中国机械工程

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1. 基于模糊线性自抗扰的薄壁件机器人铣削切深控制

石龙, 周鹤翔, 李洲龙

中国机械工程 2025, 36 (04): 671-680. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.003

摘要（2258）

PDF（pc）（8675KB）（175）

弱刚性的大型薄壁零件在机器人减薄加工过程中会出现较大的变形和振动，使得工件表面加工质量下降，剩余壁厚精度难以保证。为此，采用音圈电机驱动的随动支撑头进行振动和变形抑制，并提出了基于模糊线性自抗扰控制（FLADRC）的薄壁件机器人铣削切深控制策略。为验证该控制策略的有效性，首先采用MATLAB/Simulink仿真实验平台建立系统控制模型并进行了仿真分析，然后在薄壁件机器人铣削实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明，基于随动支撑头的切深控制策略能够显著抑制薄壁件加工过程中的振动和变形，并有效保证剩余壁厚的精度。此外，相较于传统的模糊PID（FPID）控制，模糊线性自抗扰控制器具有更好的控制效果，在外部干扰的情况下表现出更好的鲁棒性。

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2. 不等前角变螺旋圆弧立铣刀瞬时铣削力建模与系数标定方法

齐书韬, 李佳奇, 郑书材, 徐金亭, 孙玉文

中国机械工程 2025, 36 (04): 681-687,696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.004

摘要（2110）

PDF（pc）（5531KB）（98）

不等前角变螺旋立铣刀可有效抑制加工颤振，提高加工表面质量，并可有效降低刀具崩刃风险，然而，因各齿刀刃几何参数各异，现有模型已难以实现其切削力的准确预测，为此，提出了不等前角变螺旋圆弧立铣刀的切削力精确建模与系数标定新方法。给出了变螺旋圆弧立铣刀切削刃的几何及位置关系表达式，建立了考虑刀具跳动和各齿刃形变化的瞬时未变形切屑厚度计算模型和微元切削力预测模型；提出了切削力系数与跳动参数并行标定的非线性优化方法，并基于线性最小二乘法及斜角切削理论给出了模型参数初值的高效求解算法。实验结果表明，切削力预测的幅值与波形与实测结果具有很好的一致性，预测误差在15%以内，验证了所提方法的有效性。

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3. 基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断

杨康1, 陈学军1, 2, 张磊3, 刘烽3

中国机械工程 2025, 36 (05): 1065-1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.018

摘要（1877）

PDF（pc）（5744KB）（60）

变工况下轴承故障数据分布差异大，故障诊断模型实际识别精度较低，且目前大多数轴承跨域故障诊断研究侧重于域间对齐和类内对比而忽略了子域间的影响，为此，提出了一种基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法。为突出故障特征，对轴承振动信号进行短时傅里叶变换将其转化为时频图，输入特征提取模块，得到故障特征，并通过领域自适应方法将从源域学到的知识迁移到目标域，实现跨域识别。在域适应过程中采用联合子域对比对齐策略，将来自相同子域样本拉近的同时分开不同子域样本，对齐源域与目标域中同类别样本所属子域分布，从而提高模型在目标域上的泛化能力。在模型架构上使用Resnet34作为特征提取网络，在网络输出端使用最大均值差异，对齐源域与目标域的全局分布。基于凯斯西储大学轴承故障数据集进行实验验证，与经典域适应方法进行对比，实验结果表明基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法具有更好的特征迁移能力。

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4. γ-TiAl合金的加工特性及能场辅助技术研究进展

范滔1, 2, 姚倡锋1, 2, 谭靓1, 2, 单晨伟１, ２, 夏子文１, ２

中国机械工程 2025, 36 (04): 636-645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.001

摘要（1848）

PDF（pc）（25364KB）（179）

γ-TiAl合金密度小、比强度高，具有优异的高温抗氧化性能，在航空航天领域有着广泛的应用潜力，然而，由于其高脆性和低室温塑性，被认为是典型的难加工材料，加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来，能场辅助加工技术为解决这些问题提供了新的思路。系统分析了γ-TiAl合金的材料特性、加工特性及表面完整性，并重点探讨了能场辅助加工技术的研究进展，包括在减小切削力、延长刀具寿命及提升表面质量中的应用效果。同时梳理了当前研究的局限性，并提出了未来发展趋势，以期为γ-TiAl合金的高效加工提供理论与技术参考。

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5. 加载角度对6082铝合金自冲铆接接头疲劳性能及失效模式的影响

雷付煜1, 徐小旭2, 赵亚明2, 罗军1, 马超1, 徐从昌1, 李落星13

中国机械工程 2025, 36 (01): 141-151. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.015

摘要（1836）

PDF（pc）（41395KB）（72）

以6082铝合金自冲铆接为研究对象，采用拉伸试验、疲劳试验、扫描电镜观测等手段研究了接头疲劳裂纹扩展机理和微动磨损行为。结果表明：相较于0°、45°，加载角度90°的接头具有最优的静力学性能；在同一载荷水平下，接头疲劳寿命随加载角度的增大而增大；高周疲劳下的接头失效为下板开裂失效，低周疲劳下的接头失效为上板开裂和铆钉断裂；微动磨损影响接头疲劳裂纹的萌生位置和扩展路径，接头加载角度影响接头不同区域的微动磨损程度，加载角度90°的铆钉头部与上层板接触区域、加载角度0°的下板与铆钉腿表面接触区域的微动磨损最严重。

