外文翻译--链式自动换刀臂的多阶段优化设计 中文版【优秀】.doc

1链式自动换刀臂的多阶段优化设计KIMJae-Hyun,LEEChoon-Man韩国昌原国立大学机电学院，昌原641-773，中南大学出版社和柏林海德堡施普林格出版社2012摘要：为了提高加工效率，刀具更换时间需要有所减少。因此，用于连接到一个自动换刀加工中心的换刀时间将减少。同时自动换刀系统是加工中心的一个重要部分，作为驱动源。使用商业代码ANSYSWorkbenchV12试图解释自动换刀装置的静态属性，对和自动换刀臂的优化设计进行了多级优化设计。依靠自动换刀的形状的优化建议，并对结果进行了验证，获得可接受的改进。它是能够获得一个与初始模型的比较，最大变形，最大应力和质量分别减少10.46%，12.89%和9.26%的优化模型。同时，实验设计方法也与常规的实验设计方法进行了多级优化比较。关键词：自动换刀装置；优化设计；结构分析；交换臂1引言最近，在机械制造行业中，模具和机械零件已经变成了小批量生产系统。同时，需要提高生产率和切割速度。然而，从实践观点看，高质量和低成本是有针对性的实际的立场。因此，对于这样的目标追求实现机床高速加工，实现自动化，缩短交货时间。结果，它是可能的检查状态的工具和工件在机床使用适当的传感器。此外，加工中心的自动换刀装置（ATC）和一个托盘自动交换装置（APC）旨在操作无人值守厂24小时，自动换刀装置存储用于加工中心的杂志和变化的工具自动为所需的工具。改变这样的管制的工具正是安装在主轴1。同时，它代表了一种先进的优势，由于对机床的干扰少，加工中心操作者可以从事其他工作。也就是说，运营商可以控制其他机床或准备下一个工件，从而减少生产时间。在这项研究中使用的链式ATC代表着许多工具都存储在一个特征模块。在工具的改变，两个臂移动到旋转180°在直接转换的方式配置工具更改到下一个工具2。因此，有必要同时确保结构特点和设计轻量化。在实际的工业领域，优化设计是非常重要的。因此，提出了各种机械零件优化各种优化方法3。宋等人4提出的轴承短优化设计提高学报的人工生命算法。阿莱尔等人5结合结构优化的拓扑和形状的进行推导。BAGCI和艾库特6提出田口优化验证数控铣削的最佳表面粗糙度。兰博迪7提出了一种基于模拟退火算法的桁架结2构优化设计。塞库尔斯基8表明，遗传算法是一种有效的多目标优化工具的拓扑结构同时设计优化的设计工具。SEO等人9提出的形状优化和基于ISO几何分析的设计的延伸。在优化空管部门，其结构特点的因素和轻量化是彼此相反10。它显示一个权衡，如果追求提高结构轻巧，结构特点，将是一个弱点，如果改进的结构特点，对轻量化的实现是很困难的。因此，为了满足这些相反的因素和优化，以不同方式等臂形状优化是通过实验设计了11。在这项研究中，获得更为优化的模型比以前的研究11，一个多阶段进行的优化设计。优化设计是利用商业分析程序，CATIAV5和ANSYSWorkbench，和分析的有效性是通过比较初始和传统优化模型在这项研究中实现的优化模型研究。2AT的结构ATC由三个元素组成，如杂志，更换部分，和臂部。部分杂志是一种装置，储存大量的工具和修改工具使用伺服电机。该变换器部分配备伺服电机，旋转臂。臂部的啮合工具在加工中心的旋转180°主轴和杂志显示臂形变化的工具。图1说明了ATC模拟利用CATIAV5R17的整个结构。图1就ATC链式结构图手臂的初始模型进行结构分析。在进行有限元分析的参考，使用商业分析程序进行了初步的有限元分析模型，利用ANSYSWorkbench的V12。分析是通过3最小化在臂的附加部分进行。在分析方法上，一个十六进制主导的方法应用于一个有限元分析共51794个节点和13496元素。图2显示了手臂的初始有限元模型。图2初始有限元模型的手臂在分析的边界条件，在ATC臂中心孔的支持，和重力加速度的应用到整个身体。在负载条件下，负载147N适用于夹两端考虑工具的最大重量。结构分析的结果示于图3。在夹具的初始模型两端的最大变形量为5.7487M。同时，最大应力在截面边缘产生，这推动了空管部门后4.1762兆帕的的手指。图3结构分析：（一）臂的变形分布；（b）的应力分布3ARM的多阶段优化4静态顺应性FX（=D/F）可通过静刚度的得出了。特别是，在一些机械结构的机床和工业机器人要求高精度和加工效率，就成为最重要的静态特性以及结构的重量，这些因素是综合评价，同时。正如上面提到的，静态优化的问题被确定为这两个目标函数的静态特性和重量最小化的问题12。因此，在这项研究中，优化是为满足每个目标函数的一个多级的方式进行。第一阶段为提高静态特征的阶段。通过定义设计因素，减少变形，可诱导的最佳模型。第二阶段是确定为实现其轻量化的一个阶段。基于第一阶段提出的优化模型，形状优化是针对它的重量减少了10%行。3.1第一阶段的臂优化设计在第一阶段的优化设计，优化设计的目的是最大限度地减少臂的变形。图4说明了手臂的设计变量。图4ATC臂因素臂的尺寸和形状优化设计的一般形式可以通过定义目标函数和约束条件下的函数13-15。为实现对ATC臂的优化设计，形式化定义如下：其中X代表的设计变量，并和显示应力和变形，分别。同时，a和b为显示的应力和变形的允许值，分别为。一方面，A，B，和C的设计变量。设计变量的配置±30毫米，不到目前的碰撞干涉的影响在结构上的设计。在最佳设计，最佳的解决方案可以最大限度地减少臂的变形使用CATIAV5的产品工程优化。表1给出了优化结果。