數(shù)控加工過程能耗優(yōu)化及_損失評價(jià)方法研究.pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)在將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品以及產(chǎn)品的使用過程中，消耗了大量的能源和自然資源并對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前，我國機(jī)械制造企業(yè)能源利用效率低下的問題十分嚴(yán)重，資源消耗所導(dǎo)致的環(huán)境污染也十分嚴(yán)重，能源問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的戰(zhàn)略問題。制造過程的節(jié)能優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造的基礎(chǔ)，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。因此，促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)提高能源利用效率、減少資源浪費(fèi)具有重大意義。
　　考慮機(jī)床主軸空轉(zhuǎn)能耗，建立了加工過程切削參數(shù)與加工能

2、耗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。通過搭建數(shù)控機(jī)床加工過程能耗監(jiān)測平臺，以數(shù)控銑削為例，研究機(jī)床在不同加工狀態(tài)及不同切削參數(shù)條件下切削功率的變化規(guī)律，采用理論分析推導(dǎo)與經(jīng)驗(yàn)建模相結(jié)合的方式，建立了加工過程切削參數(shù)與加工能耗之間的關(guān)系模型。通過切削實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)擬合獲得能耗模型的系數(shù)，對能耗模型系數(shù)進(jìn)行了分析研究，給出了模型系數(shù)的明確含義，便于實(shí)驗(yàn)獲取和實(shí)際應(yīng)用。最后，通過銑削實(shí)驗(yàn)對建立的能耗模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對加工過程能耗的準(zhǔn)確預(yù)測，為后續(xù)

3、考慮能耗的機(jī)床及車間加工過程節(jié)能優(yōu)化、環(huán)境影響評價(jià)和能耗動(dòng)態(tài)仿真研究奠定了基礎(chǔ)。
　　將加工能耗作為切削參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)之一，提出了一種綜合考慮加工能耗、生產(chǎn)率和表面加工質(zhì)量三者權(quán)衡的多目標(biāo)優(yōu)化方法。該方法采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析理論對多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，采用切削參數(shù)的改變對優(yōu)化目標(biāo)的各自綜合影響量化值的比例作為多個(gè)目標(biāo)權(quán)重分配的依據(jù)。最后，通過正交實(shí)驗(yàn)對提出的優(yōu)化方法進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到在給定切削參數(shù)范圍進(jìn)行優(yōu)化以同時(shí)提高生產(chǎn)率和表面

4、加工質(zhì)量，并降低加工能耗的目的。同時(shí)，基于上述建立的加工過程能耗模型，考慮了切削參數(shù)的變化對加工時(shí)間和加工能耗的影響，將單臺機(jī)床切削參數(shù)優(yōu)化融入到車間優(yōu)化調(diào)度問題中，提出了一種混合流水車間的雙層（機(jī)床層和車間層）優(yōu)化調(diào)度方法。通過混合流水車間調(diào)度案例對提出的雙層優(yōu)化調(diào)度方法進(jìn)行驗(yàn)證，為面向可持續(xù)制造的機(jī)床及車間節(jié)能優(yōu)化提供理論及技術(shù)支撐。
　　針對無法將加工過程的能量和物料流在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行分析評價(jià)的問題，本文引入了（火用）的概念

5、用于綜合評價(jià)能量和物料流，提出了一種加工過程（火用）損失評價(jià)方法?；谏鲜鼋⒌募庸み^程能耗模型，在同一尺度上綜合考慮加工過程的能量流和物料流，分析了加工過程中切削活動(dòng)、壓縮氣體散失、刀具磨損、切削液耗散以及金屬切屑產(chǎn)生過程的（火用）損失情況，建立了加工過程（火用）損失與切削參數(shù)之間的定量關(guān)系，使用單位切削（火用）損失作為加工過程的環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)，解決了電能消耗、刀具磨損、切削液耗散等不同因素的權(quán)衡問題。通過不同刀具軌跡的銑削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

6、了加工過程（火用）損失評價(jià)方法的可行性和有效性。通過不同切削參數(shù)銑削實(shí)驗(yàn)研究表明，選擇較大的進(jìn)給速度和較低的主軸轉(zhuǎn)速可有效降低加工過程的單位切削總（火用）損失，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工過程提高能源利用率，降低資源消耗的目標(biāo)提供重要的理論支撐。
　　基于上述建立的加工過程能耗模型，開發(fā)了數(shù)控加工過程能耗動(dòng)態(tài)仿真支持系統(tǒng)，用于輔助機(jī)床操作人員在進(jìn)行工件加工前，將能耗、加工效率等因素進(jìn)行綜合考慮，對加工方案做出快速有效的分析決策。設(shè)計(jì)了能耗動(dòng)態(tài)仿