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6. 基于类小波辅助分类生成对抗网络的轴承故障数据生成方法

焦华超, 孙文磊, 王宏伟

中国机械工程 2025, 36 (03): 546-557. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.018

摘要（1826）

PDF（pc）（7836KB）（74）

利用数据生成方法生成时域特征和频域特征与轴承故障真实信号一致的高质量数据，构建平衡数据集，对数据不平衡情况下建立高效的轴承故障诊断模型具有重要意义。针对现有数据生成方法仅关注时域或频域单一特征的局限，提出了类小波辅助分类生成对抗网络。基于小波变换原理，使用多层神经网络构建类小波变换（WLT）网络，模拟小波变换及逆变换，建立时域与频域信号的映射关系；将WLT网络嵌入辅助分类生成对抗网络(ACGAN)模型中，作为模型生成器的主体；构建两个不同功能的判别器，使得改进的ACGAN在一次训练中能同时学到真实轴承振动信号的时域和频域特征信息。试验结果表明，WLT-ACGAN模型生成的轴承振动信号具有与真实轴承振动信号一致的时域特征和频域特征，数据不平衡时，利用生成信号扩增的平衡数据集构建的故障诊断模型具有较高的准确率。

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7. 面向STEP模型装配特征自动提取的装配信息模型构建

贾康1, 2, 唐竟1, 2, 任东旭1, 2, 王浩1, 2, 赵强强1, 2, 洪军1, 2

中国机械工程 2025, 36 (01): 123-132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.013

摘要（1748）

PDF（pc）（8528KB）（103）

装配信息建模是数字化装配、智能化装配的基础，然而人工交互建模效率低下且易发生装配特征识别和装配特征配合的错误，难以满足复杂机械系统的精确建模。基于三维装配体模型隐含的装配工艺信息，以STEP模型文件为输入，研究了面向几何信息的装配特征自动提取与配合关系识别算法。进而针对装配集成信息模型的构建，从装配精度模型和装配序列规划角度提出了信息推理算法。最后基于开发的系统，通过装配实例信息模型构建证明了所提算法的有效性。

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8. 几何参数对空心铝型材拉弯起皱特性的影响规律及机理

刘志文1, 2, 雷冲1, 孙凯博1, 欧阳八生1, 李落星2, 刘筱3, 李发智1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1083-1093. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.020

摘要（1709）

PDF（pc）（8620KB）（67）

基于板壳理论推导了空心铝型材拉弯成形的起皱能和外力做功函数表达式，结合能量准则建立了空心型材拉弯起皱理论预测模型，并通过实验验证了模型的准确性。揭示了空心型材拉弯起皱缺陷的产生机理，定量研究了几何参数对起皱极限及形态的影响。研究结果表明：三种不同弯曲半径下，空心型材起皱数量和高度的理论预测与实验结果吻合性较好，最大差异分别为1.2和0.55 mm，相对误差分别为16.93%和11.28%。弯曲成形阶段的外力做功增速大于起皱能增速，且随弯曲时间的增加，外力做功大于起皱能，导致产生起皱失稳。增大型材厚高比和厚宽比，起皱率降低，起皱极限提高，且起皱数量减少，起皱高度增大；增大型材宽高比，起皱率提高，起皱极限和起皱数量减少，起皱高度增大；在型材型腔增添内加强筋可提高起皱极限，但起皱数量增加，起皱高度减小。

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9. 强迫定位装夹对航空复合材料构件几何物理装配性能的影响与协同保障

郭飞燕1, 张永亮2, 刘嘉良1, 张辉2

中国机械工程 2025, 36 (04): 655-670. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.002

摘要（1696）

PDF（pc）（7015KB）（138）

航空用复合材料大尺寸薄壁构件自身成形精度较低、面内翘曲变形大，装配误差累积易在配合连接部位出现不期望的几何间隙与外形超差，在工程中通常采取施加局部装夹力的强迫方式予以被动消减，但此种方法会引发不均衡的装配内应力分布甚至内部损伤等质量问题，直接影响装配结构的飞行服役性能。首先阐述强迫定位装夹原理，解析强迫定位装夹对复合材料弱刚性薄壁件装配几何精度与内应力/损伤等物理性能的影响规律；然后，从分析装配前的强迫装夹工艺参数优化、装配中的工装柔性定位力位调整两方面出发，解析强迫装配力限值设定、几何间隙消减、应力/损伤演化预测、装夹工艺参数优化反求、应力/损伤精准测量等关键技术及其具体实现步骤方法，以实现强迫定位装夹过程中装配变形、内应力和损伤状态等形性指标的耦合分析、主动控制与协同保障；最后，从实际工程应用的角度出发，提出面向复合材料构件高质高效与低成本装配目标的下一步工作重点。

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10. 纳米碳球切削液的润滑性能及机理研究

孙浩1, 蓝启鑫2, 姚斌2, 芦晶晶1, 张金辉2, 潘志榕2, 赵珂馨2

中国机械工程 2025, 36 (04): 715-723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.008

