柱式双轮滚丝机为试验平台,以阀门执行机构ZA型传动蜗杆为研究对象,对阀门执行机构传动蜗杆的冷滚压加工工艺进行研究。通过对阀门执行机构的切削蜗杆和冷滚压蜗杆在齿形尺寸精度、齿面微观组织结构和蜗杆传动性能3个方面的对比试验,发现冷滚压蜗杆的齿廓精度、齿根强度以及传动效率均高于切削蜗杆,而冷滚压加工工艺又具备生产效率高及制造成本低的优势,未来在阀门执行机构开关型工况领域,蜗杆冷滚压加工工艺将具有较好的应用前景。

由于车齿工艺运动关系和刀具几何关系复杂,车齿刀具切削深度在切削过程中不断变化,且在切削刃不同点上的切削深度不均,导致被切材料几何呈现出非规则的特点,对切削力、切削热具有重要影响。首先基于车齿工艺原理和坐标变换方法建立其运动学模型,根据其运动学原理对车齿工艺切削过程进行仿真,运用数值计算方法计算切削过程中产生的切屑的法向厚度,最后分析切削参数进给量以及刀具设计前角和螺旋角对切屑厚度的影响。结果表明:较小的进给量以及较大的刀具螺旋角使切屑厚度更均匀,更有利于刀具参与切削,并且该分析结果可以为切削参数选择以及刀具结构优化提供理论支撑。

精密小型叶轮由于加工精度要求高,叶片厚度薄且间距小,一直是叶轮加工的难点。以某小型叶轮为研究对象,用SmartCNC500精雕五轴联动加工中心、红外测头等设备进行加工实验,研究精密小型叶轮叶片加工的技术难点;并用JDSoft SurfMill软件辅助,进行刀具路径的编辑与仿真。通过加工实验,对比一般尺寸叶轮后,得出精密小型叶轮加工的切削参数、刀具路径的调整方法等。通过高端精密设备加工完成高精度的复杂零件,为行业提供了新思路新方案。

刀具磨损状态监测对于保证设备运行安全及提高生产效率具有重要意义。建立了基于一维卷积神经网络和极限学习机（1DCNN-ELM）混合模型,实现了对刀具磨损状态进行自动特征提取并快速识别。首先,通过采集原始高频振动信号,并对其进行批量标准化和切片处理;其次,利用一维卷积神经网络（1DCNN）进行自适应特征提取;最后,将极限学习机（ELM）用于铣刀磨损状态识别。引入了Dropout和批规范化（Batch Normalization, BN）加快网络训练及缓解过拟合。实验结果表明,1DCNN-ELM混合模型识别精度高、运算速度快,且具有较好的泛化性能,研究结果为数控加工过程中铣刀磨损状态识别提供理论依据。

为了解决盾构掘进过程中滚刀的磨损检测问题,基于ZigBee技术研发了一套盾构滚刀磨损在线监测系统。该监测系统利用电涡流传感器测量滚刀的磨损量,刀盘上的多个滚刀监测点形成一个ZigBee网络,测量数据通过ZigBee网络传输到控制室计算机。计算机软件对测量数据进行处理并实现可视化,软件可以设定磨损阈值、提供报警和预换刀计划。试验结果表明,该系统能够实时在线监测滚刀的磨损量,生成滚刀磨损量曲线,从而可以提前制定换刀计划,提高盾构施工效率。

考虑实际装配中会因产生误差导致前后轴承座安装不同心。针对此工况,对电主轴进行动态特性分析。简化主轴系统,建立转子动力学模型并推导出转子系统的振动方程,得出该振动方程的特征方程。分析轴承-转子系统的刚度与质量矩阵,以求解该特征方程,最终计算出该条件下转子系统的临界转速。结果表明:安装轴承座不同心导致转轴倾斜的角度越大,其临界转速越小。主轴转速为10 kr/min,同轴度从3μm升至18μm（倾斜角为0.005 2°）,其一阶、二阶、三阶临界转速分别下降了3.59%、1.77%、0.86%;对其进行ANSYS仿真分析,验证计算结果。

采用了一种基于小波包能量熵结合集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）方式完成对高速列车轴箱轴承仿真振动信号和实测振动信号的故障诊断。在完成仿真轴承应力状态分布分析和仿真振动信号故障提取方式检验以及实测振动信号时域参数分析和对轴承故障初步诊断的基础上,对振动信号进行三层小波包分解以及降噪处理;将处理后的剩余信号进行重构,再对重构后的8个小波包频段进行能量熵和能量百分比的计算,找出所含剩余信息量较大的频段,进行EEMD方式分解;对分解后的IMF1分量进行频谱和包络谱转换,从而准确提取出轴箱轴承故障特征信号,完成轴承早期微弱故障特征提取。

随着科学技术的发展、工业技术的不断创新,机械设备越来越重要,机械设备的健康状况也越来越受重视。基于数据驱动理论对国内外滚动轴承的特征提取方法和性能退化评估模型进行综述,分析了各种方法的优缺点,并对滚动轴承性能退化评估技术进行展望。

TRIZ中科学效应库作为重要的创新资源,在产品的概念设计阶段发挥着重要的作用。综合国内外学者对于科学效应库的研究成果,从科学效应库的理论体系、实施建设和应用3个方面进行剖析和梳理,总结了理论体系中科学效应库的概念、知识表达和效应库构建及技术,列举了基于C/S架构（PC+移动端）和B/S架构的实施案例,归纳了科学效应库在工业设计制造、知识产权中的应用,分析和讨论了科学效应精准定义、效应库架构优化和可扩展性。对如何更好地进行科学效应库的知识组织、表达和构建,以及科学效应库的最大利用进行了思考。