面向加工特征的工件制造过程能耗预测方法

在工件的制造过程中,具有多个特征的工件在加工时,其加工特征的能耗属性不同,为了研究在工件不同的加工特征对能耗的影响,创建了面向加工特征的工件制造过程能耗预测模型。首先,将工件看成单个加工特征的集合体,其次对工件特征切削功率的分析,创建有关切削功率的能耗数学模型;然后采用GM(1,1)模型完成工件加工时其切削功率的灰色建模,实现整个工件能耗的预测过程,最后通过对冲床顶支座的加工过程为例,说明了该模型的准确性。     

面向低碳的工艺规划与车间调度集成优化

为更好地减少制造过程中的碳排放,弥补将工艺规划与车间调度分开碳排放优化时忽略了工艺规划方案中加工方法和工艺路线对调度阶段各工序加工机床分配方案、搬运距离以及工件加工顺序的影响,提出一个集成优化工件各特征加工方法、工艺路线、工件加工顺序以及各工序的机床分配,以实现制造过程碳排放和最大完工时间最小的多目标集成优化模型;针对集成优化模型中优化参数较多且相互影响的特性,提出一种前后相关联的四段式编码方法,采用NSGA-II算法求解,通过将所得的集成优化结果与先进行面向低碳的单目标工艺规划优化,再进行面向低碳的多目标车间调度分开优化结果进行对比,说明提出的集成优化模型可以得到更低的制造过程碳排放和完工时间,从而验证了集成优化模型的有效性。     

基于制造资源能力的装夹工艺分层设计技术

为发展创成式的计算机辅助工艺设计,研究了计算机辅助工艺设计系统中工件装夹规划的自动生成算法.基于扩展有向图,建立了零件的公差信息和基准-加工特征关系的数学表示模型,基于公差分析和制造资源能力模型,建立了从单件层到多件层的工件装夹工艺生产算法.该数学模型和算法可自动识别工件的加工特征、装夹基准,并根据制造资源能力和公差分析对装夹进行优化分组,实现装夹分组对工件加工精度的影响最小化,进而生成装夹规程.最后以实例证明了该方法的可行性.     

面向能耗的多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型

合理的调度方案能有效降低柔性作业车间总能耗。针对柔性作业车间中加工工件种类多、单批工件数量大、加工工艺路线柔性大等问题,研究一种面向能耗的多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型。分析柔性作业车间中工件加工过程能耗特性,以车间总能耗最低和完工时间最小为优化目标建立了多工艺路线柔性作业车间分批优化调度模型,并采用多目标模拟退火算法对模型进行优化求解。通过算法优化得到的调度方案与经验调度方案的对比分析,验证了该模型的有效性和实用性。     

面向工艺设计的制造过程建模

基于工艺设计对产品制造成本、质量和效率的重要影响,提出了一种基于工艺设计的制造过程建模方法,以通过对过程模型的仿真,预测、分析和优化工艺设计效果。基于对制造过程的特征分析,采用面向对象的方法,首先将制造过程定义为一组成对象,并划分为制造活动、过程控制和制造资源3类成分对象,建立了制造过程类结构模型和动态过程模型。分别定义了工序类、制造资源类和过程控制类的类结构模型,以及各类对象的方法和属性。基于这些模型开发了一种计算机辅助工艺设计系统,可快速、自动地构建工艺设计定义的制造过程模型,并对过程参数（成本、时间）、切削加工、工件物流进行计算和仿真。     

基于特征事件的数控电火花线切割加工工艺过程建模及能耗计算

为了科学准确地分析数控电火花线切割加工工艺过程的电能消耗情况,实现对线切割加工工艺过程的准确描述,提出一种基于特征事件的数控电火花线切割加工工艺过程建模方法。根据数控电火花线切割加工工艺过程特性,将加工工艺过程分解为5类典型事件和4类典型特征;结合正常加工时的运动特性,总结了正常加工时的9种基本事件和14种基本特征,并从NC代码中提取工艺过程的事件及能耗特征,实现了对加工工艺过程的建模。在该模型基础上,利用特征事件实现了数控电火花线切割加工工艺过程的能耗计算,为后续优化数控电火花线切割加工工艺奠定了理论基础。结合某典型凸模零件电火花线切割加工工艺过程进行验证,估算了该零件的加工工艺过程能耗。     

虚拟制造中的工件建模和描述

虚拟制造是当前科技界和企业界研究的热点课题之一。本文通过对工件成型过程的分析,建立了可应用于虚拟制造的、反映加工质量的工件模型－刀具轨迹表示法,并根据此模型建立了工件车削加工表面的几何拓扑仿真模型,并在虚拟车削与虚拟测量一体化单元中获得了应用。     