摘要（1606）

PDF（pc）（8056KB）（96）

探究了纳米碳球切削液应用于难加工航空齿轮钢（15Cr14Co12Mo5Ni2W）切削中纳米碳球粒子对切削液的润滑增强作用。首先构建了金属切削的切削力模型，分析了切削润滑与切削力的关系；进一步，联合摩擦磨损试验和铣削试验，从摩擦因数、磨损量、摩擦表面质量和切削力等方面分析了纳米碳球切削液的润滑性能表现。相比于基础切削液，纳米碳球切削液（纳米碳球质量分数为0.02%）作用下的难加工齿轮钢铣削力减小了10%以上，表面粗糙度减小了15%以上。试验观测结果显示，摩擦接触面上的纳米碳球粒子更容易吸附在表面自由能大的微尖峰区域，并形成一层纳米碳球吸附膜；纳米碳球粒子可以在摩擦界面发挥“微轴承”减摩作用。

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11. 机理与数据融合驱动的复杂航空复材部件关键装配误差元素辨识方法

郭飞燕1, 张辉2, 宋长杰1, 张硕1

中国机械工程 2025, 36 (07): 1530-1543. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.016

摘要（1468）

PDF（pc）（6423KB）（38）

复杂航空复材产品的装配中，考虑零件受力变形、多装配参数等因素，建立定位装夹、连接、下架回弹等关键装配环节的变形误差源模型，修正表示误差传递关系的雅可比旋量矩阵，构建装配误差传递机理模型；建立以装配误差为基础的支持向量回归模型，构建机理模型与数据模型的融合模型；依据装配误差机理模型计算值与实际偏差的预测补偿模型，采用Sobol灵敏度分析方法计算不同误差元素的全局灵敏度系数，辨识了对装配精度影响较大的关键误差元素。最后，以某机翼盒段装配为例验证了所提方法的有效性。

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12. 采用电阻加热工艺的复合材料二次胶接接头的拉伸剪切性能

王轩1, 姚凯飞1, 原伟强1, 王魁奎2, 于吉选2, 张毅3

中国机械工程 2025, 36 (01): 152-159. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.016

摘要（1377）

PDF（pc）（16272KB）（52）

通过试验研究了5种嵌入物对热固性复合材料二次胶接接头拉伸剪切性能的影响。试验结果显示：金属网嵌入物须进行表面处理才能提高胶接质量；电阻加热工艺制备的接头拉剪强度优于热压罐工艺；嵌入物可提高接头的拉伸剪切性能，碳纤维预浸料嵌入物的接头拉伸剪切性能最好；镍网嵌入物致密度高，对应的胶接质量优于铜网嵌入物；接头搭接区域端部存在严重的应力集中；金属网嵌入物提高了接头拉伸刚度；嵌入物接头呈现内聚破坏、黏附破坏、被胶接件纤维撕裂破坏、嵌入物破坏，剥离应力在破坏中起主要作用；断面破坏模式分布区域越不规则，胶接质量越差。

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13. 基于离散点云构造径向线的螺旋加工轨迹规划方法

吴江盛, 柴兴亮, 薄其乐, 刘海波, 王永青

中国机械工程 2025, 36 (04): 697-702,714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.006

摘要（1375）

PDF（pc）（7105KB）（76）

针对基于离散点云难以直接生成高效准确的连续光滑刀位轨迹的问题，提出了在点云上直接构造径向线的方法，通过径向线插值生成螺旋加工轨迹。对于径向线构造，提出了基于特征描述子边界识别方法，提取边界点作为径向线两端点；以点云上两端点之间最优离散测地线作为径向线点集，提出了离散测地线曲率最小化问题，并通过牛顿迭代法求解该问题。在径向线点集的基础上，采用B样条曲线拟合并根据残留高度进行了重采样；提出了径向线插值算法，生成了等残留高度的螺旋加工轨迹。最后，通过实例验证了该方法的有效性，可通过点云数据直接生成螺旋刀位轨迹。

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14. 柔弹性复合点阵结构面内剪切性能及交互机制研究

牛国法1, 纪小刚1, 2, 王炜1, 王广阳1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1103-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.022

摘要（1344）

PDF（pc）（8492KB）（53）

通过试验和数值模拟对复合点阵结构在面内剪切载荷状态下的剪切性能和交互机制进行研究。试验分析了基体体心立方（BCC）结构的损伤失效历程和失效方式；以BCC单胞结构为基体，采用结构嵌合的方式探寻嵌合结构杆径对复合结构剪切强度和剪切模量的影响规律；最后通过面心立方（FCC）结构的试验验证了有限元分析的可靠性，探究了FCC-BCC结构在面内剪切载荷下的交互机制。试验结果表明，结构之间的嵌合增强了复合点阵结构的承载能力，同时结构的嵌合会影响复合结构的应变；当结构杆径尺寸均为0.45 mm时，FCC-BCC和简单立方体心立方（SC-BCC）的极限剪切强度相比于基体本身分别提高了159%和80%。

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15. 玻纤质量分数对长玻纤增强聚丙烯水驱动弹头辅助共注塑管件的影响

廖钱生1, 3, 柳和生2, 匡唐清2, 刘家豪2, 张伟2

中国机械工程 2025, 36 (06): 1329-1337. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.020

摘要（1318）

PDF（pc）（6799KB）（31）

为研究玻纤质量分数对以长玻纤增强聚丙烯为外层材料、纯聚丙烯为内层材料的水驱动弹头辅助共注塑成形(W-PACIM)管件的影响，采用试验方法分析了玻纤质量分数对管件残余壁厚、玻纤取向分布规律及管件耐压性能的影响规律及影响机理，结果表明：随着玻纤质量分数的增大，管件总残余壁厚先减小后增大；管件外层根据玻纤取向的分布特点可分为近模壁层、中间层和近界面层，且玻纤沿熔体流动方向的取向由外而内逐层升高，随着玻纤质量分数的增大，外层玻纤分布均匀性降低；管件的耐压性能先增后减，玻纤质量分数为20%时，管件耐压性能最好。

