一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法专利检索-温室温室和苗圃专利检索查询-专利查询网

一种构建铣削切削参数低 碳优化模型的方法

阅读：1041发布：2020-06-23

专利汇可以提供一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，基于对铣削加工碳排放情况的分析，建立了一个涵盖低碳目标、材料去除率目标、碳效率目标的多目标优化模型，并针对该多目标问题，根据实际加工特征建立了一系列约束条件，以得到最优解，即通过该模型能计算出最优的切削参数组合，以提高数控铣削加工过程的能量利用率，降低铣削加工过程中的碳排放量。因此，本发明能实现加工过程中产生单位碳排放的同时去除更多的材料，这对于产品制造过程的节能减排具有至关重要的作用，有利于提高生产率、减少工业生产中温室气体的排放，改善环境。，下面是一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，其特征在于：基于铣削加工输入和输出特性分析，建立了一个涵盖低碳目标、材料去除率目标、碳效率目标的多目标优化模型，以提高数控铣削加工过程的能量利用率，降低铣削加工过程中的碳排放量，并针对该多目标问题，根据实际加工特征建立了一系列约束条件，以得到最优解，即最佳的切削参数配置，以工步为单元，其模型如下：
min[(Pkz+Pcut+Pfz)·Fe]
3
其中，MRR表示单位时间材料去除率(mm/s)，tis表示切削加工时间(s)，表示铣削加工过程总的碳排放量，ap为切削深度，ae表示切削宽度，n表示主轴转速，z表示铣刀刀齿数，fz表示每齿进给量，Pkz表示机床的空载功率(KW)，Pcut表示切削功率(KW)，Pfz表示附加载荷耗损功率(KW)，Fe表示电能碳排放因子(kgco2e/KW·h)，M为机床扭矩(N·m)，Mmax为机床最大扭矩(N·m)，Fcut表示铣削切削力(N)，η为传动效率，vcmin为最小允许切削速度(m/min)，vcmax为最大允许切削速度(m/min)；Pmax为机床主轴最大功率(KW)，fmin最小允许进给量(mm/r)，fmax最大允许进给量(mm/r)，Ramax表示最大表面粗糙度(μm)，一般粗铣时取6.4μm，rξ表示刀具刀尖圆弧半径(mm)。
2.根据权利要求1所述的构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，其特征在于：所述碳排放目标是指完成该工步加工任务全程产生的总碳排放，包括直接用于切削的切削碳排放、机床闲置碳排放以及机床的附加载荷碳排放。
3.根据权利要求1所述的构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，其特征在于：所述的材料去除率是指利用指定加工方法去除工件余量的快慢。
4.根据权利要求1所述的构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，其特征在于：所述的碳效率是指产生单位碳排放可去除的材料体积。

说明书全文

一种构建铣削切削参数低 碳优化模型的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，属于低碳制造研究技术领域。

背景技术

[0002] 全球气候变暖是当今社会普遍关注的问题，随着工业化的发展，人类大量的使用煤、石油等矿物燃料，导致了大量CO2等温室气体的排放，形成了“温室效应”。中国作为世界第二大经济体，是世界上能源消费最大的国家之一，根据国际能源署的统计资料显示，2013 年我国的CO2排放量高达89.8亿吨，占了世界CO2总排放量的27.9％。根据美国能源情报署(EIA)的统计数据，2010年中国能耗为 112.914×1015千焦，CO2排放为8.38144×
109吨，其中工业能耗占比为71.3％；同比美国的能耗为103.703×1015千焦，CO2排放为
5.6006×109吨，工业能耗占比为30％。可见，我国已成为全球能源消耗及二氧化碳排放大国。环境的恶化及大量化石能源的浪费，使得人类的生存环境面临着前所未有的挑战。

[0003] 我国是典型的制造业大国，机床，工业母机作为制造业的能源消耗主体，被广泛的应用于各行各业的生产制造过程中，直接或间接产生大量碳排放，因此，机床又是机械制造系统碳排放的主体。据相关统计，我国的机床设备大约有800万台，机床拥有量世界排名第一，然而机床能量利用效率却不尽如人意，据相关研究，一台机床在生命周期内的能量利用率平均低于50％，低下的能量利用率为机床的节能减排留下了巨大的研究空间。

[0004] 机械加工业是国民经济的物质基础，也是整个制造业资源消耗与碳排放的主要源头。因此，积极推进机械制造业低碳化进程，是在应对全球气候变化新形势下，我国机械制造业的发展新趋势新挑战。低碳制造的研究已成为新的学术热点并受到国内外学术界的关注，关于工艺过程的能效及碳排放的定量计算、碳排放减量化理论及技术的研究尤为受到关注。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，提供一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，该方法通过该模型能计算出最优的切削参数组合，实现加工过程中产生单位碳排放的同时去除更多的材料，对于产品制造过程能效优化及节能减排都有着至关重要的作用，有利于提高生产效率、减少工业生产中温室气体的排放，改善环境。

[0006] 本发明的技术方案：一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，基于铣削加工输入和输出特性分析，建立了一个涵盖低碳目标、材料去除率目标、碳效率目标的多目标优化模型，以提高数控铣削加工过程的能量利用率，降低铣削加工过程中的碳排放量，并针对该多目标问题，根据实际加工特征建立了一系列约束条件，以得到最优解，即最佳的切削参数配置，以工步为单元，其模型如下：

[0007]

[0008]