非圆磨削加工过程中磨削能耗建模与分析

非圆磨削加工过程的磨削能耗研究对实现曲轴、凸轮轴等复杂轴类零件大批量生产的低碳制造具有重要意义。分析异形零件非圆磨削运动特点,建立异形零件非圆磨削加工过程中的磨削力经验模型,并结合零件的受力情况,构建非圆磨削中工件所受扭矩以及磨削能耗的计算模型。通过仿真分析发现,在扭矩计算模型的参数中切向与法向磨削力比值?对其计算结果影响较大。为此在模型参数辨识中,提出以扭矩计算值和实测值对应各点间及峰峰值间相对误差为目标函数构造关于参数?的多目标约束优化问题,通过求解该优化问题得到最优的参数?。试验证明该方法能有效提高扭矩模型在实际应用中的可信度。以RV减速器偏心轴非圆磨削过程中的磨削能耗为例,利用提出的能耗计算模型,分析了不同磨削参数和磨除率对非圆磨削过程磨削能耗的影响,指导了非圆磨削低能耗加工参数的选取,为进一步优化非圆磨削加工能效提供了基础。     

圆柱齿轮滚切多刃断续切削空间成形模型及应用

滚切加工作为当前圆柱齿轮制造应用最为广泛的工艺具有高效但成形过程复杂的特点。基于展成原理,由规则分布在滚刀基本蜗杆螺旋面上的一系列切削刃相继从圆柱齿坯上切除材料,最终包络形成渐开线齿面。研究其成形原理可以为提升该工艺性能提供有效指导。针对齿轮滚切工艺过程多刃切削成形特征,建立圆柱齿轮滚切的空间成形模型。基于滚刀几何结构参数的理论约束关系,建立滚刀切削刃序列的参数方程;根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定滚切过程中滚刀与工件的空间位置和运动关系,并基于空间运动学方法推导求得滚刀刀刃序列形成的空间成形曲面参数模型;采用离散数值方法获得滚切过程中的切屑几何形态及切屑厚度,并根据切屑几何计算各刀刃去除材料时的瞬时主切削力。该模型可以为滚切工艺参数优化、滚刀几何设计等研究提供支撑。     

基于加工要素的切削工艺优化方法研究

机械加工过程中,同一工件有不同的加工工艺路线,但在多种路线中存在一条最优工艺路线,能耗最低或材耗最少或排放最小。而计算分析过程中能耗、材耗及排放的量化一直是个难题,论文提出以加工要素为量化基准,研究了基于加工要素的切削工艺路线优化方法,并通过简单实例对该方法进行了应用说明。     

车削刀具几何参数低碳优化建模与求解

为了实现车削加工过程的低碳化并提高加工质量,在分析车削加工过程中能耗特征及切削温度与刀具几何参数之间关系的基础上,以刀具前角和主偏角为优化变量,考虑加工过程机床设备和加工质量等约束,建立了车削加工刀具几何参数低碳优化模型;针对所建模型,提出一种基于改进的自适应遗传算法的优化求解方法。实例分析表明,以低碳排放为优化目标、以切削温度为约束条件优化车削刀具几何参数,可使碳排放和切削温度比原刀具参数分别降低12%和17%。所建模型和方法可为制造企业优化选择刀具几何参数降低碳排放提供理论方法支持。     

机械制造过程能耗评估模型及其在工艺规划中的应用

机械制造业是我国能源消耗和二氧化碳排放的重要源头。以齿轮加工为例分析了典型机械产品机械制造工艺流程,指出制造过程全过程包括能源制造阶段、辅助材料制造阶段,原材料制造阶段,产品制造阶段,将机加工工艺能耗分为直接能耗及间接能耗两大类,直接能耗指用于实现零件的切削加工能耗,间接能耗指物料能耗,是指在生产原材料及辅助物料的过程中产生的能耗,并建立了相应的估算模型。结合两个案例分析说明了将工艺能耗引入作为工艺规划又一目标,对加工方法及加工顺序选择的影响。     

基于费效模型的单元重构及优化

制造系统的合理单元构建、单元间布局可以有效的提高制造系统的生产效率、缩短生产准备时间以及缩短交付期。本文研究多制造单元构成的制造系统在多工艺、多加工路径条件总费用最小化问题。首先采用自适应遗传算法的算子设计,对制作单元数及工件数进行有效编码;其次运用精英保留策略对以编码的多个制造单元进行优化重组,减少工件的跨单元次数,使其加工和运输成本达到最优;最后应用模拟算例,验证模型和算法的有效性。     

