面向能耗的數(shù)控加工刀具直徑及工藝參數(shù)集成優(yōu)化模型與方法研究.pdf

1、面對日益嚴峻的資源消耗和碳排放問題，以低能耗、高能效為核心的“低碳經(jīng)濟”制造模式正逐步興起。針對我國機械制造業(yè)高能耗、低能效的特點，分析數(shù)控加工過程中的機床能耗特性，研究降低機床能耗、提高機床能效的方法是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。而在實際加工中，刀具直徑及工藝參數(shù)不僅影響成本、時間以及加工質(zhì)量等指標(biāo)，還與能耗問題緊密相關(guān)。本論文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題“機床產(chǎn)品機械加工制造系統(tǒng)能效優(yōu)化提升技術(shù)及應(yīng)用”(編號：201

2、4AA041506)和國家自然科學(xué)基金面上項目“面向廣義能量效率的數(shù)控加工工藝規(guī)劃理論與方法研究”(編號：51475059)的資助下，對面向能耗的數(shù)控加工刀具直徑及工藝參數(shù)集成優(yōu)化選擇模型和方法進行了研究，可為我國機械制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)節(jié)能減排提供理論參考，具有重要的研究意義。
　　首先，研究了面向能耗的單刀具平面數(shù)控銑削加工刀具直徑及工藝參數(shù)集成優(yōu)化問題。詳細分析了單刀具平面數(shù)控銑削加工過程的能耗構(gòu)成特性；以刀具直徑及工藝

3、參數(shù)為優(yōu)化變量，建立了以能耗和時間最小為優(yōu)化目標(biāo)的平面數(shù)控銑削刀具直徑及工藝參數(shù)多目標(biāo)集成優(yōu)化模型；并提出一種基于多目標(biāo)粒子群算法的模型求解方法。
　　其次，研究了面向能耗的多刀具2.5D型腔數(shù)控銑削加工刀具組合的優(yōu)化選擇問題。系統(tǒng)地分析了刀具組合與2.5D型腔數(shù)控銑削加工過程能耗的映射關(guān)系，揭示刀具直徑和刀具可行域?qū)庸つ芎牡挠绊?；建立了以能耗和成本最小為?yōu)化目標(biāo)的型腔數(shù)控銑削加工刀具組合多目標(biāo)優(yōu)化模型；并提出一種基于有向圖和D

4、ijkstra算法的刀具組合優(yōu)化求解方法。
　　再次，研究了面向能耗的多刀具孔加工刀具直徑及工藝參數(shù)集成優(yōu)化問題。分析了先鉆后銑的多刀具孔加工過程的能耗特性；建立了以鉆頭和銑刀直徑及其工藝參數(shù)為優(yōu)化變量，以能耗和時間最小為優(yōu)化目標(biāo)的多刀具孔加工刀具直徑及工藝參數(shù)多目標(biāo)集成優(yōu)化模型；并采用多目標(biāo)粒子群算法求解優(yōu)化模型。
　　最后，通過實際加工案例對論文提出的單刀具平面加工、多刀具2.5D型腔加工以及多刀具孔加工刀具直徑及工藝參