面向高效低碳的車削加工切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化研究.pdf

1、當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨著地球資源銳減和環(huán)境惡化的嚴(yán)峻新挑戰(zhàn)，高效低碳制造已成為制造業(yè)適應(yīng)社會(huì)需求、應(yīng)對激烈競爭的重要方式。金屬切削加工是最主要的機(jī)械加工方式，而車削加工約占切削加工的20％～35％。在車削加工過程中，切削速度、進(jìn)給量和切削深度的選擇對加工效率和加工過程碳排放具有重要影響。本文在分析數(shù)控車削加工過程中能耗特征、切削參數(shù)及加工時(shí)間之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究建立了面向高效低碳的車削加工參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，以典型型號數(shù)控機(jī)床車削參數(shù)

2、優(yōu)化為例，采用改進(jìn)型非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)優(yōu)化求解，進(jìn)而分析了刀具材料、工件材料和工件尺寸等對優(yōu)化結(jié)果的影響，為數(shù)控車削機(jī)床高效低碳切削參數(shù)選擇提供支持。
　　首先，將車削加工過程能耗分為機(jī)床啟動(dòng)能耗、輔助加工能耗和去除材料加工能耗，引入電能碳排放因子、刀具碳排放因子和切削液碳排放因子，從能源、物料和廢棄物三方面研究了車削加工過程中的碳排放組成，建立了車削加工過程碳排放計(jì)算模型;根據(jù)實(shí)際切削加工時(shí)切削深度的特點(diǎn)（每次走

3、刀切削深度不一定相同），研究了切削速度、進(jìn)給量和切削深度與加工時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算輔助時(shí)間時(shí)考慮加工過程空行程時(shí)間，獲得了更加符合實(shí)際的車削加工工時(shí)計(jì)算模型。以最低碳排放、加工工時(shí)為優(yōu)化目標(biāo)，以機(jī)床、刀具和加工質(zhì)量等參數(shù)為約束條件，建立了高效低碳車削加工切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，為高效、低碳切削參數(shù)優(yōu)化選擇奠定基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)高效低碳車削加工參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型特點(diǎn)，運(yùn)用改進(jìn)型非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得Pa

4、reto最優(yōu)解集，研究利用引入碳稅的加工成本模型構(gòu)建效用函數(shù)選擇最優(yōu)解。以CK6136機(jī)床加工某零件為例，分析加工時(shí)切削參數(shù)對碳排放和加工時(shí)間的影響規(guī)律，并進(jìn)一步分析了刀具材料、工件材料和工件尺寸對優(yōu)化結(jié)果的影響。結(jié)果表明:(1)可通過選擇稍小進(jìn)給量和較大切削速度實(shí)現(xiàn)高效低碳加工;(2)相比高速鋼刀具，硬質(zhì)合金刀具在加工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放和加工時(shí)間更小;(3)在高效低碳加工方面，恒切削速度加工比恒轉(zhuǎn)速加工更有優(yōu)勢。
　　最后，