基于神经网络模型和网格变形技术的机床立柱优化设计研究.pdf

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1、第8期组合机床与自动化加工技术No．82015年8月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueAug．2015文章编号：1001—2265(2015)08—0005—05DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．08．002基于神经网络模型和网格变形技术的机床立柱优化设计研究冰王亮，殷国富，谭峰，董冠华(四JII大学制造科学与工程学院，成都610065)摘要：针对传统优化方法在大型复杂机械结构优化设计中的局限性和低效性，以及数控机床的轻量化设计要求，提出了

2、一种基于BP神经网络模型和网格变形技术的大型复杂机械结构优化设计方法。对某型精密加工中心的立柱进行了有限元分析，建立了立柱优化的数学模型，引入网格变形技术，结合自行开发的VB软件，建立了立柱的参数化有限元模型。采用优化拉丁方实验设计方法，在设计空间中抽取样本点进行数值模拟，建立了由4个优化设计变量决定的多工况立柱导轨最大变形、立柱首阶固有频率和立柱体积的BP神经网络模型，并对建立的BP神经网络模型进行了泛化能力验证。采用多岛遗传算法，在保证立柱的动态特性基本稳定的前提下，对BP神经网络模型进行了轻量化优化设计。优化结果表明，在保证立柱

3、多工况下导轨最大变形量和首阶固有频率基本不变的前提下，立柱体积减少2．4％，达到了机床轻量化优化设计要求。关键词：立柱；神经网络；网格变形；多岛遗传算法中图分类号：TH122；TG65文献标识码：AOptimizationDesignResearchofMachineToolColumnBasedonNeuralNetworkandMeshMorphingWANGLiang，YINGuo．fu．TANFeng，D0NGGuan—hua(SchoolofManufacturingScienceandEngineering，Sichuan

4、University，Chengdu610065，China)Abstract：Focusingoninefficiencyandinherentlimitationsinthetraditionaloptimizationmethodsforcom—plexmechanicalstructuresandthepurposeoflightweightdesignformachinetool，anoptimizationapproach，basedonBPneuralnetworkmodelandmeshmorphingtechnolo

5、gy(MMT)isproposedtodealwiththeopti—maldesignproblemforcomplexmechanicalstructures．Thefiniteelementanalysishascarriedonacertaint、，peofprecisionmachiningcentercolumnandtheoptimizationmathematicalmodelofcolumnisestab—lished．IntroducingMMT．asoftwaremodulebasedonVBwasdevelop

6、edtoestablishtheparameterizedfi_niteelementmodelofcolumn．AnoptimalLatin—hypercubewasemployedtosamplethedesignspace，andtheBPneuralnetworkmodelisestablished．ThegeneralizationabilityofBPneuralnetworkmodelwastest-ed，then，multi—islandgeneticalgorithm(MIGA)wasadoptedtoexecute

7、theoptimizationprocedure，wheretheminimumvolumeofthecolumnwasregardedasobjectfunction，andthemaximumdeformationoflinearguidewaysandthefirstordernaturalfrequencywereregardedasconstraintconditions．Theresultshowsthatthetotalvolumeofcolumndecreasedbv2．4％underthepremiseofthema

8、ximumdeformationoflinearguidewaysandthefirstordernaturalfrequencybasicallyremainunchanged．Therequirementofligh