CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言： 當(dāng)前制造業(yè)智能化的發(fā)展對CNC加工中心精度提出了越來越高的要求，在CNC加工中心的各種零部件中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要起著為工件加工過程提供往復(fù)移動(dòng)的作用，其動(dòng)態(tài)性能對整機(jī)的加工精度影響很大[1-2]。因此，探索新的CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是十分必要的，已成為學(xué)術(shù)界研究的一個(gè)焦點(diǎn)問題[3_5]。文獻(xiàn)[6]在有限元分析的基礎(chǔ)上，建立加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型并對結(jié)合面聯(lián)接件的位置和數(shù)量進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[7]采用序列二次規(guī)劃法對CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅提高了進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，而且保證了進(jìn)給機(jī)構(gòu)的高精度設(shè)計(jì)要求。文獻(xiàn)[8]采用CAD/CAE技術(shù)對機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模分析，識(shí)別關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在此基礎(chǔ)提出了一種提高進(jìn)給機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)[9]用有限元軟件對一種加工中心橫梁進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)性能分析，識(shí)別出該進(jìn)給系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并對十字滑座筋板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)在工作過程中承受軸承-絲杠、絲杠-螺母、導(dǎo)軌-滑塊等因相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱的作用，同時(shí)還承受重力、進(jìn)給力等力的作用，即受熱與力的 (1) 需求分析模塊需求分析模塊主要用來獲取CNC加工中心用戶需求信息，在加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)過程中， 用戶需求信息主要包括材料屬性參數(shù)、零部件約束形式、幾何拓?fù)潢P(guān)系和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)，系耦合作用。然而，當(dāng)前對于加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)往往只考慮受力的影響，忽略了溫度場與機(jī)械性能之間的相互作用，難以得到性能最優(yōu)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。針對上述問題，本文充分考慮CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的熱-力耦合效應(yīng)，建立多種軟件集成的CAD/CAE協(xié)同優(yōu)化平臺(tái)，形成一套CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)。運(yùn)用多學(xué)科交叉的思想搭建CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)整體框架，在常規(guī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上采用靈敏度分析法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的方式對進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，從而提高該系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)水平。最后，以龍門CNC加工中心的r軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)為案例,驗(yàn)證本文所構(gòu)造的系統(tǒng)的可行性。1進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)框架 CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，主要任務(wù)包括設(shè)計(jì)需求分析、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、CAD參數(shù)化建模、熱-力耦合仿真及多目標(biāo)優(yōu)化等[KM4]，為此，本文構(gòu)造了一種由需求分析模塊、常規(guī)設(shè)計(jì)模塊、智能優(yōu)化模塊以及設(shè)計(jì)資源中心等4部分所組成的CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)，其總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所?統(tǒng)按照用戶輸入的進(jìn)給工作條件計(jì)算所需進(jìn)給推力、功率以及結(jié)構(gòu)布局等，得到CNC加工中心進(jìn) 給機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)需求。 (2) 常規(guī)設(shè)計(jì)模塊 在本模塊運(yùn)用傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法來初步確定加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的零部件參數(shù)。CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)包括零部件尺寸、軸承剛度、預(yù)緊力和進(jìn)給行程等[15?結(jié)合進(jìn)給機(jī)構(gòu)各零件的裝配關(guān)系獲取其他結(jié)構(gòu)參數(shù)后，運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等校核計(jì)算，得到進(jìn)給機(jī)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案。 (3) 智能優(yōu)化模塊 本模塊的主要功能是對加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模、有限元分析、熱-力耦合分析以及多目標(biāo)智能優(yōu)化。根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)模塊計(jì)算得到的初始設(shè)計(jì)方案，在Pro/E軟件中創(chuàng)建加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的三維參數(shù)化模型后導(dǎo)入ANSYS軟件，考慮加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的受力、熱源和約束條件，在ANSYS中建立進(jìn)給機(jī)構(gòu)有限元模型，依次開展動(dòng)靜態(tài)有限元分析和熱-力耦合仿真分析[17]。根據(jù)上述仿真分析結(jié)果，建立加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化模型，結(jié)合智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解，進(jìn)而得到最終的優(yōu)化方案并生成設(shè)計(jì)報(bào)告。 (4) 設(shè)計(jì)資源中心 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資源中心由材料參數(shù)庫、圖形數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)方法庫、工藝知識(shí)庫及約束規(guī)則庫等組成，其作用是為CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)優(yōu)化提供必要的數(shù)據(jù)信息，并存儲(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中得到的各種結(jié)果。2進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能優(yōu)化的建模機(jī)制 CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對常規(guī)設(shè)計(jì)模塊得到的初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維建模、有限元分析、熱-力耦合分析和多目標(biāo)優(yōu)化，這涉及到大量數(shù)據(jù)信息交換問題[18_19]，系統(tǒng)智能優(yōu)化模塊的信息流分類如表1所示。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無法正常使用！結(jié)束語：(1) 針對當(dāng)前企業(yè)缺乏CNC加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)?能設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化平臺(tái)的問題，構(gòu)造了進(jìn)給L構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能面向CNC機(jī)^進(jìn)給機(jī)構(gòu)多樣化設(shè)計(jì)需求，將多領(lǐng)域知識(shí)用:進(jìn)給機(jī)構(gòu)的建模與分析，采用傳統(tǒng)方法獲得E給機(jī)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案，在CAD/CAE協(xié)同仿;環(huán)境下進(jìn)行多目標(biāo)智能優(yōu)化，通過案例驗(yàn)證H亥系統(tǒng)的可行性。 (2) 本文所構(gòu)造系統(tǒng)的智能優(yōu)化模塊采用;于信息共享的分層次建模方法，較好地解決•求解過程中數(shù)據(jù)信息與拓?fù)潢P(guān)系丟失的問L根據(jù)CAD/CAE協(xié)同仿真結(jié)果建立優(yōu)化模i后采用智能算法求解，求解涉及到的數(shù)據(jù)能L時(shí)反饋到設(shè)計(jì)資源中心，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化過程的知共享，提高了進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的智能化水平，r利于該系統(tǒng)在CNC加工中心設(shè)計(jì)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！