發(fā)布時間：2018-11-22 10:01

【摘要】：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)境造成嚴重污染。目前,我國機械制造企業(yè)能源利用效率低下的問題十分嚴重,資源消耗所導(dǎo)致的環(huán)境污染也十分嚴重,能源問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展中的戰(zhàn)略問題。制造過程的節(jié)能優(yōu)化是實現(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,促進機械制造企業(yè)提高能源利用效率、減少資源浪費具有重大意義。考慮機床主軸空轉(zhuǎn)能耗,建立了加工過程切削參數(shù)與加工能耗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。通過搭建數(shù)控機床加工過程能耗監(jiān)測平臺,以數(shù)控銑削為例,研究機床在不同加工狀態(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。通過切削實驗及數(shù)據(jù)擬合獲得能耗模型的系數(shù),對能耗模型系數(shù)進行了分析研究,給出了模型系數(shù)的明確含義,便于實驗獲取和實際應(yīng)用。最后,通過銑削實驗對建立的能耗模型的有效性進行了驗證,實現(xiàn)了對加工過程能耗的準確預(yù)測,為后續(xù)考慮能耗的機床及車間加工過程節(jié)能優(yōu)化、環(huán)境影響評價和能耗動態(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)衡的多目標優(yōu)化方法。該方法采用改進的灰色關(guān)聯(lián)分析理論對多目標優(yōu)化問題進行求解,采用切削參數(shù)的改變對優(yōu)化目標的各自綜合影響量化值的比例作為多個目標權(quán)重分配的依據(jù)。最后,通過正交實驗對提出的優(yōu)化方法進行驗證,達到在給定切削參數(shù)范圍進行優(yōu)化以同時提高生產(chǎn)率和表面加工質(zhì)量,并降低加工能耗的目的。同時,基于上述建立的加工過程能耗模型,考慮了切削參數(shù)的變化對加工時間和加工能耗的影響,將單臺機床切削參數(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)度方法進行驗證,為面向可持續(xù)制造的機床及車間節(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準下進行分析評價的問題,本文引入了（火用）的概念用于綜合評價能量和物料流,提出了一種加工過程（火用）損失評價方法�；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、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)境影響評價指標,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驗驗證了加工過程（火用）損失評價方法的可行性和有效性。通過不同切削參數(shù)銑削實驗研究表明,選擇較大的進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提供重要的理論支撐�；谏鲜鼋⒌募庸み^程能耗模型,開發(fā)了數(shù)控加工過程能耗動態(tài)仿真支持系統(tǒng),用于輔助機床操作人員在進行工件加工前,將能耗、加工效率等因素進行綜合考慮,對加工方案做出快速有效的分析決策。設(shè)計了能耗動態(tài)仿真軟件的各個功能模塊,并且分析了各個模塊之間的關(guān)系,給出了仿真軟件的工作流程。最后,通過能耗測試件切削實驗,驗證了能耗動態(tài)仿真軟件的可行性,為加工過程能耗的準確評估提供了有效工具。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

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本文編號：2348960