摘要：随着"工业4.0"及"中国制造2025"战略计划的兴起,制造业中的智能制造及自动化水平不断提升,刀具作为生产过程中的重要一环,也变得更加精密化和智能化.智能刀具是实现智能制造和自动化生产的重要环节和必要保障,本文围绕智能刀具的最新研究进展进行了详细论述,包括智能刀具设计、智能刀具关键技术、数字孪生技术及智能刀具系统等方面内容.归纳了国内外学者们在智能刀具集成优化与结构设计、智能刀具监测和调控技术、基于刀具管控和推荐的智能刀具系统的研究成果,简述了数字孪生技术在智能刀具领域中的应用,并指出了智能刀具目前存在的不足及未来发展方向.

摘要：为满足测量镗杆切削力的需求，采用ANSYS Workbench有限元分析软件对镗杆等效应力与等效应变分析，确定感知单元安装位置。提出两种镗杆感知单元结构，运用响应曲面优化法确定感知单元最佳优化方案，通过计算、分析相关参数，来确定最佳的优化方案，并与优化前的感知单元结构方案进行比较。结果表明：当未超过应变式微力传感器最大等效应变时，均布式感知单元结构中镗杆最大测量值为329N；以附加支撑感知单元最大测量值为1000N为设计目标，获得5种最优结构参数，在实际设计制造中，可根据实际情况从中进行选择。

摘要：针对光伏组件灵活、安全清扫问题,设计一种全向移动式光伏清扫机器人构型,采用四轮差速建模法、轮组电磁制动分析,确定机器人构型的合理性。针对现有移动式清扫方式的局限性,研究新型滚刷除尘、管道吸尘同步清扫方法。通过CFD仿真方法,建立机器人吸尘管道、清扫机构流场仿真模型,完成结构模型的清扫特性分析与结构优化仿真,以及实际清扫效果对比评价试验。试验结果表明:设计的清扫机器人能实现86.5%清扫效率,同时改善了运动制动能力。

摘要：采用拓扑优化方法对含多种多孔材料的结构进行结构与材料微结构构型一体化设计,可以获得具有优良力学性能的结构设计。该文面向多晶胞双尺度结构的时域动刚度最优设计问题,考虑不同晶胞间的可连接性,并行设计微结构的构型及其宏观布局。首先,引入双Helmholtz平滑-分块投影方案,识别不同多孔材料的宏观结构域。其次,通过均匀化方法计算多孔材料的宏观等效力学性能,利用有序SIMP(soid isotropic material with penalization)方法优化不同微观结构的宏观布局。同时,为了保证不同晶胞间的可连接性,在不同多孔材料微结构的边界区域设置为相同拓扑描述的可设计连接域。然后,基于先离散-后微分的伴随敏度分析方法,实现了时空离散动力系统的一致性敏度计算。最后,以双尺度结构动柔度最小化为目标,以材料用量为约束条件,提出了时域动载荷作用下多微结构多尺度并行动力学拓扑优化方法。数值算例结果表明,提出的优化方法能够实现多晶胞结构的构型与宏观布局设计,充分提高了多孔结构的承载性能,同时保证不同晶胞之间的几何连续性,研究结果可为高承载多孔材料结构设计提供理论参考。

摘要：本研究采用端面铣削方式对Ti-6Al-4V ELI(TC4)钛合金进行加工,结合工艺参数进行建模以预测工件的表面质量并确定最佳切削参数。为了实现对工件表面质量的精确预测,在三轴数控加工中心上进行了相应的试验。试验基于Box Behnken方法(BBD)进行了四因素和三水平的设计,减少了试验所需的数目。试验中选择切削深度、切削宽度、切削速度和每齿进给量作为输入参数,将每次试验所测量的表面粗糙度作为输出参数。最终采用响应面法(Response surface methodology,RSM)建立输入参数和输出参数之间的二次关系,并进行方差分析(Analysis of variance,ANOVA)以评估所建立的模型。同时,利用RSM进行优化分析,确定铣削参数以实现最小表面粗糙度。分析表明,使用RSM建立铣削参数与表面粗糙度的二次回归模型,其校正系数为96.16%,模型能够较好反应输入参数与表面粗糙度的映射关系,该方法能够提供可靠的用于输入参数限制内任何铣削条件的表面粗糙度预测。经优化分析和试验验证,所得铣削参数能够获得较小的表面粗糙度,可应用于实践生产中的工艺优化。

