非圓曲面孔用超磁致伸縮致動器多目標(biāo)優(yōu)化.pdf

1、非圓曲面孔的應(yīng)用，可以較大限度地提高活塞承載能力，是高負(fù)荷活塞銷孔發(fā)展的必然趨勢。非圓曲面孔復(fù)雜的三維空間曲面結(jié)構(gòu)，要求在鏜削過程中，刀具徑向位置隨著主軸轉(zhuǎn)角和其軸向位置的變化，做高頻響的精密微位移補(bǔ)償運(yùn)動。這給生產(chǎn)加工帶來了技術(shù)難題。本文研究了一種基于超磁致伸縮材料(GiantMagnetostrictiveMaterial，GMM)驅(qū)動的新型刀具補(bǔ)償裝置(GiantMagnetostrictiveActuator，GMA)，以解決此

2、加工難題。本文的研究成果在山東濱州渤海活塞有限公司得到了應(yīng)用。
　　 首先，綜述了國內(nèi)外異形孔用刀具補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀，提出了利用GMM驅(qū)動，組合柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)刀桿平動來解決異形孔鏜削問題的方案;綜述了GMA優(yōu)化現(xiàn)狀，提出建立變形體顯式模型，并結(jié)合遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化的方案;研究了改進(jìn)的非支配排序遺傳算法(ModifiedNon-dominatingSortingGeneticAlgorithm，NSGA_Ⅱ)，找到了處理變量不

3、等關(guān)系約束的兩個途徑，解決了優(yōu)化方法問題。
　　 然后，設(shè)計(jì)了基于“直角杠桿+四連桿機(jī)構(gòu)”的變形體，可實(shí)現(xiàn)“施力方向與刀具補(bǔ)償位移方向相垂直”的運(yùn)動，預(yù)壓力的施加方式使GMA系統(tǒng)更加緊湊。
　　 第三，探討了變形體模型建立的四種方案，根據(jù)四種方案的共同需求，建立了此變形體精確的有限元模型，用宏命令文件（MAC文件）實(shí)現(xiàn)了自動循環(huán)建模和計(jì)算。嘗試了基于現(xiàn)有柔性鉸鏈模型建立變形體數(shù)學(xué)模型的方法，最終采用的建模方案為:首先確定

4、影響變形體性能的關(guān)鍵因素，用有限元方法和曲線擬合方法，結(jié)合杠桿原理、等效質(zhì)量計(jì)算公式和模態(tài)計(jì)算公式等，得到變形體關(guān)鍵因素耦合的動靜態(tài)模型。然后給出了等效質(zhì)量的誤差修正模型，并用NSGA_Ⅱ?qū)π拚齾?shù)進(jìn)行了優(yōu)化，保證了變形體動態(tài)方程的準(zhǔn)確性。
　　 最后，運(yùn)用遺傳算法NSGAII對變形體進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化分析。目標(biāo)包括:考慮GMM棒彈性變形的輸出位移、輸出力、磁致伸縮系數(shù)、變形體輸出位移和一階固有頻率，得到了綜合多因素的最優(yōu)解集。對