基于BP网络的产品质量预测-控制模型的研究

针对产品质量控制延后问题,对影响工件精度的加工参数进行分析,提出了一种基于BP网络的产品质量预测-控制模型。该模型可以提前预测出加工后的工件误差,能在超差时合理调整刀具进给量并最终保证工件误差处于规定的范围之内,为提高产品质量、优化加工工艺提供了有力保障。最后,结合具体实例证明了该预测-控制模型的有效性和实用性。     

基于禁忌制造特征动态调整的STEP-NC工艺路线蚁群优化方法

针对STEP-NC制造特征的加工工艺路线生成与优化问题,提出了一种以机床、夹具及刀具更换率最低为目标函数的禁忌制造特征动态更新的工艺路线蚁群优化方法。首先,根据加工工艺对制造特征进行分解,将工艺路线优化问题转化为对制造特征的排序;然后根据制造特征在加工过程中存在的加工遮挡关系以及刚性工艺性约束,提出禁忌制造特征动态更新的工艺路线生成方法;最后将禁忌制造特征动态更新方法与Ant-Cycle模型的蚁群算法相结合,求解制造特征工艺路线的优化问题。实例应用表明,提出的方法能较好解决加工工艺路线优化过程中的刚性约束处理问题。     

面向能耗的多刀具孔加工刀具直径及工艺参数集成优化模型

刀具直径和工艺参数对机床加工能耗影响显著。与单独优化刀具直径或单独优化工艺参数相比,开展刀具直径及工艺参数集成优化能进一步降低机床加工能耗。为实现面向低能耗的多刀具孔加工过程中刀具直径及工艺参数集成优化,首先,系统地分析了多刀具孔加工过程的加工时间和加工能耗;然后,建立以刀具直径和工艺参数为优化变量,以最小加工能耗和加工时间为优化目标的多刀具孔加工多目标集成优化模型,并采用粒子群算法对模型进行优化求解;最后,基于实际案例分析了刀具直径及工艺参数集成优化的必要性,并通过对比分析,验证了该模型的有效性和实用性。     

基于同步建模的工艺设计

为了解决零件制造过程中二维工序图与三维设计模型不相关的问题,提出了基于三维模型的工艺设计方法。首先提取三维设计模型的设计特征,将其与加工方法相关联,并映射为加工特征,再根据工艺知识对加工特征合并、聚类和排序,生成工艺过程路线,然后以该工艺路线的逆过程为导向,采用同步建模技术依次构建工序模型,通过加工余量和加工特征与工序模型相关联,直至生成毛坯模型。以电机轴零件为例,快速、准确地建立三维工序模型,实现了三维工艺建模的自动化。     

基于质量流模型的关联多工序制造过程加工质量研究

为了提升智能车间工件加工质量的合格率,考虑到相邻工序间的加工质量传递的影响,提出一种基于质量流模型的关联多工序制造过程加工质量分析模型。根据工件加工流程建立多工序制造过程质量流模型,识别出影响制造过程质量的瓶颈工序;根据制造过程参数提出了加工质量修改建议;通过某智能车间零部件工作缸的生产过程进行验证,由该模型计算出的工件加工合格率与历史数据相比,相对误差为0.35%。实验表明,该模型可以反映实际生产制造的过程,验证了模型的实用性。     

基于STEP-NC的数控加工能耗估算方法

为了给低能耗的数控加工提供支持、满足当今低碳制造的需求,提出了一种基于STEP-NC的能耗估算方法。将数控机床按照其组件耗能性质的不同分为基本能耗组件、选择能耗组件以及运动能耗组件。以STEPNC的工步为研究对象,将其执行过程分为特征加工辅助、接近制造特征、特征加工以及远离制造特征4个状态,在对机床组件分类的基础上,给出了每种状态的能耗计算方法,依次相加便可得到单个工步的耗能,进一步即可计算出工件的加工能耗。基于此方法开发了能耗估算软件,通过一个零件的STEP-NC文件进行了测试,结果表明该方法可用于数控加工的能耗估算,并具有一定的实用性。     

作业车间碳排放动态特性及二阶优化调度模型

为了降低加工作业运行时间的能耗、物耗和排放,以设备运行过程中的能耗为主要碳排放因素,基于碳流率的概念,用改进甘特图表征了工件全加工链的碳排放特性。将作业车间排产划分为设备选择和作业顺序规划两个阶段进行碳排放效率优化调度,建立了一种二阶低碳优化调度模型。该模型通过优化组合设备—工件功率匹配关系,提高设备能效,缩短非加工设备等待空载运行时间,提高车间综合能效。以某机加工作业车间为例,分析并验证了优化模型的可行性。