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16. 航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

张申1, 梁嘉炜2, 吴动波3, 王辉4, 赵兵1, 许立君5, 周奋5

中国机械工程 2025, 36 (04): 703-714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.007

摘要（1310）

PDF（pc）（9510KB）（164）

航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件，对叶片榫头进行铣削加工时，不仅定位困难而且极易产生变形和振动。针对上述问题，提出了精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法，并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。利用静力学分析对装夹位置进行优化，对仿形元件材料进行选取，对装夹方式进行优化。通过模态测试试验和振动测试试验测试夹具效果。试验结果表明，采用仿形元件后，系统的低频段幅值减小了50%，高频段幅值减小了75%，一阶共振频率由210 Hz提高至402 Hz，峰值下阻尼比由17.4%提高至25.9%，振动位移信号有效值减小了35%，加工误差范围减小了59%。

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17. 基于变分模态滤波和注意力机制的重载机器人铣削系统颤振辨识方法

梁志强1, 2, 陈司晨1, 杜宇超1, 刘宝隆1, 2, 高子瑞1, 乐毅3, 肖玉斌4, 郑浩然1, 仇天阳1, 刘志兵1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1018-1027,1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.013

摘要（1256）

PDF（pc）（7393KB）（165）

提出了一种定参变分模态滤波、包络滤波和注意力机制网络辨识相结合的重载机器人铣削系统颤振辨识方法。首先，根据变分模态滤波理论，通过合适地优选二次惩罚项实现对目标高频非颤振信号分量的剔除；然后，为快速辨识当前的加工状态，从信号时域分布出发，结合频域在时域上的映射规律，采用包络滤波方法实现低频主轴转速相关信号分量的剔除；最后，构建基于注意力机制的网络辨识模型，对预处理后的多时序短时信号片段进行分类以实现加工状态辨识，并开展重载机器人铣削系统加工验证实验。实验分析结果表明，通过剔除高频非颤振信号和低频主轴转速相关信号分量，再生颤振辨识准确度得到了进一步提高，辨识准确度可达98.75%。通过与其他辨识方法对比，所提出的重载机器人铣削系统颤振辨识方法可以有效地识别重载机器人铣削系统加工过程中的再生颤振，为后续重载机器人铣削系统颤振在线抑制提供技术支撑。

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18. 以热图像为输入的基于ResNet的机床主轴热误差建模方法

李明范, 杨龙, 李晟, 郭欢, 付国强

中国机械工程 2025, 36 (09): 2057-2067. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.09.018

摘要（1255）

HTML （1）

PDF（pc）（5627KB）（66）

为了获得高精度高泛化的机床热误差模型，提出了以热图像为输入的基于ResNet的数控机床主轴热误差建模方法。构建以热误差取整为标签的热图像数据集，训练以热图像为输入的热误差ResNet分类预测模型。在此基础上，针对机床热误差时序序列的回归特性，将分类输出层的不同标签值对应的概率通过加权集成方式构建回归输出层，实现热误差回归预测，无需重新训练。对热图像深度特征和ResNet分类模型的分类效果进行可视化分析，验证ResNet模型对热图像特征提取的有效性以及良好的分类能力。最后，将ResNet模型与GoogLeNet和VGGNet模型在不同工况下进行比较，分别验证ResNet热误差分类模型和回归模型的高精度和高泛化性。

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19. 凸轮轴高速磨削烧伤机理分析与在线监测系统研究

邓朝晖, 卓荣锦, 陈敬强, 葛吉民, 吕黎曙, 刘伟

中国机械工程 2025, 36 (08): 1784-1795. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.08.014

摘要（1223）

HTML （2）

PDF（pc）（5261KB）（46）

凸轮轴非圆轮廓高速磨削过程容易发生磨削烧伤，导致表面质量和使用寿命下降甚至报废，因此开展了凸轮轴高速磨削烧伤机理分析与在线监测系统研究。探讨了工艺参数对磨削烧伤的影响规律，通过表面形貌和硬度分析提出了磨削烧伤量化评价方法；利用频域和时频域分析方法进行信号处理与特征提取，并分析了传感信号与磨削烧伤的关系；基于ReliefF提取了与磨削烧伤具有高相关性的AE信号特征，基于遗传算法-支持向量机（GA-SVM）建立了磨削烧伤监测模型并进行了实验验证。开发了凸轮轴高速磨削烧伤在线监测系统并实现了应用。

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20. 基于多源信息融合和集成学习的薄壁件铣削加工变形误差预测

尹佳1, 郑健2, 刘尧3, 贾保国1, 段晓蕊1

中国机械工程 2025, 36 (06): 1261-1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.013

摘要（1172）

PDF（pc）（5304KB）（39）

在实际加工过程中，薄壁件加工精度易受到切削力、强迫振动、颤振、工件几何特征、材料等因素影响，导致薄壁件变形难以预测和控制。提出了一种多源信息融合的薄壁件铣削加工变形误差预测方法，融合加工过程信息和振动信号等数据，基于Stacking集成学习思想构建薄壁件铣削加工变形误差预测模型，并进行了实验验证。对比实验表明，相比于常规数据驱动方法，所构建模型的鲁棒性和准确度更高，实用性更好。

