面向低碳的車(chē)削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、當(dāng)前，低碳經(jīng)濟(jì)已成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)碳排放問(wèn)題的迫切需求。據(jù)國(guó)際能源署(International Energy Agency，IEA)調(diào)查表明，制造業(yè)CO2排放量占全球排放量的30％以上，是碳排放的重要來(lái)源之一。金屬切削加工是制造業(yè)中使用最廣泛的加工方式，我國(guó)機(jī)床擁有量已超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)。車(chē)削刀具幾何參數(shù)影響工件的加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本、加工能耗和碳排放，其優(yōu)化選擇對(duì)降低制造企業(yè)碳排放具有重要意義。在分析車(chē)削加工過(guò)程能耗、切削溫度、加

2、工工時(shí)與刀具幾何參數(shù)之間相互關(guān)系基礎(chǔ)上，本文建立了低碳車(chē)削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型，進(jìn)而提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的刀具幾何參數(shù)優(yōu)化求解方法和系統(tǒng)平臺(tái)。主要內(nèi)容包括:
　　首先，以對(duì)機(jī)床切削加工過(guò)程具有重要影響的刀具前角和主偏角作為因變量，考慮加工過(guò)程電能消耗碳排放、刀具和切削液消耗產(chǎn)生的碳排放，建立了車(chē)床切削加工過(guò)程碳排放計(jì)算模型;給出了刀具幾何參數(shù)選取應(yīng)遵循的切削溫度、主軸轉(zhuǎn)速、最大切削力和加工質(zhì)量等限制約束函數(shù);進(jìn)而建立了

3、低碳車(chē)削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型，為刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化選擇奠定基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)低碳車(chē)削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型的特點(diǎn)，給出了基于一種改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法的優(yōu)化求解方法。測(cè)試函數(shù)算例分析表明，通過(guò)改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的交叉及變異概率計(jì)算方式，提高了自適應(yīng)遺傳算法的求解精度和全局優(yōu)化能力。基于所建模型和求解方法，進(jìn)行了刀具幾何參數(shù)工程應(yīng)用案例求解，并系統(tǒng)分析了切削參數(shù)、刀具材料和工件材料對(duì)車(chē)削碳排放的影響規(guī)律。案例優(yōu)化分析結(jié)果表明

4、:
　　(1)優(yōu)化后碳排放相對(duì)減少11.7％;
　　(2)當(dāng)其他加工條件一定時(shí)，粗加工過(guò)程較精加工產(chǎn)生碳排放小;
　　(3)加工45鋼時(shí)，高速鋼刀具產(chǎn)生碳排放高于硬質(zhì)合金刀具;
　　(4)被加工材料的含碳量及熱處理方式影響材料的加工性，碳排放隨加工性難度增加而增加。
　　最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，利用Matlab開(kāi)發(fā)了“面向低碳的車(chē)削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化”人機(jī)交互界面，為工程中低碳車(chē)削過(guò)程刀具前角和主偏角的