面向高效节能的数控滚齿加工工艺参数优化方法研究及应用.pdf

中文摘要 摘 要 作为 《中国制造2025》计划五大工程之一的 “绿色发展工程”对机械加工行 业生产高效节能提出越来越高的要求，提出传统的高能耗、高排放规模的制造业 必须向低能耗、低排放的 “绿色制造”转型，并特别提出提高能源利用率。齿轮 是工业生产中基础的传动零件之一，需求量日益增大，而滚齿切削作为机械制造 业中使用最为广泛的齿轮加工方式，在创造巨大财富的同时也消耗了大量能源。 针对我国滚齿制造过程高能耗和低效率的现状，研究如何降低数控滚齿机床能耗 的重要规律和提高机床效率的方法是机械装备制造业可持续发展的必然选择。 本论文在国家重要研发计划课题 “离散及流程行业制造/生产过程能效检测与 评估关键技术标准研究”(2017YFF0207903)和工信部绿色制造系统集成项目 “金 属切削机床绿色设计平台建设与集成示范”(编号 的资助下，对面向高 效节能的数控滚齿加工工艺参数优化方法及支持系统进行了研究，可为我国齿轮 制造企业的节能减排以及提高数控滚齿加工效率提供理论参考。因此，具有重要 的研究意义。 首先，系统地分析数控滚齿加工过程的能耗时段特性，基于分析数控滚齿加 工时段特性构建数控滚齿加工能耗函数；然后，在能耗特性分析的基础上进行非 线性回归拟合获取数控加工能耗模型，并对得到的能效模型可靠性进行了验证。 其次，以数控滚齿加工能耗最低和加工时间最短为优化目标，建立了数控滚 齿加工工艺参数优化模型；基于 ICA 算法对所建模型进行了优化求解，并以典型 数控滚齿加工工艺进了参数优化，对优化结果中工艺参数对能耗和时间的影响规 律进行了分析。 然后，基于提出的面向高效节能的数控滚齿加工工艺参数优化模型与方法， 开发了数控滚齿加工工艺参数优化支持系统，并与西门子840Dsl 数控系统集成。 阐述了支持系统的总体框架、工作流程及主要功能模块。 最后，将数控滚齿加工工艺参数能耗优化支持系统在滚齿加工车间进行应用 实施。对支持系统的车间应用实施的环境及所需配置进行了阐述。以滚齿车间典 型数控滚齿加工工艺为案例进行了应用实施，验证了系统的实用性和可靠性。 关键词：数控滚齿；工艺参数；高效节能；多目标优化；支持系统 I 英文摘要 Abstract As one of the five major projects of Made-in-China 2025, the Green Development Project demands higher and higher efficiency and energy saving in the production of mechanical processing industry. It clearly requires the manufacturing industry to change from the extensive mode of large consumption of resources and energy, high emission of pollutants to green manufacturing, and especially puts forward the idea of improving energy efficiency. Gear is one of the basic transmission parts in industrial production, and the demand is increasing. Hobbing as the most widely used gear processing method in mechanical manufacturing industry, creates huge wealth and consumes a lot of