發(fā)布時(shí)間：2020-09-23 09:15

　　 機(jī)械制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。目前我國機(jī)械制造業(yè)普遍存在能耗高、效率低等問題,是國家實(shí)施節(jié)能減排、綠色環(huán)保等重大戰(zhàn)略的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的能耗主體,其能量源多、能耗特性和能耗流程復(fù)雜多變,具有很大的節(jié)能優(yōu)化空間。因此,如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的低能耗、高效加工,是一個具有重要研究意義的基礎(chǔ)問題。本論文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于曲面復(fù)雜度的復(fù)雜曲面類零件高效低碳優(yōu)化加工方法與關(guān)鍵技術(shù)”(編號:51405396)和教育部中央高校重點(diǎn)項(xiàng)目“復(fù)雜曲面零部件數(shù)控加工工藝高效低碳優(yōu)化方法研究”(編號:XDJK2014B007)對面向能效的數(shù)控銑削參數(shù)與刀具路徑優(yōu)化模型及方法展開了研究。主要工作如下:首先,分析了數(shù)控機(jī)床的多能量源特性和能耗時(shí)段特性,建立了數(shù)控銑削加工過程能耗模型,包括待機(jī)能耗模型、空切能耗模型、銑削能耗模型及輔助系統(tǒng)能耗模型;在此基礎(chǔ)上,采用非線性回歸擬合等方法對能耗模型中相關(guān)系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)擬合,并通過將實(shí)際加工過程的能耗數(shù)據(jù)與能耗模型理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了所建立能耗模型的精度與可靠性。其次,對數(shù)控銑削參數(shù)能效優(yōu)化問題作了詳細(xì)描述,選取銑削參數(shù)為優(yōu)化變量,以最低銑削功率和最大材料去除率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù);基于灰色關(guān)聯(lián)分析法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重,進(jìn)而建立了面向能效的數(shù)控銑削參數(shù)優(yōu)化模型;再采用線性遞減粒子群算法進(jìn)行了優(yōu)化求解,并對最優(yōu)銑削參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。然后,分析了數(shù)控銑削刀具路徑能效優(yōu)化問題,以加工能耗最小和加工效率最大為目標(biāo),建立了面向能效的數(shù)控銑削刀具路徑優(yōu)化模型;根據(jù)零件網(wǎng)格離散化生成可行刀位點(diǎn),在此基礎(chǔ)上采用改進(jìn)遺傳算法對刀具路徑優(yōu)化模型進(jìn)行求解;分別針對平面銑削和曲面銑削刀具路徑優(yōu)化問題開展了案例應(yīng)用驗(yàn)證,并將刀具路徑的能耗實(shí)測值與理論計(jì)算值進(jìn)行了對比分析。最后,根據(jù)所提出的面向能效的數(shù)控銑削參數(shù)與刀具路徑優(yōu)化模型及方法,利用MATLAB GUI開發(fā)了數(shù)控銑削參數(shù)及刀具路徑能效優(yōu)化支持系統(tǒng),詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的總體框架與功能模塊界面開發(fā),并通過平面銑削和曲面銑削加工案例進(jìn)行了系統(tǒng)測試和應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG547
【部分圖文】：

圖 3-2 銑削加工過程功率曲線與操作時(shí)段劃分圖Fig.3-2 Power curve and operation time division diagram in milling process由圖 3-2 和實(shí)際加工操作可知，完成某一零件或工序的加工任務(wù)，數(shù)控機(jī)床需經(jīng)歷不同的操作時(shí)段，分別為啟動時(shí)段、待機(jī)時(shí)段、主軸啟動時(shí)段、空切時(shí)段、銑削時(shí)段、關(guān)閉時(shí)段以及換刀等外部輔助時(shí)段。其中啟動時(shí)段、主軸啟動時(shí)段及關(guān)閉時(shí)段功率變化幅度較大，但時(shí)間很短，因此所需的能耗很小，故對其暫不考慮。為此本文研究的銑削加工過程可劃分為待機(jī)時(shí)段、空切時(shí)段、銑削時(shí)段及換刀等外部輔助時(shí)段四個部分。1）待機(jī)時(shí)段 Pst。該時(shí)段指數(shù)控機(jī)床啟動后數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、伺服驅(qū)動器、風(fēng)扇等設(shè)備也隨之啟動并逐步趨于穩(wěn)定，主要用于加工操作準(zhǔn)備工作。其功率主要由動力關(guān)聯(lián)類輔助系統(tǒng)功率 Pau-power、變頻器功率 Pinverter、伺服器功率 Pndrives(n=X，Y，Z)組成，即 Pst=Pau-power+Pinverter+ Pndrives。且在穩(wěn)定加工環(huán)境下，待機(jī)時(shí)間 tst取決于操作人員的數(shù)控加工技術(shù)水平，可將其視為常數(shù)，即：( 0)stt C C 為常數(shù),C (3-1)2）空切時(shí)段 Pair�？涨袝r(shí)段包括空走刀過程（未進(jìn)行材料去除，如 G01、G02

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文在實(shí)際加工中，生成的刀具路徑所覆蓋區(qū)域一般要大于待加工零件表面，空走刀路徑；同時(shí)刀具以切削進(jìn)給速度從進(jìn)刀點(diǎn)移動到初始切削位置與移動到退刀點(diǎn)時(shí)也會出現(xiàn)空走刀現(xiàn)象，進(jìn)而構(gòu)成了未進(jìn)行材料去除的空，該過程保持切削進(jìn)給速度運(yùn)行且不會發(fā)生突變，其所需時(shí)間由刀具空走air與切削進(jìn)給速度 vf決定。為此，數(shù)控加工過程中空切時(shí)段所需時(shí)間 tair可表示為：rapid rapidair airairf f-rapid z f-rapid+L L LLtv v f nz v 式中，fz為每齒進(jìn)給量，mm/z；n 為主軸轉(zhuǎn)速，r/min；z 為刀具齒數(shù)。

工作臺主軸機(jī)械臂刀庫圖 3-4 數(shù)控機(jī)床正面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3-4 The front and internal structure of CNC machine too料械加工、汽車制造、模具生產(chǎn)等制造領(lǐng)域中應(yīng)用最本實(shí)驗(yàn)選用耐腐蝕、易涂層、加工性能佳且加工對象，如圖 3-5 所示

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2825137