面向低碳的车削加工刀具几何参数优化研究

发布时间：2017-09-01 15:20

  本文关键词：面向低碳的车削加工刀具几何参数优化研究

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【摘要】：当前,低碳经济已成为世界各国应对碳排放问题的迫切需求。据国际能源署(International Energy Agency, IEA)调查表明,制造业CO2排放量占全球排放量的30%以上,是碳排放的重要来源之一。金属切削加工是制造业中使用最广泛的加工方式,我国机床拥有量已超过800万台。车削刀具几何参数影响工件的加工质量、加工效率、生产成本、加工能耗和碳排放,其优化选择对降低制造企业碳排放具有重要意义。在分析车削加工过程能耗、切削温度、加工工时与刀具几何参数之间相互关系基础上,本文建立了低碳车削加工刀具几何参数优化模型,进而提出了一种基于自适应遗传算法的刀具几何参数优化求解方法和系统平台。主要内容包括：首先,以对机床切削加工过程具有重要影响的刀具前角和主偏角作为因变量,考虑加工过程电能消耗碳排放、刀具和切削液消耗产生的碳排放,建立了车床切削加工过程碳排放计算模型；给出了刀具几何参数选取应遵循的切削温度、主轴转速、最大切削力和加工质量等限制约束函数；进而建立了低碳车削加工刀具几何参数优化模型,为刀具几何参数的优化选择奠定基础。其次,针对低碳车削加工刀具几何参数优化模型的特点,给出了基于一种改进的自适应遗传算法的优化求解方法。测试函数算例分析表明,通过改进自适应遗传算法的交叉及变异概率计算方式,提高了自适应遗传算法的求解精度和全局优化能力。基于所建模型和求解方法,进行了刀具几何参数工程应用案例求解,并系统分析了切削参数、刀具材料和工件材料对车削碳排放的影响规律。案例优化分析结果表明：(1)优化后碳排放相对减少11.7%；(2)当其他加工条件一定时,粗加工过程较精加工产生碳排放小；(3)加工45钢时,高速钢刀具产生碳排放高于硬质合金刀具；(4)被加工材料的含碳量及热处理方式影响材料的加工性,碳排放随加工性难度增加而增加。最后,在上述研究的基础上,利用Matlab开发了“面向低碳的车削加工刀具几何参数优化”人机交互界面,为工程中低碳车削过程刀具前角和主偏角的优化选择提供技术工具支持。本文研究有助于为我国制造企业加工过程选择最优的刀具几何参数降低碳排放,提高市场竞争力,提供理论方法和技术工具支持。
【关键词】：低碳制造 切削加工 刀具几何参数 自适应遗传算法
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG712;TG51
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 论文研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 低碳制造研究现状13-15
• 1.2.2 机床刀具几何参数研究现状15-17
• 1.2.3 遗传算法研究现状17-18
• 1.3 本文研究意义18-19
• 1.4 本文研究内容及组织结构19-20
• 第2章 车削过程刀具几何参数低碳优化建模20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 优化变量确定20-23
• 2.3 机床车削加工碳排放及切削温度数学模型23-35
• 2.3.1 车削加工碳排放数学模型23-29
• 2.3.2 机床加工过程切削温度数学模型29-33
• 2.3.3 机床加工时间数学模型33-35
• 2.4 约束条件35-36
• 2.5 优化模型描述36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 一种改进的自适应遗传算法38-48
• 3.1 引言38-39
• 3.2 自适应遗传算法特性及改进39-43
• 3.2.1 自适应遗传算法特性39-40
• 3.2.2 自适应遗传算法改进40-43
• 3.3 实例计算及结果分析43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 刀具几何参数低碳优化模型求解及分析48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 优化实例验证48-52
• 4.2.1 试验条件48-50
• 4.2.2 优化结果50-52
• 4.3 其他参数对碳排放影响分析52-59
• 4.3.1 切削参数对碳排放的影响52-56
• 4.3.2 刀具材料对碳排放的影响56-57
• 4.3.3 加工材料对碳排放的影响57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 人机交互界面及应用程序60-64
• 5.1 引言60
• 5.2 低碳车削刀具几何参数优化人机交互界面的开发60-62
• 5.2.1 人机交互界面的功能60-62
• 5.2.2 人机交互界面的使用过程62
• 5.3 案例分析62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-72
• 攻读学位期间公开发表论文72-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：772851