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21. 多轴联动超精密车削的对心误差补偿技术

袁家斌, 郭曦鹏, 李蓉, 尹韶辉

中国机械工程 2025, 36 (07): 1397-1406. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.001

摘要（1167）

PDF（pc）（9879KB）（65）

针对非球面加工面形误差无法有效补偿的问题，提出了XZB三轴联动超精密加工方法。分析了车刀对心误差、车刀半径误差、刀尖对B轴回转中心误差对工件面形精度的影响，并提出相应的补偿方法。开展了镀镍凸非球面工件车削加工实验。采用XZB三轴联动车削加工方式后，工件面形误差由0.6774 μm降为0.0749 μm。实验结果表明，相较于XZ两轴联动车削加工方式，XZB三轴联动车削加工能有效提高小口径非球面的面形精度和表面质量。

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22. 基于参数映射的开式整体叶盘流道铣削路径生成方法

韩江1, 2, 张文强1, 2, 田晓青1, 2, 夏链1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 688-696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.005

摘要（1107）

PDF（pc）（9035KB）（63）

针对整体叶盘类零件流道的粗加工问题，提出了一种变层厚曲面分层的加工策略，并根据整体叶盘类零件流道宽度变化的特点，在任一切削层曲面，利用测地偏移原理确定流道两侧刀具路径边界，确定步长和路径条数，提出了一种沿着流道纵向铣削的走刀路径规划方法。计算了流道边界的刀轴矢量，利用四元数插值计算流道边界中间刀位点的刀轴矢量。计算结果表明，与常规采用叶盘轮毂回转面偏置或叶盘包覆回转面偏置的均匀分层法相比，变层厚曲面分层法可更好地适应包覆回转面至轮毂回转面的曲面变化，保证叶片表面质量，且加工后叶片表面余量较为均匀。最后通过加工实例验证了算法的可行性。

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23. 带钢平整过程中C翘机理及治理策略

杨永辉1, 张冀1, 谭海龙1, 牛百草1, 白振华1, 2, 3

中国机械工程 2025, 36 (06): 1345-1351. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.022

摘要（1094）

PDF（pc）（1401KB）（26）

为了解决带钢在平整过程中出现C翘缺陷问题，优化了带钢平整过程中的工艺参数，开发了一套带钢C翘预报及治理策略。从轧制过程、工艺润滑制度及防皱辊/防颤辊对带钢受力的影响三个方面分析了C翘的形成机理；在半平面无限体假设下对带钢进行受力分析，得到出口带钢水平方向各处在厚度上的应力分布，得到带钢厚度方向上最大和最小横向延伸量，进而通过几何关系得到带钢C翘的高度；找到一组最优防皱辊/防颤辊的高度设定值使综合控制目标函数最小，控制带钢厚度方向的延伸量，达到了减小C翘高度的目的。将模型及治理策略应用到国内某平整机组，C翘高度预报误差控制在10%以内，机组最大翘曲范围从1.4~6.5 mm降低到0.9~4.5 mm。结果证明C翘预报及治理策略满足生产需求，翘度值明显减小，降低了机组因翘曲造成的返修率。

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24. 复杂形状零件单点渐进液压成形厚度分布研究

尚苗, 李言, 山顺坤, 杨明顺

中国机械工程 2025, 36 (06): 1338-1344. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.021

摘要（1061）

PDF（pc）（10225KB）（44）

为了分析和提高复杂形状零件的单点渐进成形性能，提出了一种由单点渐进成形和液压成形混合而成的新工艺，用于制造具有尖顶结构的多特征零件。设计了目标制件的成形过程，建立了厚度理论预测模型，分析了不同液压参数在不同成形阶段对目标零件厚度分布的影响。实验结果表明，采用新工艺和合适的液压压力可以成形复杂形零件；与无液压辅助的渐进成形相比，有液压辅助时实验轮廓与理论轮廓的几何误差能够从11.44%降低到5.18%；厚度分布规律与辅助压力、成形高度、成形形状等有关，所建立理论模型能够预测复杂形零件的厚度分布。

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25. 分区差异润滑对5A02铝合金三通管成形质量的影响

徐勇1, 2, 3, 张驰1, 解文龙2, 3 , 夏亮亮4, 杨宝成2, 3, 张士宏2, 3, 黄新越5, 王晟诚5

中国机械工程 2025, 36 (05): 1094-1102,1131. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.021

摘要（1026）

PDF（pc）（12824KB）（51）

为提高三通管的成形质量，采用液压成形工艺提出了分区差异润滑方法。通过有限元模拟验证了分区差异润滑相比于传统润滑方式的优势，从材料流动性出发，对三通轴向单元和环向单元在变形过程中所受到的拉应力和压应力进行提取，分析了差异润滑区域面积大小对成形质量的影响。研究结果表明，相较于传统润滑方式，分区差异润滑能够有效地降低三通管支臂侧面和顶部的壁厚减薄率，同时可以减少侧面进给补料量从而降低失稳起皱的风险；随着胀形区润滑面积的增大，支臂单元所受的轴向拉应力逐渐减小，降低了三通支臂侧面的减薄率；随着非胀形区人工粗糙面积的增大，三通管侧壁单元所受的轴向压应力减小，但环向拉应力逐渐增大，材料更易向管身与支臂的过渡区流动，避免在管身中部出现材料堆积现象，从而降低了失稳起皱的风险。研究结果可为三通管零件的成形提供技术支撑与理论参考。

