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面向能效的数控加工工艺参数优化方法研究及应用

发布时间:2017-09-07 00:12

  本文关键词:面向能效的数控加工工艺参数优化方法研究及应用


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【摘要】:随着社会的快速发展,能源危机日渐严峻。机械制造业是我国国民经济的重要支柱产业,在创造巨大财富的同时也消耗了大量能源。针对我国机械制造业高能耗和低能效率的现状,分析机械加工过程的能耗特性,研究降低机床能耗的重要规律和提高机床能效的方法是机械制造业可持续发展的必然选择。本论文在国家高技术研究发展计划(863计划)课题“机床产品机械加工制造系统能效优化提升技术及应用”(编号:2014AA041506)和国家自然科学基金面上项目“面向广义能量效率的数控加工工艺规划理论与方法研究”(编号:51475059)的资助下,对面向能效的数控加工工艺参数优化方法及支持系统进行了研究,可为我国机械制造企业的节能减排以及提高能量高效利用提供理论参考。因此,具有重要的研究意义。首先,分析数控加工过程的能耗构成特性和能耗时段特性,基于分析能耗特性构建数控加工能量效率函数;然后,通过工艺参数能效提升实验研究工艺参数变化对能效的影响规律。其次,在能耗特性分析的基础上进行非线性回归拟合获取数控加工能耗模型,并对得到的能效模型可靠性进行了验证;最后分析了工艺参数对能效和时间的影响规律。然后,建立了以比能最小和加工时间最短为优化目标的工艺参数优化模型;然后基于禁忌算法对所建模型进行了优化求解,并以典型数控车削和数控铣削加工工艺进了参数优化,对两种加工工艺下的优化结果以及物料去除率对能效和时间的影响规律进行了分析。再次,基于提出的面向能效的数控加工系统工艺参数优化模型与方法,开发了数控加工工艺参数优化支持系统。阐述了支持系统的总体框架及工作流程、主要功能模块。最后,将数控加工工艺参数能效优化支持系统在机械加工车间进行应用实施。对支持系统的车间应用实施的环境及所需配置进行了阐述。以车间典型数控加工工艺为案例进行了应用实施,并对系统车间应用实施后的能效提升数据进行了对比分析,验证了系统的实用性和可靠性。
【关键词】:数控加工 工艺参数 能量效率 多目标优化 支持系统
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG659
【目录】:
  • 中文摘要3-4
  • 英文摘要4-9
  • 1 绪论9-17
  • 1.1 论文的选题背景及意义9-10
  • 1.1.1 论文的选题背景9-10
  • 1.1.2 论文的选题意义10
  • 1.2 国内外研究现状10-14
  • 1.2.1 数控加工能效研究现状10-12
  • 1.2.2 数控加工工艺参数优化研究现状12-14
  • 1.3 论文的研究目的意义及项目来源14-15
  • 1.3.1 论文的研究目的14
  • 1.3.2 论文的研究意义14-15
  • 1.3.3 论文项目来源15
  • 1.4 论文的主要研究内容15-16
  • 1.5 本章小结16-17
  • 2 数控加工过程能耗的特性分析17-27
  • 2.1 数控加工过程能耗特性分析及能效函数建立17-22
  • 2.1.1 数控加工过程的能耗构成特性17-19
  • 2.1.2 数控加工系统的能耗时段特性19-21
  • 2.1.3 数控加工过程能效函数建立21-22
  • 2.2 数控加工工艺参数能耗的影响规律实验研究22-25
  • 2.2.1 各工艺参数对能耗影响规律22-23
  • 2.2.2 物料去除率对能耗影响规律23-25
  • 2.3 本章小结25-27
  • 3 基于能耗模型拟合的工艺参数对能效的影响规律研究27-47
  • 3.1 数控加工能耗模型的相关系数实验拟合及可靠性验证27-38
  • 3.1.1 实验设备及方法27-29
  • 3.1.2 空载功率系数拟合29-33
  • 3.1.3 切削功率及附加载荷功率系数拟合33-36
  • 3.1.4 验证模型的可靠性36-38
  • 3.2 工艺参数对能效和时间的影响规律分析38-45
  • 3.2.1 工艺参数对能效的影响规律分析38-41
  • 3.2.2 工艺参数对时间的影响规律分析41-45
  • 3.3 本章小结45-47
  • 4 面向能效的数控加工工艺参数多目标优化模型与方法47-59
  • 4.1 建立面向能效的数控加工多目标优化模型47-49
  • 4.1.1 优化变量确定47
  • 4.1.2 优化目标函数建立47-48
  • 4.1.3 约束条件48-49
  • 4.2 基于禁忌算法的优化模型求解49-53
  • 4.2.1 禁忌算法简介49
  • 4.2.2 基于禁忌算法的多目标优化模型求解49-53
  • 4.3 应用案例53-58
  • 4.3.1 实验条件53
  • 4.3.2 车削工艺参数优化及结果分析53-55
  • 4.3.3 铣削工艺参数优化及结果分析55-56
  • 4.3.4 MRR对能效和时间的影响规律分析56-58
  • 4.4 本章小结58-59
  • 5 数控加工工艺参数能效优化支持系统59-69
  • 5.1 数控加工工艺参数能效优化支持系统总体框架及工作流程59-61
  • 5.1.1 系统总体框架59-60
  • 5.1.2 系统工作流程以及功能模块60-61
  • 5.2 数控加工工艺参数能效优化支持系统数据库以及功能界面61-68
  • 5.2.1 系统的数据库62-64
  • 5.2.2 系统功能界面开发与实现64-68
  • 5.3 本章小结68-69
  • 6 数控加工工艺参数优化支持系统车间应用实施69-75
  • 6.1 系统应用环境及配置69-71
  • 6.1.1 系统硬件69-70
  • 6.1.2 系统网络架构70-71
  • 6.2 车间典型加工工艺的工艺参数优化系统应用实施71-74
  • 6.2.1 应用案例71
  • 6.2.2 加工工艺信息分析71-72
  • 6.2.3 系统车间应用实施能效提升数据分析72-74
  • 6.3 本章小结74-75
  • 7 结论与展望75-77
  • 致谢77-79
  • 参考文献79-83
  • 附录83
  • A 作者在攻读硕士学位期间发表或录用的论文83
  • B 作者在攻读硕士学位期间获得授权或申请的发明专利及软件著作权83
  • C 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目83
  • D 作者在攻读硕士学位期间所获奖励83

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