基于改进蚁群算法的数控机床主轴优化设计OptimizationDesignofCNCMachineToolSpindleBasedonImprovedAntColonyAlgorithm黄传文HUANGChuan-wen曰朱成实ZHUCheng-shi(沈阳化工大学机械工程学院，沈阳110142)(InstituteofMechanicalEngineering,ShenyangUniversityofChemicalTechnology，Shenyang110142，China)摘要院通过机床主轴结构的分析，建立数学模型优化主轴。改进的蚁群算法，将寻优过程分为粗搜索和精搜索两个步骤，将粗搜索获得的可行解进行变异交叉操作，最后通过精搜索完成整个寻优过程。分别采用改进蚁群算法、基木蚁群算法和常规优化设计对主轴进行优化，对比分析优化结果可知，采用改进蚁群算法优化后体积减少了5.6%,刚度提高了8.2%,并且改进蚁群算法比基木蚁群算法优化耗时减少了36%，比常规优化设计减少了57%,这为机床主轴系统的优化提供了一种切实可行的优化算法。Abstract:Throughtheanalysisofthespindlesystemofmachinetoolspindle,anoptimizationmathematicalmodelisestablished.Itintroducesanimprovedantcolonyalgorithmbywhichtheoptimizationprocessisdividedintocoarsesearchandfinesearchtwostepsbasedonthebasicantcolonyalgorithm.Thecoarsesearchistoobtainfeasiblesolutionsofgeneticalgorithmwithmutationcrossoveroperation,andthefinesearchistocompletetheentireoptimizationprocess.Byusingtheimprovedantcolonyalgorithm,basicantcolonyalgorithmparametersandconventionaloptimizationdesignonthemachinetoolspindleareoptimized.Comparativeanalysisoftheoptimizationresultsshowsthatthevolumedecreasedby5.6%andrigidityincreasedby8.2%afterusingtheimprovedantcolonyalgorithmoptimization,andthetimetakenbytheimprovedantcolonyoptimizationalgorithmisdecreasedby36%comparedwiththebasicantcolonyalgorithmoptimizationanddecreasedby57%comparedwiththeconventionaloptimizationdesign.Itprovidesapracticaloptimizationalgorithmforoptimizationofmachinetoolspindlesystem.关键词院改进蚁群算法；数控机床；主轴；优化设计Keywords:antcolonyalgorithm；CNCmachinetool；spindle；optimizationdesign中图分类号院TG659文献标识码院A文章编号院1006-4311(2014)21-0036-030引言数控机床已广泛应用于各种类型的加工，其最重要的组成部分就是主轴[1】。主轴故障不仅影响加工产品的质量，也造成了很大的人力和财产损失，因此数控机床主轴的优化设计是必要的[2】。传统的优化设计方法求解过程复杂且容易陷入局部最优解[3]，而蚁群算法能较好的克服这些问题，而改进的蚁群算法比基本蚁群算法更能稳定的获得全局最优解[4】。1机床主轴优化数学模型的建立机床主轴结构优化的数学模型[5]可以描述为通过分析计算表中的数据可知，和常规优化设计相比，改进蚁群算法的优化效果非常明显，使机床主轴刚度提高了8.2%,体积减少了5.6%,搜索吋间减少了57%，而和基本蚁群算法相比，优化值也更理想且搜索吋间减少了36%。4结论采用改进的蚁群算法对数控机床主轴结构进行优化，达到了预期的优化效果，刚度提高了8.2%,体积减少了5.6%,并II分别与常规优化设计、基本蚁群算法进行比较，说明了改进的蚁群算法优化效果更明显且收敛速度更好。参考文献院[l]PeriauxP.Geneticalgorithmsinaeronauticsandturbomachinery[M].NewYork:Wiley,2002:20-35.[2]GuptaS,TiwariR,NairSB.Multiobjectivedesignoptimizationofrollingbearingsusinggeneticalgorithms[J].MechanismandMachineTheory,2007,42(10):1418-1443.[3】徐锦康.机械优化设计[M】.北京:机械工业出版社,1996:10-30.[4]段海滨.蚁群算法原理及其应用[M].北京:科学出版社,2005:214-219.[5]莫才颂，钱学明.机床主轴结构优化设计⑴.茂名学院学报,2003,13(3):40-42.[6]王爱玲.数控机床结构及应用[1\/1].北京:机械工业出版社,2006:31-36.[7]郭辰光，王鹏家，田鹏等.基于遗传算法的数控机床主轴优化设计方法［」］.东北大学学报,2011,32(6):850-853.［8】原思聪，刘道华，江祥奎等.基于蚁群算法的多维奋约束函数优化研究［」］.计算机应用研究,2008,25(6):1682-1684.作者简介院黄传文(1989-),男，湖南邵阳人，硕士，研究方向为机械优化设计。