【摘要】：機(jī)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(jī)床能耗問題受到了國際社會的廣泛關(guān)注。針對數(shù)控機(jī)床高能耗、低能量效率的特點(diǎn),分析數(shù)控機(jī)床能耗特性、探尋數(shù)控機(jī)床節(jié)能優(yōu)化方法對于我國實(shí)現(xiàn)綠色制造具有重要意義。機(jī)床能耗過程的評估和分析是機(jī)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(jī)床的能耗模型,然后對機(jī)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(jī)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(jī)床整機(jī)能耗分解為四大部分：主傳動系統(tǒng)空載能耗、進(jìn)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(jī)理和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律分別對四大部分進(jìn)行建模,進(jìn)而建立機(jī)床整機(jī)一般能耗模型。在一臺立式加工中心上開展相關(guān)能耗實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)分析研究了該機(jī)床的能耗特性及規(guī)律,初步驗(yàn)證了能耗模型的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。為了探究數(shù)控機(jī)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(shí)驗(yàn)和雙因素實(shí)驗(yàn),研究在改變單個或兩個切削參數(shù)的情況下機(jī)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(jī)床生產(chǎn)率和機(jī)床能量效率；當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度較小時,從機(jī)床節(jié)能角度考慮,優(yōu)先選取大的銑削速度、每齒進(jìn)給量和側(cè)吃刀量；當(dāng)工件材料去除率保持不變且機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速小于主傳動系統(tǒng)空載功率的最大值點(diǎn)時,選擇減小銑削速度而增大每齒進(jìn)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(jī)床加工比能；當(dāng)工件材料去除率保持不變時,改變每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量中的任意兩個參數(shù)對機(jī)床加工比能影響作用大致相同,結(jié)合工藝系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度方面影響,優(yōu)先選擇增大每齒進(jìn)給量或側(cè)吃刀量而減小背吃刀量；為降低機(jī)床能耗,應(yīng)盡量避免機(jī)床主軸在主傳動系統(tǒng)空載功率的最大值點(diǎn)附近運(yùn)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(yùn)用MATLAB語言編程對優(yōu)化模型進(jìn)行求解；最后通過優(yōu)化案例研究初步驗(yàn)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(jìn)給量,有利于在提高機(jī)床生產(chǎn)率的同時降低機(jī)床能耗；切削參數(shù)優(yōu)化值比經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算得到的結(jié)果在工件材料去除率目標(biāo)和機(jī)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(jī)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(xiàn)】

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本文編號：2537879