智能的高速发展对提出了越来越高的要求 ,机床床身的进给系统为工件加工提供往复移动的作用 ,因此其动态特性对整机的加工精度影响很大[1 - 3] 。采用有效的方法对机床的进给系统进行优化 ,对智能机床加工精度的提高有重要意义 。
结构的优化设计可以归结为一个轻量化问题 ,通常以结构的质量为目标 ,结构的动静态特性为约束条件 ,对质量的最小化进行寻优 。文献[4] 建立了机床的动态模型并基于结合面进行了拓扑 优化 。文献[5]对机床进行了轻量化设计 ,并通过改变筋板的布局进行尺寸优化 。文献[6]对加工 中心的横梁进行了优化设计 ,在分析出薄弱部位 的同时 ,对进给机构中重力、外力的作用以及轴承 部位热的作用进行考虑 。当今学者对机床进给机 构的研究 ,通常没有考虑进给机构结合面的刚度 作用 ,难以准确获得性能最优的结构优化方案 。
本文以智能机床 i5 系列 M4. 5 机床的床身进给系统为研究对象 ,在充分考虑其结合面特性的基础上 ,建立多软件的协同优化平台 ,形成一个智能机床进给系统的遗传算法和神经网络优化系统 。在常规优化的基础上 ,采用灵敏度分析法、神 经网络和遗传算法相结合 ,进行多目标优化 ,从而提高进给机构的动态特性 。
1 进给机构的优化系统模型
机床进给机构的设计包括需求分析、部件结 构设计、参数化建模、动态特性仿真及多目标优化 等[7] 。因此 ,本文构建由需求分析模块、部件结构 设计模块、参数化建模模块以及优化模块组成的 智能机床的优化系统模型 ,总体结构如图 1 所示 。
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3 结束语
针对智能加工中心机床的进给机构建立了一种多学科优化系统 ,利用吉村允效法建立结合面的动力学模型 ,相比虚拟材料法处理结合面 ,结果更为准确; 采用神经网络、遗传算法相结合的方式进行寻优 ,不但大大减小了计算时间 ,且使寻优结果更为准确 ,最终通过实验验证了该系统的可行性 。该系统的优化设计模块 ,可以较为清晰的进行优化设计计算 ,解决了数据与拓扑关系丢失的问题 ,实现了优化设计信息的资源共享 ,提高了智能机床的精度和水平 。
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