液壓集成塊CAD-CAM集成系統(tǒng)理論與開發(fā)技術(shù)研究.pdf

1、液壓傳動與控制領(lǐng)域正越來越多地采用液壓集成塊配置，其優(yōu)點是可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時也有利于降低制造成本。然而，隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，液壓集成塊的設(shè)計、制造難度也隨之增加。因此將新技術(shù)與方法引入到集成塊的設(shè)計制造中，用先進的 CAD/CAM 技術(shù)、智能優(yōu)化方法、工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等輔助手段進行液壓集成塊的設(shè)計與制造必然成為未來的發(fā)展方向。本文緊密結(jié)合工程實際，通過對液壓

2、集成塊 CAD/CAM 理論與開發(fā)技術(shù)的深入研究，研制出實用的液壓集成塊 CAD/CAM 集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)將液壓集成塊優(yōu)化設(shè)計與加工制造有機地結(jié)合為一體，可高質(zhì)量地實現(xiàn)液壓集成塊從設(shè)計到制造的一體化操作。主要的研究內(nèi)容和成果如下： 根據(jù)液壓集成塊 CAD/CAM 集成系統(tǒng)的功能需求，本文首次運用基于功能驅(qū)動的系統(tǒng)規(guī)劃原理對集成塊六個方面的核心設(shè)計問題(結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、虛擬現(xiàn)實設(shè)計、性能優(yōu)化設(shè)計、CAM 系統(tǒng)設(shè)計、虛擬裝配設(shè)計和工程

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計)進行合理、科學(xué)的總體規(guī)劃，并確定集成塊 CAD/CAM 集成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)使各主要部分工作得以有效銜接與協(xié)調(diào)，系統(tǒng)資源得到充分的利用，集成系統(tǒng)的應(yīng)用得到不斷拓展和深化；從而為開發(fā)實際的液壓集成塊 CAD/CAM 集成系統(tǒng)奠定了研究基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，明確了集成系統(tǒng)各主要部分所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，為全文的研究奠定了基礎(chǔ)。 在全面總結(jié)集成塊類零部件的結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計、制造信息組成規(guī)律的基礎(chǔ)上，本文應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆?/p>

4、法定義與該問題有關(guān)的特征變量的顯性表達式，確立了優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，進而建立了集成塊設(shè)計問題的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。針對此類多目標(biāo)、多約束、多峰值的復(fù)雜工程問題，結(jié)合課題組在液壓集成塊優(yōu)化設(shè)計中所采用的 NGSA 算法(基于小生境的遺傳模擬退火算法) 存在的求解穩(wěn)定性不高、收斂速度較慢、算法效率較低的問題，對混合優(yōu)化策略中的關(guān)鍵參數(shù) (適應(yīng)度函數(shù)、選擇/交叉/變異算子) 和操作設(shè)計方法 (退火與抽樣過程、最優(yōu)保留策略) 進行科學(xué)的改進，提出一種

5、基于改進的小生境遺傳模擬退火算法一改進型 NGSA 算法，作為引領(lǐng)集成塊總體優(yōu)化設(shè)計的引擎算法。研究結(jié)果表明，改進型 NGSA 算法的全局和局部搜索能力進一步加強，可更為高效地尋找到多個有效極值，是一種整體優(yōu)化能力、效率和可靠性具有明顯改進的混合優(yōu)化方法。 本文經(jīng)過深入分析，對于集成塊設(shè)計中的孔道校核、孔道網(wǎng)絡(luò)連通設(shè)計、孔道網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計、元件外形干涉校核、外觀布局設(shè)計、體積縮減六個關(guān)鍵性典型環(huán)節(jié)，給出各自的數(shù)學(xué)模型，并研究出有針

6、對性的實現(xiàn)算法與設(shè)計改進方法。設(shè)計實例表明，針對液壓集成塊設(shè)計這類工程實際研究對象，本文所采用的設(shè)計方法簡便有效、準(zhǔn)確可靠，能夠高度智能化地完成復(fù)雜液壓系統(tǒng)中閥類元件在閥塊體上一系列設(shè)計環(huán)節(jié)的自動實施，諸如布局定位、實時校核下的孔道連通、連通方案的目標(biāo)評價和布局方案的調(diào)改等設(shè)計內(nèi)容和步驟，最終實現(xiàn)布局布孔集成方案的總體優(yōu)化設(shè)計。系統(tǒng)地研究了液壓集成塊 CAM 過程的宏觀工藝規(guī)劃、刀具加工路徑規(guī)劃，NC 程序編譯、虛擬加工環(huán)境設(shè)計四個方面

7、的技術(shù)進行了深入的研究分析，并提出具體的設(shè)計方法。其中：重點研究通過動態(tài)規(guī)劃與工序優(yōu)化相結(jié)合的策略進行刀具加工路徑規(guī)劃，該方法能有效地縮短在線加工工時和輔助工時中的空行程時間。在深入分析不同數(shù)控系統(tǒng)的異同及 NC 程序特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計出基于模塊化方式的通用化 NC 程序編譯器，該編譯器具有能充分地利用設(shè)計資源、節(jié)省開發(fā)成本和降低對技術(shù)人員的數(shù)控編程方面知識要求等特點，并有利于企業(yè)實際生產(chǎn)過程的自動化。 在上述研究的基礎(chǔ)上，通過