面向低碳的車削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、當前，低碳經(jīng)濟已成為世界各國應對碳排放問題的迫切需求。據(jù)國際能源署(International Energy Agency，IEA)調(diào)查表明，制造業(yè)CO2排放量占全球排放量的30％以上，是碳排放的重要來源之一。金屬切削加工是制造業(yè)中使用最廣泛的加工方式，我國機床擁有量已超過800萬臺。車削刀具幾何參數(shù)影響工件的加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本、加工能耗和碳排放，其優(yōu)化選擇對降低制造企業(yè)碳排放具有重要意義。在分析車削加工過程能耗、切削溫度、加

2、工工時與刀具幾何參數(shù)之間相互關系基礎上，本文建立了低碳車削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型，進而提出了一種基于自適應遺傳算法的刀具幾何參數(shù)優(yōu)化求解方法和系統(tǒng)平臺。主要內(nèi)容包括:
　　首先，以對機床切削加工過程具有重要影響的刀具前角和主偏角作為因變量，考慮加工過程電能消耗碳排放、刀具和切削液消耗產(chǎn)生的碳排放，建立了車床切削加工過程碳排放計算模型;給出了刀具幾何參數(shù)選取應遵循的切削溫度、主軸轉(zhuǎn)速、最大切削力和加工質(zhì)量等限制約束函數(shù);進而建立了

3、低碳車削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型，為刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化選擇奠定基礎。
　　其次，針對低碳車削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化模型的特點，給出了基于一種改進的自適應遺傳算法的優(yōu)化求解方法。測試函數(shù)算例分析表明，通過改進自適應遺傳算法的交叉及變異概率計算方式，提高了自適應遺傳算法的求解精度和全局優(yōu)化能力?；谒Ｐ秃颓蠼夥椒ǎM行了刀具幾何參數(shù)工程應用案例求解，并系統(tǒng)分析了切削參數(shù)、刀具材料和工件材料對車削碳排放的影響規(guī)律。案例優(yōu)化分析結(jié)果表明

4、:
　　(1)優(yōu)化后碳排放相對減少11.7％;
　　(2)當其他加工條件一定時，粗加工過程較精加工產(chǎn)生碳排放小;
　　(3)加工45鋼時，高速鋼刀具產(chǎn)生碳排放高于硬質(zhì)合金刀具;
　　(4)被加工材料的含碳量及熱處理方式影響材料的加工性，碳排放隨加工性難度增加而增加。
　　最后，在上述研究的基礎上，利用Matlab開發(fā)了“面向低碳的車削加工刀具幾何參數(shù)優(yōu)化”人機交互界面，為工程中低碳車削過程刀具前角和主偏角的