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26. 考虑厚向应力的板材临界起皱判据建立及影响

杜冰1, 2, 李扬1, 2, 刘凤华1, 2, 董明鑫1, 2, 万宇凡1, 2, 钟庆帅1, 2

中国机械工程 2025, 36 (05): 1074-1082. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.019

摘要（994）

PDF（pc）（9174KB）（83）

起皱失稳是影响薄壁件实现精确塑性成形的主要技术挑战之一，在板料成形过程中厚向应力状态对板料的成形极限有很大影响，研究了不同厚向应力条件下板材塑性成形过程中的起皱失稳现象。采用ABAQUS软件中的Buckle-Dynamic算法结合实体单元建模建立扇形件充液压缩数值分析模型，并通过试验验证模拟算法的准确性。根据起皱分叉理论和数值分析结果，采用一种考虑厚向应力的板材临界起皱时刻界定方法建立了板材压缩条件下的临界起皱判定线。探讨了厚向应力对扇形件压缩起皱行为、抗皱性及临界起皱判定线在空间中位置的影响。研究结果表明，施加厚向应力可以提高板材的抗皱性，改善成形质量。研究结果可为板材成形工艺参数的选取及典型零件的试制提供参考及试验依据。

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27. 数控机床可靠性的故障模式、影响及危害分析研究现状及发展趋势

田海龙1, 2, 孙雨治1, 2, 杨兆军1, 2, 刘志峰1, 2, 陈传海1, 2, 何佳龙1, 2

中国机械工程 2025, 36 (07): 1430-1441. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.005

摘要（824）

PDF（pc）（1000KB）（90）

故障模式、影响及危害分析在数控机床可靠性维护中发挥着重要作用，当前研究聚焦于多元因素综合评估、多源层次信息集成、多分析方法集成和动态特性建模四个方面。通过系统梳理现有研究成果，剖析了四个方面的优势与现存问题。通过整合行业需求特征，阐述了机床故障模式、影响及危害分析的演进路径，为构建高精度的机床可靠性评估体系提供了理论依据。

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28. 塑料齿轮传动高承载技术发展与应用

刘怀举, 卢泽华, 朱才朝

中国机械工程 2025, 36 (01): 2-17. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.001

摘要（565）

PDF（pc）（15004KB）（188）

围绕塑料齿轮承载能力及在动力传动领域应用的问题，介绍了塑料齿轮的失效形式与承载能力，给出了目前的材料与工艺水平下塑料齿轮承载的基础数据，从新材料应用、润滑等工况条件改善、材料结构工况协同设计等方面阐述了提高塑料齿轮承载能力的措施，介绍了高承载塑料齿轮在汽车发动机传动、轻型车辆主传动、小型航发附件机匣传动等动力传动场景的应用实践和潜力。

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29. 箱型结构加强筋分布及支撑位置的协同优化设计

李简1, 丁晓红1, 张轶杰2, 熊敏1, 王瀚1, 张横1

中国机械工程 2025, 36 (01): 69-77. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.007

摘要（540）

PDF（pc）（9519KB）（101）

箱型结构内部加强筋布局及支撑位置对结构性能有重要影响。提出一种箱型结构加强筋分布及支撑位置协同优化设计方法，引入独立的支撑单元和加强筋基结构，建立箱型结构加强筋和支撑位置协同优化数学模型。通过自适应成长法对箱型结构进行加强筋优化设计，基于双向渐近结构优化方法对支撑位置进行优化，得到最优的加强筋分布和支撑位置。结果表明，相比于已知支撑位置的加强筋优化设计，协同优化得到的支撑位置和加强筋分布具有更优的力学性能。

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30. 多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究

杨继森1, 2, 3, 袁俊松1, 3, 修府1, 3, 刘嘉诚1, 3, 张小龙1, 3

中国机械工程 2025, 36 (05): 889-897. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.001

摘要（474）

PDF（pc）（8864KB）（188）

针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题，提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案，在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器分为定尺和动尺，都采用双层交替结构，定尺使用两列增量式码道组合而成，分为精机和粗机，两列激励线圈的对极数为互质关系的两个整数，利用对极内位移差实现绝对位移测量。精机测量通道和粗机测量通道同时通入不同频率的激励电流信号，其中精机为1 MHz高频电流信号，高频激励电流信号可以有效增强感应信号，提高电气处理系统的信噪比。通过外差降频的方法来提高传感器分辨力，有效地解决了通过提高激励信号频率来提高信号信噪比与传感器解算高分辨力难以兼顾的问题。通过电磁仿真分析对传感器进行了理论验证和误差分析。最后搭建实验平台进行了样机实验，实验结果表明，采用多频磁场耦合的绝对式传感器结构有效消除了精机与粗机之间的磁场串扰，传感器信噪比得到提高，在140 mm的测量范围内测量误差小于±17.34 μm。

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31. 重载足式机器人变缩放比例腿设计

索喆, 李想, 刘建峰, 王继新

中国机械工程 2025, 36 (02): 191-196. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.001

