【摘要】：在節(jié)能減排和中國制造2025大背景下,如何減少制造過程中的能耗、碳排放量,已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的重點。機床能耗在機械制造業(yè)能耗中占很大比重,實現(xiàn)綠色高效切削加工對于機床加工來說是降低切削加工能耗和環(huán)境排放、提高加工效率的有效途徑。目前,在綠色制造方面,關(guān)于綠色高效切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化和加工工藝制訂的解決方案還不夠完善,能對制造企業(yè)零部件切削加工工藝既能進行資源環(huán)境屬性綜合分析和綠色度評價,又能實現(xiàn)綠色高效切削加工工藝智能推理優(yōu)化的專家系統(tǒng)軟件較為缺乏,亟待解決。基于此,本文對切削加工過程中的資源環(huán)境屬性評價指標(biāo)體系及其量化方法、綠色度評價和優(yōu)選方法、綠色高效切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化及其智能專家系統(tǒng)進行研究,為典型零部件切削加工提供綠色高效切削加工工藝智能優(yōu)化的指導(dǎo),這對實現(xiàn)裝備制造業(yè)生產(chǎn)加工過程的節(jié)能減排具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。論文建立了機床切削加工工藝的資源環(huán)境屬性分析模型,構(gòu)建了資源環(huán)境屬性數(shù)據(jù)測試采集平臺,建立了機床切削加工過程中的資源環(huán)境屬性綠色度評價指標(biāo)體系,提出了資源環(huán)境屬性綠色度評價指標(biāo)量化的計算方法,提出了采用模糊層次分析法的切削加工過程資源環(huán)境屬性多目標(biāo)綜合評價與優(yōu)選方法,實現(xiàn)了機床切削加工工藝資源環(huán)境屬性綠色度評價及工藝方案優(yōu)選。通過采集的典型零部件切削加工工藝實例數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù),分析了機床切削加工過程中的能量流和各機床組件的能耗組成,建立了機床切削加工能耗模型,對切削加工過程各加工狀態(tài)的能耗進行分析,提出機床切削加工全過程能耗的計算模型,進行了機床切削加工過程功率建模和分析實例;建立了機床切削加工的切削比能模型和能量效率模型;分析了機床切削加工過程中能耗、去除材料、刀具損耗和切削液等所引起的碳排放,建立了各部分的碳排放計算模型。提出了以切削比能最低和加工時間最少為優(yōu)化目標(biāo)的機床切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化方法,建立了高效低耗加工工藝參數(shù)優(yōu)化模型,以滿足機床切削加工的節(jié)能降耗需求,實現(xiàn)機床加工系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化;在高效低耗切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究基礎(chǔ)上,進一步提出高效低耗低碳切削加工工藝多目標(biāo)多工步綜合優(yōu)化方法,實現(xiàn)機床切削加工過程中高效、低耗、低碳的多目標(biāo)綜合優(yōu)化,以滿足機床切削加工過程節(jié)能和低碳制造的需求。結(jié)合優(yōu)化實例對以上兩種切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化方法進行對比分析。提出了采用模糊層次分析法結(jié)合CRITIC算法的綜合實例檢索算法進行相似度計算和相似性判斷,實現(xiàn)了加工工藝集合實例、屬性、主客觀權(quán)重的多維優(yōu)化與智能推理;開發(fā)了綠色高效切削加工工藝智能專家系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括了資源環(huán)境屬性數(shù)據(jù)查詢和綜合評價、綠色高效切削加工工藝智能優(yōu)化等模塊,既能對機床切削加工工藝過程中的資源環(huán)境屬性進行分析及綠色度評價,優(yōu)選出資源環(huán)境屬性綠色度最佳的加工工藝,又能對典型零部件待加工工藝進行智能推理和優(yōu)化,為典型零部件加工提供綠色高效切削加工工藝的智能優(yōu)化指導(dǎo)。以某機床典型零部件頭架主軸待加工工藝為例,采用本系統(tǒng)進行綠色高效切削加工工藝智能優(yōu)化,與原工藝方案相比,其加工能耗降低10.71%,加工時間減少22.45%,碳排放量縮減1.44%。
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG506;X322
【圖文】：

湖南科技大學(xué)博士學(xué)位論文采用機床能耗測試平臺、噪聲測試儀、粗糙度儀、測力儀與粉塵測試儀等設(shè)備儀器在合作企業(yè)和實驗室進行機床切削加工工藝的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)采集。根據(jù)切削力公式與切削功率的關(guān)聯(lián)關(guān)系，搭建由多功能數(shù)字功率計、切削力測試平臺 Kistler9253B、工控機、存儲器、交流電流傳感器等器件組成的機床能耗測試平臺，為機床切削加工能耗實驗數(shù)據(jù)采集提供必要的設(shè)備條件，如圖 2.6 所示；采用噪聲測試儀測量機床在切削加工過程中產(chǎn)生的噪聲，如圖 2.7 所示；采用粉塵測試儀測量加工現(xiàn)場由于鐵屑、切削液等引起的粉塵，如圖 2.8 所示；采用德國馬爾 Mahr 公司生產(chǎn)的 MarSurfM300 表面粗糙度儀測量加工工件的已加工表面粗糙度，如圖 2.9 所示；采用超景深三維顯微系統(tǒng) VHX-500FE檢測刀具磨損情況，估算刀具壽命，如圖 2.10 所示。

噪聲測定儀Fig.2.7Noisemeasuringinstrument

圖 2.8 激光粉塵測試儀Fig. 2.8 Laser dust measuring instrumen圖 2.9 MarSurf M300 表面粗糙度儀arSurf M300 surface roughness measuring

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本文編號：2774907