基于改进bp神经网络的车床主轴优化设计的研究

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1、分类号TH122密级公开UDC621编号10299S1303072硕士学位论文基于改进BP神经网络的车床主轴优化设计的研究StudyonOptimizationDesignofLatheSpindleBasedonImprovedBPNeuralNetwork作者姓名熊伟指导教师顾寄南教授博导申请学位级别工学硕士专业名称机械设计及理论论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席______________评阅人____________2016年5月独创性声明本人

2、郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其

3、他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日基于改进BP神经网络的车床主轴优化设计的研究StudyonOptimizationDesignofLatheSpindleBasedonIm

4、provedBPNeuralNetwork专业方向机械设计及理论指导教师顾寄南教授博导姓名熊伟江苏大学2016年5月江苏大学工学硕士学位论文摘要主轴系统作为机床的关键部件之一，其静动态性能将直接影响到机床的加工质量和加工效率。随着现代机床加工速度和精度的不断提高，对主轴部件也提出了更高的设计和加工要求。本文以CWZ61200重型机床为研究对象，在保证机床主轴良好的静动态性能的前提下，将有限元分析、遗传算法、人工神经网络、正交试验等方法结合起来运用到主轴的结构优化设计中，实现了主轴重量减轻的优化目标。针对标准BP神经网络在实

5、际应用中的一些固有缺陷及不足，利用遗传算法全局寻优的特点，搜索出机床主轴BP神经网络模型中初始权值和阈值的最优解，得到了改进后性能更佳的神经网络。利用SolidWorks和ANSYSWorkbench软件分别完成主轴三维模型的构建及有限元分析，得出其静动态性能参数；选取主轴结构参数和性能参数分别作为输入和输出样本，按照正交试验法设计的结构参数组合，不断修改主轴的三维模型并进行有限元分析，完成了神经网络训练样本集的获取。用上述获取的样本集，对基于标准和改进神经网络的主轴性能预测模型进行训练；将这两种神经网络模型的预测效果进行

6、对比，最终选取改进后的神经网络模型来获取主轴结构参数与性能之间的非线性关系。选取主轴结构参数作为设计变量，性能参数作为约束条件，质量作为目标函数，建立了其结构优化数学模型，其中约束条件中的非线性关系由上述改进神经网络映射得到；利用MATLAB优化工具箱进行求解，最终得到了最优的结构参数组合；将优化前后机床主轴的各项性能参数指标进行对比分析，验证了该优化方法的合理性和可行性。本文提出一种利用改进的BP神经网络来建立机床主轴结构参数与其静动态性能之间的非线性映射关系，并将这种约束关系应用到主轴结构优化设计中的方法。在保证主轴良

7、好的静动态性能的前提下，实现了减重的优化目标。关键词：机床主轴；有限元；遗传算法；BP神经网络；优化I基于改进BP神经网络的车床主轴优化设计的研究AbstractAsthekeypartofthemachinetool,spindlesystem’sstaticanddynamicperformancehasadirectinfluenceonthemachiningqualityandcuttingefficiency.Withthecontinuousimprovementofmachiningspeedandprec

8、isionofmodernmachinetools,thespindlecomponentsarealsoputforwardhigherdesignandmanufacturingrequirements.Inthispaper,CWZ61200heavydutymachinetoolischosen