摘要（437）

PDF（pc）（7951KB）（207）

分析了二自由度比例缩放机构的运动特性，对比了多种变缩放比例设计方案及其优缺点，提出了一种变缩放比例腿，设计了非线性腿长调整机构，仅用一个驱动器即可实现大腿杆和小腿杆的长度按照非线性比例关系进行调整，进而在保证缩放特性的同时实现了缩放比例的调整。变缩放比例腿无需进行拆卸和更换零部件即可完成缩放比例的调整，改变了足端运动空间和机器人的承载能力。

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32. 铆钉裂纹对自冲铆接力学性能影响的仿真与试验研究

成艾国1, 王超1, 于万元2, 何智成1

中国机械工程 2025, 36 (02): 197-208. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.002

摘要（433）

PDF（pc）（22151KB）（99）

通过有限元模型模拟了自冲铆接在连接高强度钢时产生的铆钉裂纹，并系统研究了铆钉的裂纹深度、位置和数量对钢铝自冲铆接接头力学性能的影响。首先使用LS-DYNA软件建立了2D轴对称仿真模型来模拟自冲铆接工艺过程，并通过对比试验和仿真的接头剖面验证了仿真模型的准确性。然后采用一种2D-3D有限元模型生成方法建立了模拟接头力学特性的3D仿真接头模型，并使用LS-OPT软件对铆钉断裂参数进行了标定。所建立的接头模型能够准确地模拟自冲铆接接头的力学特性。参数研究的结果表明：接头的力学性能随着裂纹深度的增大而下降，且随着外部裂纹位置的向下移动而逐渐增强，但内部裂纹的影响不大；当铆钉存在多个裂纹时，接头力学性能取决于最弱的裂纹，与裂纹数量无关。

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33. 基于双传感器差分机制的铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷脉冲涡流可视化检测

王瑾1, 李勇1, 苏冰洁1, 高文龙1, 向异1, 2, 刘正帅1, 陈振茂1

中国机械工程 2025, 36 (03): 381-390. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.001

摘要（416）

PDF（pc）（17686KB）（356）

针对铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷，提出了一种基于双传感器差分机制的脉冲涡流可视化检测方法。该方法利用双传感器差分探头拾取脉冲涡流检测信号，提取检测信号下降沿对数曲线斜率和归一化差分信号峰值作为信号特征，用于对不同尺寸缺陷进行可视化检测。通过仿真及实验研究，建立了所提信号特征与缺陷尺寸间的关联规律，并验证了双传感器差分探头相较于传统单传感器探头在降低噪声干扰和提高检测灵敏度方面具有优势。此外，提出了对两种信号特征进行融合的方法，结果表明，使用融合信号特征的缺陷图像信噪比更高。所提方法为铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷的可视化检测提供了一种有效且可靠的解决方案。

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34. 锥度球头刀四轴铣削TC4残余应力梯度分布反解

周金华1, 2, 齐琪1, 2, 任军学1, 2, 詹梅1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 770-779. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.014

摘要（406）

PDF（pc）（7217KB）（78）

商用航空发动机大型复合材料风扇叶片前缘金属加强边的内外型面精加工采用定制化锥度球头刀四轴铣削方式完成，该阶段引入的加工残余应力常常引起过大的弯扭变形而导致零件尺寸超差。针对锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4，提出了一种基于薄板加工变形测试的铣削残余应力梯度分布逆向辨识方法。采用双曲正切模型对铣削残余应力梯度分布进行参数化表征，将残余应力梯度分布的求解转换为对两个待定系数k和ω的反解，通过测试钛合金试块加工表面的残余应力计算确定模型系数k，通过测试钛合金薄板铣削弯曲变形挠度反解出模型系数ω，以此确定残余应力梯度分布曲线。开展了4组钛合金TC4试块铣削验证实验，测试结果表明，铣削残余应力梯度分布的平均预测准确率高达99.35%。与传统X射线测试法相比，所提出的方法避免了采用电解腐蚀剥层来测试亚表层残余应力，同时也充分考虑了铣削加工残余应力在已加工表面的分布不均匀性问题，即铣削加工残余应力离散度问题。

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35. 短收尾螺栓的折叠缺陷工艺实验及疲劳特性

张振峰2, 3, 许学石1, 林忠亮2, 3, 唐伟2, 3, 李浩楠1, 单垄垄2, 3, 白清顺1

中国机械工程 2025, 36 (01): 29-37. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.003

摘要（400）

PDF（pc）（7827KB）（79）

为揭示滚丝参数与收尾构型对折叠缺陷的影响规律，开展了螺纹收尾滚丝成形工艺与疲试实验，分析了不同加工参数下的折叠情况。结果表明：对于收尾区折叠，滚丝转速取较大值、进给量取较小值可有效减少折叠的形成；对于牙底折叠，随着滚丝转速、进给量取值的增大，折叠数量先减小后增大；对于疲劳特性，当滚丝转速增大、进给量减小时，由折叠缺陷发展成的疲劳裂纹逐渐减小。因此合理的滚丝工艺参数与收尾槽构型可有效减少螺栓收尾区折叠缺陷数量。

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36. 贴片式圆盘定子多自由度超声电机的设计与实验

潘志泳, 王亮, 金家楣, 邱建敏, 冯浩人

中国机械工程 2025, 36 (01): 38-46,58. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.004

摘要（397）

PDF（pc）（11970KB）（87）

为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题，设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性和振动特性;最后组装了原理样机并对其机械输出特性进行了实验评估。实验结果表明，原理样机的启/停响应时间均在20 ms以内，角位移分辨率均小于30 μrad，具有响应迅速和定位精度高的优点。

