改进元胞多目标遗传算法在机床主轴优化中的应用.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术NO．92014年9月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueSept．2014文章编号：1001—2265(2014)09—0021—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．09．006改进元胞多目标遗传算法在机床主轴优化中的应用张屹，万兴余，郑小东，余竹玛(三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，湖北宜昌443002)摘要：针对目前采用多目标元胞遗传算法解决具有整数决策变

2、量和实数决策变量问题时，容易出现因参数设置的盲目性而导致求解失效或效果较差的问题，以机床主轴优化设计问题为研究对象，建立了以总体积最小和挠度最小为设计目标的多目标优化设计数学模型。在采用多目标元胞遗传算法(MOCel1)对问题模型进行求解时，结合问题特点对个体编码和变异算子进行了重新设计，同时阐明了通过正交试验优化遗传参数配置的思想。通过实验仿真，所得Pareto前端分布均匀、覆盖范围较为宽广，说明修改后的算法求解此类问题行之有效。关键词：正交试验；多目标；优化设计；元胞遗传算法；机床主轴中图分类号

3、：TH122；TG65文献标识码：AMachineToolSpindleOptimizationDesignBasedonanImprovedCellularMulti-objectiveGeneticAlgorithmZHANGYi，WANXing—yu，ZHENGXiao—dong，YUZhu—ma(HubeiKeyLaboratoryofHydroelectricMachineryDesign＆Maintenance，ChinaThreeGorgesUniversity，YichangHube

4、i443002，China)Abstract：Whensolvingtheproblemsthathaveintegerdecisionvariablesandfloatdecisionvariableswithmulti—objectivecellulargeneticalgorithm，itissometimesfailedorgetspoorresultsduetobadparametersettings．Takingthemachinespindleoptimizationdesignast

5、hestudyobject，amulti—objectiveoptimizationdesignmodelisestablishedwiththeobjectivestogetminimalvolumeandminimaldeflection．Whenthemulti—objectivecellulargeneticalgorithm(MOCel1)isapplied，theindividualcodeandthecrossoveropera-torareremodifiedconsideringt

6、hecharacteristicsofthesolvedproblem，andatthesametime，theideaoftheorthogonalexperimentisintroducedintothealgorithm．Throughthesimulation，aParetofrontisobtained，whichdistributesevenlyandspreadswidely．Theresultindicatesthatthemodifiedalgorithmworkswellwith

7、thiskindofproblems．Keywords：orthogonalexperiment；multi—objective；optimizationdesign；cellulargeneticalgorithm；ma—chinetoolspindleMOCell在解决两目标优化问题时取得了比其他几个0引言算法略好的性能。但是，测试函数是人为构造出机床主轴是机床的核心部件，其作用是带动刀具来对算法性能进行测试的一类问题，往往与实际工程旋转，直接参与高速切削加工。机床主轴的好坏对机问题有较大差别，

8、例如个体编码，约束处理，遗传参数床的加工精度，表面质量和生产率影响很大。国内外的选取等都不尽相同，当要把一个算法应用到实际问不少科研人员对机床主轴进行了一系列科学研究，但题中时，不得不做相应的修改。本文针对机床主轴的大多数都是集中在提高主轴的某一个性能，例如，减少参数优化设计问题，在MOCell算法的基础上采用实数变形，提高刚度或者是减小振动或者是减轻重量。然与整数混合编码和NSGA-II的约束处理机制，基于正而，在实际工程应用中，往往是要求多个性能尽量同时交试验理论