重型數(shù)控機(jī)床多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、重型數(shù)控機(jī)床是由多個(gè)部件和子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，相互之間存在不同程度的耦合關(guān)系，這給該產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法（MDO）應(yīng)用到該類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，則能充分考慮復(fù)雜系統(tǒng)各學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)，得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的全局優(yōu)解；這對(duì)于提高重型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)水平和創(chuàng)新能力，具有較大的實(shí)際意義。 本課題受?chē)?guó)家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目2007AA04Z136、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目60573178和60736019支持，對(duì)重

2、型數(shù)控機(jī)床MDO應(yīng)用中的的若干關(guān)鍵難點(diǎn)進(jìn)行研究。研究?jī)?nèi)容包括總體設(shè)計(jì)的MDO模型建立、學(xué)科建模和MDO問(wèn)題求解。 對(duì)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法與技術(shù)進(jìn)行了較全面的介紹。對(duì)重型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)展情況進(jìn)行了闡述。以重型數(shù)控雙柱立式車(chē)床為例，對(duì)機(jī)床總體設(shè)計(jì)的MDO建模進(jìn)行了研究，給出了總體設(shè)計(jì)的MDF、IDF、CO、BLISS模型。 針對(duì)空間受力復(fù)雜的多油墊靜壓導(dǎo)軌的靜壓計(jì)算這一靜不定問(wèn)題求解困難甚至無(wú)法求解的現(xiàn)狀，以靜壓導(dǎo)軌及其連

3、接部分剛性足夠大為前提，提出一種以油腔中心點(diǎn)共面/共線(xiàn)方程為協(xié)調(diào)條件的新的近似方法。用該近似計(jì)算方法建立了某重型數(shù)控立車(chē)橫梁－滑座導(dǎo)軌靜壓計(jì)算的學(xué)科分析模型。在此基礎(chǔ)上，采用元模型方法，對(duì)該橫梁－滑座靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。 將導(dǎo)軌靜壓近似計(jì)算新方法用于該重型數(shù)控立車(chē)刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，建立了刀架系統(tǒng)精加工精度計(jì)算模型，進(jìn)而建立了刀架系統(tǒng)的MDO模型。此優(yōu)化問(wèn)題具有高階、多峰、非線(xiàn)性的特點(diǎn)，且全局優(yōu)解位于狹窄不規(guī)則的區(qū)域，導(dǎo)致基

4、于元模型技術(shù)和啟發(fā)式探索的優(yōu)化迭代困難。對(duì)此，提出了基于元模型的設(shè)計(jì)空間輪換（DSA）策略，即：先在位于該約束邊界上的子空間進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立元模型；在隨后的每輪優(yōu)化迭代循環(huán)中，以元模型為分析代理，順序進(jìn)行子設(shè)計(jì)空間上的啟發(fā)式全局探索、整個(gè)設(shè)計(jì)空間上的局部尋優(yōu)算法搜索、系統(tǒng)分析和更新元模型的操作，直至收斂。采用DSA策略，得到了該多學(xué)科優(yōu)化問(wèn)題的全局優(yōu)解。 進(jìn)行了考慮靜壓－結(jié)構(gòu)耦合的重型數(shù)控立車(chē)工作臺(tái)導(dǎo)軌靜壓計(jì)算的數(shù)學(xué)建模與工作