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37. 基于动力学降噪模型的蛇形臂机器人末端轨迹跟随算法

张志刚1, 靳勇利1, 王栋银1, 付志军1, 秦国栋2

中国机械工程 2025, 36 (03): 407-413. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.004

摘要（396）

PDF（pc）（4037KB）（87）

针对超冗余蛇形机器臂在狭小受限空间的运动规划问题，提出了一种基于等效多连杆动力学降噪模型的末端轨迹跟随算法。将蛇形臂视作关节点约束在末端无碰撞轨迹曲线上运动的多连杆系统，基于虚功原理推导了该刚柔耦合系统的动力学方程。臂节的长度条件由连杆的轴向刚度保证，并通过模型降噪方法从模型层面滤除高频分量影响，使常规显式算法可用于等效多连杆系统方程的高效求解。采用所提算法可以指定蛇形臂末端或基座的速度规律，进而实现蛇形臂沿末端轨迹的运动规划。由于蛇形臂关节被严格限制在可行性轨迹曲线上运动，因此可以实现在狭小深腔环境下的避障运动规划。通过求解平面和空间典型数值算例可知，采用所提算法进行蛇形机械臂运动规划具有足够的计算精度和效率。

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38. 自通风永磁同步电机的气动噪声优化

孙艳红1, 庞聪2, 张伟2, 张成2, 邱毅1, 郑旭1

中国机械工程 2025, 36 (01): 18-28. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.002

摘要（395）

PDF（pc）（22261KB）（65）

为准确预测和优化自通风永磁同步电机（SVPMSM）高转速下的气动噪声特性，采用计算流体力学与Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行了仿真计算，其中，采用RNG k-ε模型和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算，在此基础上利用Lighthill声类比法进行声学求解，并通过试验进行验证。建立无风道的简化模型研究了风扇不同结构参数对气动噪声的影响，利用整机仿真模型研究了风道膨胀腔结构对气动噪声的影响。研究结果表明，电机在4250 r/min转速下整机仿真计算的气动噪声声功率级与试验值的差距为0.6 dB(A)，表明仿真模型能够有效预测电机气动噪声。电机优化研究发现，风扇内半径大小和叶片弯曲弧度的变化对风扇流场结果影响较小，因而气动噪声相差不大；相比于叶片数量较少、叶片不等距排布，叶片数量较多、叶片等距排布时有更好的声学特性；在电机风道中加入膨胀腔对电机噪声的低频有较好的降噪效果，加入长度为94.4 mm的膨胀腔比长度为134.4 mm的膨胀腔有更低的声功率级，同时，风道内设置两个膨胀腔比只设置一个膨胀腔有更好的降噪效果。

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39. 螺栓预紧状态下螺纹扩展应力分析

关焦月1, 高源1, 艾延廷1, 田晶1, 姚玉东2

中国机械工程 2025, 36 (05): 923-932. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.004

摘要（389）

PDF（pc）（7649KB）（139）

螺栓在预紧状态下的螺纹受力情况无法准确判断，可能引发螺纹的强度破坏和过早松动，进而影响螺栓连接的可靠性。螺纹面接触状态通常采用绝对坐标系下的应力进行描述，而有限元计算应力方向与实际螺纹面存在一定角度，导致分析结果不直观。为此，推导了螺纹面数学表达式，并提出了螺纹接触面扩展应力分析法；然后针对螺栓连接结构特点建立了螺栓连接有限元模型，并通过试验验证了模型的准确性；最后应用扩展应力分析法研究了螺栓在预紧状态下的螺纹面应力及其分布特点。研究结果表明，仿真预紧力与试验预紧力的最大误差仅为5.78%，证明了仿真模型的准确性；扩展应力分析法能够反映螺纹面应力分布的连续性和单调性，且能体现最优预紧力的存在；同圈层螺纹面上的应力下降速率与应力大小成反比，从受力分析角度说明了螺纹牙上的应力主要集中在前三圈的原因。提出的螺纹扩展应力分析法使螺纹接触面受力分析更加直观、准确，研究结论可为螺栓连接结构防松分析与可靠性分析提供理论支撑。

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40. 考虑不确定性的武器多体系统快速鲁棒性设计

马远卓1, 李晨旭1, 汪有钰2, 张智勇3, 丁阿乃4, 李洪双4

中国机械工程 2025, 36 (03): 398-406. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.003

摘要（388）

PDF（pc）（4954KB）（60）

考虑不确定性参数的武器多体系统鲁棒性设计存在多体系统动力学建模、分析和鲁棒性设计优化求解效率较低的难题。为此，基于概率论数理统计方法进行武器多体系统不确定性建模和表征，包括随机参数快速识别和表征以及载荷随机过程的高效模拟。以某舰载火炮为例，利用多体系统传递矩阵法进行炮口振动品质的快速求解，并与ADAMS仿真结果对比。基于PCE-Kriging（PCK）代理模型、多目标子集模拟优化方法和单循环鲁棒性求解策略，将原始双循环鲁棒性设计优化问题转化为单循环优化问题并进行高效求解。基于不确定性输入、某舰炮的多体系统传递矩阵法动力学模型及相应的PCK代理模型，分别采用双循环及单循环鲁棒性设计优化方法进行该舰炮模型的鲁棒性设计，对比优化结果验证了所提快速鲁棒性设计方法的性能。

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