【摘要】：機床作為裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)單元,量大面廣,耗能巨大。隨著環(huán)境和能源問題的日益嚴(yán)峻,機床能耗問題受到了國際社會的廣泛關(guān)注。針對數(shù)控機床高能耗、低能量效率的特點,分析數(shù)控機床能耗特性、探尋數(shù)控機床節(jié)能優(yōu)化方法對于我國實現(xiàn)綠色制造具有重要意義。機床能耗過程的評估和分析是機床節(jié)能優(yōu)化研究的基礎(chǔ),為此,本文首先建立了數(shù)控機床的能耗模型,然后對機床的能量效率以及切削參數(shù)的節(jié)能優(yōu)化開展了研究,具體內(nèi)容概況如下。根據(jù)數(shù)控機床各能耗部件的特性及與加工過程的關(guān)聯(lián)性,將數(shù)控機床整機能耗分解為四大部分：主傳動系統(tǒng)空載能耗、進給系統(tǒng)空載能耗、輔助系統(tǒng)能耗、切削能耗(包括刀刃去除材料能耗和附加載荷損耗)。根據(jù)耗能機理和實驗統(tǒng)計規(guī)律分別對四大部分進行建模,進而建立機床整機一般能耗模型。在一臺立式加工中心上開展相關(guān)能耗實驗,系統(tǒng)分析研究了該機床的能耗特性及規(guī)律,初步驗證了能耗模型的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。為了探究數(shù)控機床能量效率與切削參數(shù)的關(guān)系,開展了銑削45鋼的單因素實驗和雙因素實驗,研究在改變單個或兩個切削參數(shù)的情況下機床能量效率的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：增大切削參數(shù)中的任一參數(shù)均有利于提高機床生產(chǎn)率和機床能量效率；當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度較小時,從機床節(jié)能角度考慮,優(yōu)先選取大的銑削速度、每齒進給量和側(cè)吃刀量；當(dāng)工件材料去除率保持不變且機床主軸轉(zhuǎn)速小于主傳動系統(tǒng)空載功率的最大值點時,選擇減小銑削速度而增大每齒進給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量中的任一參數(shù)均有利于降低機床加工比能；當(dāng)工件材料去除率保持不變時,改變每齒進給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量中的任意兩個參數(shù)對機床加工比能影響作用大致相同,結(jié)合工藝系統(tǒng)剛度、強度方面影響,優(yōu)先選擇增大每齒進給量或側(cè)吃刀量而減小背吃刀量；為降低機床能耗,應(yīng)盡量避免機床主軸在主傳動系統(tǒng)空載功率的最大值點附近運轉(zhuǎn)。以數(shù)控銑削加工的切削參數(shù)為優(yōu)化變量,建立了面向高效節(jié)能的數(shù)控銑削切削參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；然后基于帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)運用MATLAB語言編程對優(yōu)化模型進行求解；最后通過優(yōu)化案例研究初步驗證了優(yōu)化模型的可行性和有效性。優(yōu)化案例結(jié)果表明：在滿足加工要求和約束條件的情況下,采用大的每齒進給量,有利于在提高機床生產(chǎn)率的同時降低機床能耗；切削參數(shù)優(yōu)化值比經(jīng)驗值計算得到的結(jié)果在工件材料去除率目標(biāo)和機床能耗目標(biāo)均有較大改善,該優(yōu)化方法能為面向高效節(jié)能的機床切削參數(shù)優(yōu)化選擇提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

【參考文獻】

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本文編號：2537879