數(shù)控臥式鏜銑床刀庫結構設計【鏈式刀庫 60把刀】【含圖紙】

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Reliability evaluation of ATC for high-speed line center J. Journal of Korean Society for Precision Engineering, 2006, 23(6): 111 118. (in Korean) 2 BARK T Y. The design of automatic tool changer M. Korea Advanced Institute of Science Univ Press, 1977: 1 11. (in Korean) 3 ROY R, HINDUJA S, TETI R. Recent advances in engineering design optimization: Challenges and future trends J. CIRP Annals Manufacturing Technology, 2008, 57: 697715. 4 SONG J H, YANG B S, CHOI B G, KIM H J. Optimum design of short journal bearings by enhanced artificial life optimization algorithm J. Tribology International, 2005, 38(4): 403 412. (in Korean) 5 ALLAIRE G, JOUVE F, DE GOURNAY F, TOADER A. Combining topological and shape derivatives in structural optimization C/ European Conference on Computational Mechanics. 2006: 644. 6 BAGCI E, AYKUT S. A study of Taguchi optimization method for identifying optimum surface roughness in CNC face milling of cobalt-based alloy J. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006, 29(9): 940 947. 7 LAMBERTI L. An efficient simulated annealing algorithm for design optimization of truss structures J. International Journal of Computers and Structures, 2008, 86: 1936 1953. 8 SEKULSKI Z. Multi-objective topology and size optimization of high-speed vehicle-passenger catamaran structure by genetic algorithm J. Marine Structures, 2009, 22: 691 711. 9 SEO Y D, KIM H J, YOUN S K. Shape optimization and its extension to topological design based on isogeometric analysis J. International Journal of Solids and Structures, 2010, 47(11): 1618 1640. (in Korean) 10 JIA S, XIN W, XIACONG J, TAEKESHI I. Multi objective optimization based fast motion detector J. Lecture Notes in Computer Science, 2011, 6523: 492502. 11 KIM J H, LEE M J, LEE C M. Geometric optimal design of an ATC arm using design of experiments C/ Proceedings of the IASTED International Conference. 2010: 357 362. (in Korean) 12 LEE Y W, SUNG H G. Multi-phase optimization of quill type machine structures (1) J. Journal of Korean Society Precision Engineering, 2001, 18(11): 155160. (in Korean) 13 LEE M J, LEE C M. A study on structural analysis and optimum shape design of tilting index table J. Journal of Korean Society Precision Engineering, 2009, 27(2): 86 93. (in Korean) 14 ARORA J S. Introduction to optimum design, M. McGraw-Hill, 2003: 89. 15 KIM H S, LEE Y S. Optimization design technique for reduction of sloshing by evolutionary methods J. Journal of Mechanical Science and Technology, 2008, 22(1): 2533. (in Korean) 16 KIM J S. A study on the weight-saving design of the boom in high ladder vehicle J. Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, 2007, 16(2): 813. (in Korean)10