基于网格变形技术和响应面模型的机床床身优化方法.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术NO．72014年7月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2014文章编号：1001—2265(2014)07—0005—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．07．002基于网格变形技术和响应面模型的机床床身优化方法术王万金，殷国富，胡腾，姬坤海(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)摘要：针对数控机床的轻量化设计要求，提出了一种基于网格变形、响应面模型和多岛遗传算法集成的机床床身轻量化优化设计方法。将网格变形技

2、术和基于响应面模型的优化技术相结合，开发了基于VC++的软件模块，将有限元模型转化为能够进行网格变形的动态分析模型。采用优化拉丁方对设计空间进行采样，获取相关变量的灵敏度，剔除低灵敏度变量后，拟合高精度二阶响应面模型。以多工况下床身导轨最大变形、首阶固有频率和床身体积作为评价指标，在保持动静态特性基本稳定的条件下，采用多岛遗传算法对近似模型进行轻量化优化设计。优化设计实例结果对比分析表明，所提出的优化方法可使某型精密卧式加工中心床身的质量减轻7．5％，取得了较好的优化设计效果。关键词：网格变形；响应面模型；多岛遗传算法；床身中图分类号：TH122；TG

3、65文献标识码：AOptimizationMethodfortheBedStructureofMachineToolBasedonMeshMorphingandResponseSurfaceModelWANGWan-jin，YINGuo—fu，HUTeng，JIKun-hai(CollegeofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Aimingatthepurposeoflightweightdesignformachineto

4、ol，anoptimizationapproachwhichwasintegratingmeshmorphingtechnology(MMT)withresponsesurfacemodel(RSM)andmulti—islandge—neticalgorithm(MIGA)，wasproposedforlightweightdesignofmachinetoolbed．CombiningMMTandoptimizationtechnologybasedonRSM．asoftwaremodulebasedonVC++wasdevelopedtoconv

5、e~orig-inalfiniteelementmodel(FEM)intoadynamicFEMthatwascapableofmeshmorphing．AnoptimalLatinhypercubewasemployedtosamplethedesignspace，andtoobtmnsensitivitiesofthevariables．Afterelimi-natingtheinsensitivevariables，asecond—orderRSMwasconstructed．MIGAwasadoptedtoexecutetheop—timiz

6、ationprocedure，wheretheminimumvolumeofthebedwasregardedasobjectfunction，andthestabi—lizationofitsmaximumdeformationand1st-ordernaturalfrequencywereregardedasconstraintconditions．Aconclusioncanbedrawnthattheproposedapproachperformsagoodoptimizationforthemachinecenterbedwhichislig

7、htenedby7．5％．Keywords：meshmorphing；responsesurfacemodel；multi—islandgeneticalgorithm；bed前国内外学者对其优化设计进行了大量的研究。0引言文献[2]利用ANSYS有限元分析软件，研究了不精密卧式加工中心是我国航空航天、精密模同床身高度时床身固有频率的变化趋势，以及筋板具、汽车工业等制造行业领域的关键加工设备⋯。不同布置方式对床身动态特性的影响。这种设计床身作为精密卧式加工中心重要部件之一，起支撑方法的缺点是缺乏明确的理论指导，依赖于设计者各种零部件的作用，其动静态性能

8、的好坏直接影响的经验，因此效率低下。为了避免机床设计过多依到机床的工作性能。对于这类复杂的机械