制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。而制造業(yè)已成為我國整個工業(yè)領(lǐng)域能源消耗、物料消耗與碳排放激增的主要源頭,其綠色化、智能化勢在必行。機(jī)床是制造業(yè)的主要碳耗設(shè)備之一,數(shù)控機(jī)床在機(jī)床中所占比重日益上升,由數(shù)控機(jī)床、工件、刀具及各種輔助設(shè)施組成的數(shù)控加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局、控制系統(tǒng)日益復(fù)雜、輔助功能系統(tǒng)增多,造成其碳耗特性復(fù)雜多變、影響因素眾多,存在較大的節(jié)能減排空間。另外,用戶個性化、定制化需求增多,多品種小批量生產(chǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)重要的生產(chǎn)方式,品種多、批量小,需要頻繁應(yīng)對新加工工藝參數(shù)決策與優(yōu)化問題,單純依靠人工經(jīng)驗無法獲得滿意的加工效果,相比其他生產(chǎn)模式,更需要加工工藝參數(shù)優(yōu)化方法的支撐;加工過程會產(chǎn)生較多歷史加工樣本,如何有效利用已有數(shù)據(jù)獲取合理的加工工藝參數(shù),是亟待解決的問題。因此,本文在國家自然科學(xué)基金面上項目“現(xiàn)代數(shù)控加工系統(tǒng)碳耗特性及其低碳運(yùn)行支持技術(shù)研究”(51575071)及國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃課題“制齒機(jī)床智能化關(guān)鍵技術(shù)及智能滾齒機(jī)”(2012AA041306)的資助下,對更適合應(yīng)用于多品種小批量生產(chǎn)模式的數(shù)控加工工藝參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行了深入研究。首先,詳細(xì)分析了數(shù)控加工系... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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007-2015年相關(guān)行業(yè)能源消費(fèi)總量

圖 2.1 數(shù)控加工系統(tǒng)碳耗邊界模型Fig.2.1 The carbon consumption boundary model of NC machining system從碳耗流的角度，產(chǎn)生碳耗的環(huán)節(jié)有：能源生產(chǎn)、原材料制備、液/氣制廢棄物處理。零件加工、質(zhì)量檢驗階段不產(chǎn)生直接碳耗，但零件加工、質(zhì)量階段需要大量電能，間接引起碳耗[29]。從物料流的角度，物料是機(jī)械加工的是加工、質(zhì)檢的對象，從自然資源到原材料，再到合格零件或報廢零件，同生了廢料、廢液等。從能源流的角度，能源是物料流的動力源，它給原材料液/氣制備、零件加工、質(zhì)量檢驗、廢棄物處理等提供能源，沒有能源，物料流動、碳耗不會產(chǎn)生、數(shù)控加工無法運(yùn)行。從輸入輸出的角度，物料流、能的輸入形成了碳耗流的輸出，對外界環(huán)境造成直接影響。其中，物料流中的料與輔助材料經(jīng)過數(shù)控加工過程轉(zhuǎn)化為合格零件、報廢零件、廢料及廢液，流中一次、二次能源則主要以氣體廢棄物排放及能量耗散的形式輸出。碳耗合格零件共同體現(xiàn)了物料、能源流的轉(zhuǎn)換形式。物料流、能源流和碳耗流三

圖 2.3 某工序的機(jī)床輸入功率變化圖Fig.2.3 The input power’s change diagram in small batch machining for some process文獻(xiàn)[29-33,66,68]對加工系統(tǒng)碳耗定量計算做了一定研究，并在車削、銑削、鉆削、滾削等領(lǐng)域上做了相應(yīng)案例計算，本節(jié)結(jié)合相應(yīng)計算方法，從電能消耗、原材料、刀具、切削液、潤滑油、廢屑、廢棄刀具、廢棄切削液、廢棄潤滑油九個角度計算碳耗，考慮加工參數(shù)計算、數(shù)控編程、工件安裝、刀具安裝、主軸啟動、刀具空切、切削加工、工件拆卸、刀具拆卸、質(zhì)量檢驗等過程，并非每個工件加工都有這些過程，引入判斷機(jī)制，給出數(shù)控加工系統(tǒng)碳耗定量計算方法。數(shù)控加工系統(tǒng)的總碳耗totalCE 有能源碳energyCE 、物料碳materialCE 、廢棄物碳wasteCE 三者相加得到，total energy material wasteCE CE CE CE(2.1)①能源碳energyCE電能推動著整個數(shù)控機(jī)床運(yùn)行，是數(shù)控加工系統(tǒng)碳耗的主要來源，表示為energy e maCE CEF EC(2.2)


本文編號：2900608