數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備，閥門機(jī)床在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中發(fā)揮著重要作用，其加工精度對制造水平影響較大，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來提高數(shù)控機(jī)床加工精度一直是學(xué)術(shù)界和工程的研究熱點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床的組成部件較多，有針對性地研究各關(guān)鍵零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對于完善機(jī)床整機(jī)的設(shè)計(jì)方案具有積極的作用。作為數(shù)控機(jī)床整機(jī)的關(guān)鍵機(jī)械部件，主軸輸出的動力驅(qū)動刀具工作，主軸的動靜態(tài)性能對加工精度和效率影響很大。因此，對數(shù)控機(jī)床主軸進(jìn)行建模分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)是的，眾多學(xué)者對此展開了廣泛深入的研究工作，研究成果均了數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，也為本文的研究工作提供了有益的參考。然而，數(shù)控機(jī)床主軸的動靜態(tài)性能受很多因素影響，如主軸結(jié)構(gòu)的整體布局、心軸各段的直徑和長度尺寸、電動機(jī)與主軸之間的傳動方式、軸承和主軸的配置方式等，主軸設(shè)計(jì)是一個多知識禍合的復(fù)雜問題。針對以上問題，本文構(gòu)造一種數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，其原理采用模糊邏輯理論和智能優(yōu)化算法分別對主軸進(jìn)行配置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而提高該專家系統(tǒng)的智能化程度，使之便于在計(jì)算機(jī)上程序化。
數(shù)控機(jī)床是制造裝備業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。隨著工業(yè)化的發(fā)展，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是航空航天、船舶、儀器、發(fā)電等行業(yè)加工關(guān)鍵部件的加工工具。作為難度、應(yīng)用范圍廣的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床在加工方面有著其的優(yōu)點(diǎn)。
①能夠加工一般三軸聯(lián)動機(jī)床不能加工或者無法一次裝夾加工完成的連續(xù)光滑的自由曲面。例如航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子、大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、大型船舶螺旋槳等。由于五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床在加工過程中刀具相對于工件的角度可以隨時調(diào)整，避免了刀具的加工干涉，因此五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床可以完成三軸聯(lián)動機(jī)床不能完成的許多復(fù)雜的加工。
②可以提高自由空間曲面的加工精度、加工效率和加工質(zhì)量。相對于三軸數(shù)控機(jī)床加工一般的型腔復(fù)雜的工件，五軸數(shù)控機(jī)床可以在一次裝夾中完成加工，并且由于五軸數(shù)控機(jī)床加工時可以隨時調(diào)整位姿角，五軸數(shù)控機(jī)床可以以的角度加工工件，避免了多次裝夾，提高了加工效率、加工質(zhì)量和加工精度。
③符合雙面數(shù)控鏜孔機(jī)床發(fā)展的趨勢。在零件加工過程中，大量的時間被消耗在搬運(yùn)工件、上下料、安裝調(diào)整等時間上，為了盡可能減少這些時間，人們希望可以用一臺機(jī)床完成盡量多的加工。五軸數(shù)控機(jī)床可以完成數(shù)臺三軸數(shù)控機(jī)床才能完成的加工任務(wù)，節(jié)省了占地空間和工件在不同加工單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)的時間和花費(fèi)。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的重要作用使其成為當(dāng)今機(jī)床工業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)和。
構(gòu)造了一種數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)為當(dāng)前機(jī)床設(shè)計(jì)人員提供了一種可供參考的新方法。本文構(gòu)造的主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，集成了機(jī)床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、機(jī)械動力學(xué)、模糊邏輯理論以及優(yōu)化設(shè)計(jì)原理和方法等知識，有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
采用模糊邏輯加以處理，當(dāng)機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)要求提高時，設(shè)計(jì)人員利用本文構(gòu)造的主軸優(yōu)化 設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)也能隨之新隸屬度函數(shù)，對主軸的心軸、電機(jī)類型、傳動方式和軸承配置進(jìn)行。提出一種主軸結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)人員提供主軸配置的初始條件和約束形式后能便捷地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文采用靈敏度分析法來篩選設(shè)計(jì)變量，提高了主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。結(jié)合實(shí)際工程案例對所構(gòu)造的數(shù)控機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。