摘要：目前,针对薄壁件铣削加工过程中的颤振识别问题,普遍采用传感器信号进行判别与预测,而没有建立颤振特征与加工表面的相关联系。本文利用图像处理与模式识别技术,通过铣削表面图像实现薄壁件加工状态的精确辨识与预测。首先,设计了混合滤波方案,实现了采集图像的预处理;然后,通过改进的局部二值模式和灰度共生矩阵提取图像的颤振纹理特征,并以K近邻分类算法对铣削加工过程中采集的图像进行预测和识别。实验结果表明:该模型辨识的准确率为95.5%,算法平均运行时间为0.069 s。实验结果验证了该方法具有较高的辨识准确率,同时满足颤振预测及检测的实时性需求,对薄壁件铣削加工状态的识别及智能加工具有良好的指导意义。

摘要：针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题,提出一种基于虚拟视野的改进包裹相位-坐标映射方法。首先,对不同重叠视场下的条纹信息进行分析,确定较优投影模式;其次,设计两组高低频率的横纵条纹,提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号,实现视野小范围匹配;最后,改进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则,逐编号求解投影像素坐标,获得像素间的精准映射关系。实验结果表明,相位中相同像素区间的包裹相位均方根误差,相较于连续相位降低了78.6%。在平面和复杂表面实验中,有效像素数量相较于传统匹配增长了9.21倍和9.43倍,像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的80.55%、59.4%降低至14.26%、12.56%,为自适应条纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。

摘要：以前列腺粒子植入机器人精准穿刺为目标,针对机器人辅助前列腺粒子植入手术的现存不足和发展趋势,开展针挠曲形变预测模型和穿刺控制策略等方面的研究。研究了针挠曲形变预测模型的参数获取问题,提出基于矫正力的术中组织杨氏模量识别方法,解决术中组织杨氏模量获取困难的问题。随后,建立基于矫正力的穿刺控制策略,分为两个阶段,即术前针尖轨迹规划阶段和术中穿刺策略调整阶段。在术前针尖轨迹规划阶段,基于针挠曲形变预测模型构建成本函数获取最佳针尖轨迹与穿刺参数。在术中穿刺策略调整阶段,构建了反向针挠曲形变预测模型,对矫正力的数值进行术中补偿,并采用基于强化学习(RL)的自适应PID方法设计控制器控制矫正力的施加,实现精准穿刺。自主搭建了粒子植入机器人实验平台以验证所提穿刺控制策略的有效性,粒子植入的平均误差为1.96 mm,标准误差为0.56 mm,实验结果表明,基于矫正力的穿刺控制策略能够有效降低针尖挠曲值,可以提高粒子植入精度。

摘要：随着智能制造技术的迅猛发展,制造业正在逐步实现智能化生产,特别是对于异常复杂的切削加工过程,智能化的实现尤为重要。刀具作为切削过程中最活跃的要素,其性能与寿命对零件的加工精度和生产效率有直接影响。材料切削性能的多样性、加工系统动态变化的非线性以及生产节拍的多变性等问题给刀具设计、制备与管控技术带来了巨大的挑战,智能制造技术使面向需求的刀具精准高效设计、精确可靠制备与科学全面管控得以实现,有利于生产过程节能降耗与提质增效。本文提出了面向智能制造过程的刀具设计、制备与管控的相关技术架构,从面向智能制造的刀具设计方法、制备过程与管控技术三个方面梳理了国内外相关研究成果及应用案例,并对基于虚实映射与迭代优化的面向全生命周期的刀具设计、制备与管控技术进行了展望。刀具全生命周期的智能化必将助力制造产业升级和结构优化,促进生产方式智能变革。

摘要：伴随制造业的转型升级及产业革命的到来,零件结构越来越复杂,材料种类繁多,对刀具切削性能的需求日益呈现多元化趋势,刀具的设计与开发面临诸多挑战。学者们通过研究自然界的切削、减磨耐磨和增强增韧现象发现生物体的牙齿、爪趾、体表、器官等具有独特的外部形态及组织结构,通过模仿生物体的结构特征进行刀具的设计与开发已成为新的研究方向。分别从外部形态仿生刀具、表面形貌仿生刀具、内部组织仿生刀具对仿生刀具的最新研究进展进行梳理,讨论了三种刀具的设计制备方法和主要特点,对仿生刀具的切削机理进行分类与剖析,对仿生刀具所涉及的关键技术进行总结与展望,为仿生刀具研究提供基础材料。仿生刀具作为新兴的研究方向其基础理论尚不完善,需进行深入的理论研究,建立完整的理论体系。同时,仿生刀具涉及生物、材料、机械等多学科的交叉研究,需要开展不同领域间的协同合作。