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鍛壓加工中心系統設計優化路徑

伯特利數控 加工中心 鉆攻中心

前言：

鍛壓加工中心作為汽車制造和交通運輸行業等重要領域的基礎裝備，對其系統進行優化設計能夠提高運行的效率，憂化性能，進而為企業的維修節省費用。結構優化的主要內容包括尺寸、拓撲和形狀等的優化，其目的都是在于確定最優的設計方案，提高鍛壓加工中心的運行效率。加工中心結構的優化主要包括對其整體結構的優化以及對其尺寸和零部件的優化，進而提高鍛壓加工中心整體的運行效率。這些優化都是對鍛壓加工中心結構域的靜態優化和改善，能夠提高鍛壓加工中心在運動狀態中的穩定性能,進而達到節省材料的作用m。本研究主要是運用遺傳算法，結合上述的優化設計方法，以優化全局的思路對鍛壓加工中心的關鍵部件以及結構進行優化設計，設定鍛壓加工中心在開關狀態下的目標函數，以達到穩定的性能，同時運用遺傳算法進行多目標的優化設計，進而獲取鍛壓加工中心最優的結構參數，減少鍛壓加工中心的機身質量，提升加工中心的性能和運行效率。

1多目標優化設計平臺的結構和優化流程

近年來隨著CAD/CAE技術的快速發展，鍛壓加工中心優化設計在CAD/CAE軟件中應用的范圍逐漸的廣泛，能夠將加工中心系統進行分析計算以達到最優的設計效果。有限元靜態分析主要針對鍛壓加工中心的機身部件的硬度以及強度進行分析，達到最優的結構和質置，進而降低成本，達到較高的經濟效益。Pro/E,UG等實體模型軟件能夠將加工中心的實體模型建立起來并通過CAE進行分析，為結構的優化設計提供指導的方向，但也有自身缺點,不能實現多參數的協同優化^|21。MATLAB等數字分析軟件能夠實現多個參與情況下模型之間的協同優化，但缺少對模型實體的分析，優化的結果不精確。利用Pr_〇/E軟件的二次開發功能，結合數字分析軟件MATLAB的擴展功能，集成一個多目標的優化設計平臺，對鍛壓加工中心系統進行優化設計，對鍛壓加工中心的實體模型進行有限元分析，并結合遺傳算法實現多目標參數的優化。

1.1平臺結構

多目標優化設計平臺結構見圖1,實體模型庫、調度管理系統、分析計算系統以及參數優化系統4個主系統構成了該平臺的主要系統，每一個系統有著自身獨特的優點和性能。實體模型庫系統主要是運用Pro/E軟件實現對零件的三維建模，實現裝配模型的功能，進而建立SQL Server•數據庫，構建出的鍛壓加工中心模型數據庫完善且精確。分析計算系統主要是是利用Pro/Mechanical平臺，優化實體模型的參數和結構，加載計算零件和組織的參數，計算出各種應力和應變的計算結果^13]。參數優化系統是在MATLAB軟件平臺下對各種參數進行分析,利用調度管理系統獲得分析和計算的結果，在目標函數的引導下對分析和計算的結果進行多次的處理，優化參數。調度管理系統主要是負責管理其他3個系統的管理，也是該平臺的核心系統，能夠將模型庫輸入到分析計算系統中，然后將分析計算系統中的結果輸入到參數優化系統中，獲取優化的結果能夠對模型庫的參數進行修改，分析計算后獲得最優的參數。

多目標優化平臺的4個主系統分工合作，共同優化鍛壓機床的各個參數。優化平臺能夠根據分析計算的結果對模型庫參數進行設計，根據鍛壓加工中心的工作特性以及預先確定的最優目標函數，設計出鍛壓加工中心各個構建的最優參數，通過調度管理系統實現對模型庫參數的改進載入到分析計算系統中得到結果，獲得最優的目標函數，針對結構進行參數的處理和篩選,再次進行迭代計算，獲取最優的參數。

2系統設計

2.1模型庫系統和分析計算系統設計

模型庫系統的主要功能是對鍛壓加工中心的零件以及組間模型進行存儲,生成文件系統，為外部的調度管理系統提供零件和部件修改的參數，并且能夠快速的將組間的模型參數結果計算出來。鍛壓加工中心模型作為一種三維實體模型，是在P_ro/E條件下建立的，能夠分類存儲鍛壓加工中心各個零件的參數，模型庫中包含了鍛壓加工中心模型的名稱、結構信息以及位置等，能夠通過調度管理系統查看相關的模型'

分析系統的是利用Pro/E軟件中的Pro/Mechanical平臺建立的，主要功能是對三維實體模型進行有限元分析。分析系統能夠根據調度系統中的模型庫,給鍛壓加工中心設計預先的載荷、約束等,將零件的應變力和局部變形結果計算出來，并且將計算的結構傳送到調度系統中^[5]。

2.2調度管理系統設計

調度管理系統主要的功能是幫助其他的幾個子系統訪問模型庫，修改模型庫的參數，管理加工中心的分析數據，得到計算的結果，并將計算的結果進行傳輸，獲得最佳的優化方案。調度管理系統主要是運用了 Pro/E軟件的二次開發功能，能夠實現對數據庫的調度和管理，以編程的方式實現特定的功能％在調度管理系統的優化平臺設計中利用C++的MFC類庫，利用二次開發的功能對系統進行優化設計。調度管理系統能夠將模型的ID存儲在模型庫中的實體模型中，然后按照模型的參數和尺寸進行重新的配置，檢查裝置是否符合約束的條件。如果條件滿足，就按照最優的設置參數進行模型的設計，建立優化后的模型，利用軟件的分析功能實現模型的驅動。調度管理系統的優化流程見圖3。調度管理系統能夠優化設計的參數主要是在軟件平臺上開發一個動態的鏈接庫。參數的優化能夠通過參數種群進行分析和篩選，獲得的計算結構反饋給參數優化系統，進而設計目標函數,在遺傳算法的基礎下進行參數的優化，最終得到優化的參數。

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結束語：

通過對鍛壓加工中心進行優化設計，設計出一個保障鍛壓加工中心設計性能的良好平臺，在該平臺上進行調度管理系統、分析計算系統和參數優化系統的設計，實現對鍛壓加工中心機身結構以及參數的協同管理和優化計算，利用有限元分析和多目標的造傳算法，優化鍛壓加工中心縱橫向的變形差、最大應力以及機身的質量，實現了最優的目標。

伯特利數控是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產工廠設在廣東省東莞市，目前其生產的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！

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