[0009] min[(Pkz+Pcut+Pfz)·Fe]

[0010]

[0011] 其中，MRR表示单位时间材料去除率(mm3/s)，tis表示切削加工时间(s)，表示铣削加工过程总的碳排放量，ap为切削深度， ae表示切削宽度，n表示主轴转速，z表示铣刀刀齿数，fz表示每齿进给量，Pkz表示机床的空载功率(KW)，Pcut表示切削功率(KW)， Pfz表示附加载荷耗损功率(KW)，Fe表示电能碳排放因子 (kgco2e/KW·h)，M为机床扭矩(N·m)，Mmax为机床最大扭矩(N·m)，Fcut表示铣削切削力(N)，η为传动效率，vcmin为最小允许切削速度 (m/min)，vcmax为最大允许切削速度(m/min)；Pmax为机床主轴最大功率(KW)，fmin最小允许进给量(mm/r)，fmax最大允许进给量 (mm/r)，Ramax表示最大表面粗糙度(μm)，一般粗铣时取6.4μm， rξ表示刀具刀尖圆弧半径(mm)。

[0012] 进一步，所述碳排放目标是指完成该工步加工任务全程产生的总碳排放，包括直接用于切削的切削碳排放、机床闲置碳排放以及机床的附加载荷碳排放。

[0013] 进一步，所述的材料去除率是指利用指定加工方法去除工件余量的快慢。

[0014] 进一步，所述的碳效率是指产生单位碳排放可去除的材料体积。

[0015] 由于采用了上述技术方案，本发明的优点在于：本方法在传统工艺规划目标基础上引入了碳效率规划目标，与传统工艺规划目标构建了一个多目标函数。本方法中引入了多个约束条件，包括机床扭矩约束、切削功率约束、粗糙度约束、进给量约束以及切削速度约束，为面向低碳切削参数优化求解限定了搜索区间。因此，本发明通过模型能计算出最优的切削参数组合，实现加工过程中产生单位碳排放的同时去除更多的材料，这对于产品制造过程的节能减排具有至关重要的作用，有利于减少工业生产中温室气体的排放，改善环境。

具体实施方式

[0016] 为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0017] 本发明的实施例：一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法，该方法包含了低碳目标、材料去除率目标、碳效率目标的多目标优化模型。

[0018] 碳排放目标利用指定方法求出在加工过程所产生的碳排放，包含了三部分：机床空载运行碳排放、切削碳排放和附加载荷碳排放，空载运行时的碳排放与设备相关参数有关，通过计算获得，切削碳排放和附加载荷碳排放可根据相关文献及数据库查得对应参数后计算获得，总碳排放用Cet表示如下：

[0019]

[0020] 式中kFC、CF表示切削力系数；ap表示轴向切深(mm)，ae表示径向切深(mm)，fz表示每齿进给量(mm/r)，xF、yF、uF、wr、qr分别为相关参数的影响指数，do表示铣刀直径(mm)。

[0021] 材料去除率目标跟刀具参数和相关切削加工参数有关，通过计算获得，材料去除率MRR如下所示：

[0022]

[0023] 碳效率目标跟碳排放及材料去除率目标相关，通过计算获得。

[0024]

[0025] 根据分析，建立了一个涵盖低碳目标、材料去除率目标、碳效率目标的多目标优化模型，通过该模型计算出最优的切削参数组合，以提高数控铣削加工过程的能量利用率，降低铣削加工过程中的碳排放量，并针对该多目标问题，根据实际加工特征建立了一系列约束条件，以得到最优解。以工步为单元，其模型如下：

[0026]

[0027]

[0028] min[(Pkz+Pcut+Pfz)·Fe]

[0029]

[0030] 其中MRR表示单位时间材料去除率(mm3/s)，tis表示切削加工时间(s)，表示铣削加工过程总的碳排放量，ap为切削深度，ae表示切削宽度，n表示主轴转速，z表示铣刀刀齿数，fz表示每齿进给量。Pkz表示机床的空载功率(KW)，Pcut表示切削功率(KW)，Pfz表示附加载荷耗损功率(KW)，Fe表示电能碳排放因子(kgco2e/KW·h)， M为机床扭矩(N·m)，Mmax为机床最大扭矩(N·m)，Fcut表示铣削切削力(N)，η为传动效率，vcmin为最小允许切削速度(m/min)，vcmax为最大允许切削速度(m/min)；Pmax为机床主轴最大功率(KW)，fmin最小允许进给量(mm/r)，fmax最大允许进给量(mm/r)。Ramax表示最大表面粗糙度(μm)，一般粗铣时取6.4μm，rξ表示刀具刀尖圆弧半径(mm)。

标题	发布/更新时间	阅读量
大叶种茶树嫩穗嫁接方法	2020-05-08	542
一种温室自灌溉装置	2020-05-08	641
一种多能互补型干燥设备	2020-05-08	842
低碳烯烃的生产方法	2020-05-11	39
负载型催化剂前体及其制备方法以及低碳烯烃的生产方法	2020-05-11	872
非耕地半地下式日光温室菇棚	2020-05-11	639
一种使用AI光谱的种植温室及种植方法	2020-05-12	18
一种抗菌抗紫外线聚乙烯薄膜及其制备工艺	2020-05-08	989
一种无土栽培温室大棚固定育苗结构	2020-05-08	811
用于温室大棚的组合式育苗结构	2020-05-08	748

一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法

一种构建铣削切削参数低碳优化模型的方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：