数控机床切削过程能耗建模及工艺参数优化研究

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全球经济的发展促进了制造业快速发展的同时,也加剧了能源的消耗和环境问题。数控机床是制造业的基础装备,其能耗问题已受到各国的重视。我国是制造大国,数控机床作为我国制造业的基础,应用面广泛,同时作为制造业的能耗载体,能耗高、节能减排空间巨大,对其加工过程的能耗进行研究具有重要的意义。近年,一些传统制造企业为了降低生产成本、提高市场竞争力和顺应整体行业绿色发展趋势,已开始推动生产车间智能化、绿色化改造,以提升自身制造能力和竞争力。因此,本文结合制造型企业,对数控机床能耗进行了相关的研究,可为制造型企业推进绿色制造,降低工业能耗、加工成本以及节能技术和节能装备的研发等提供参考,其主要内容如下:首先根据数控机床切削工作过程和切削原理,对数控机床切削过程的能耗进行分析,将切削过程的能耗分为辅助系统能耗、主传动系统能耗、进给系统能耗、切削能耗和附加载荷能耗,并依据这五类系统能耗机理和相关研究文献,建立各自的能耗模型,进行优劣分析,接着对数控机床切削过程的能耗评价指标进行选取。其次,建立基于高斯过程回归的数控机床切削过程能耗模型,采用差分进化算法对该模型进行优化;通过正交实验,收集相关数据,确定模型的超参数后,与BPNN、传统GPR模型以及实际的能耗值进行对比分析,验证了所建模型的可行性和有效性。然后,根据实际情况,在满足生产条件和加工要求下,以数控机床切削过程能耗、加工成本、加工时间为目标,建立工艺参数多目标优化模型,采用一种改进的动态多种群粒子群优化算法进行求解,使求得的pareto解集具有良好的多样性和收敛性。最后,根据某企业加工产品、生产要求、机床设备和工人技术水平,选取特定数控机床,采集相关数据,求得优化后的工艺参数集,采用模糊综合评价法选取出最优工艺参数,并与经验工艺参数进行对比,验证了本论文所建工艺参数多目标优化模型有效性、可行性的同时,也体现出实际的应用价值。
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