【摘 要】
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随着数控加工技术的不断发展,高速高精加工中心成为数控加工设备的重要组成之一,其先进的高速电主轴系统与直线电机进给系统是高速加工机床的核心系统。根据数控加工中心加工过程中能耗特性,将机床整机能耗划分为高速电主轴系统能耗、进给系统能耗、辅助系统能耗和切削系统能耗,分别建立各系统能耗模型,然后将最小碳排放量、最小切削能耗及最大材料去除率作为目标函数,利用优化算法求解模型。本课题研究的内容具体分为以下几点
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随着数控加工技术的不断发展,高速高精加工中心成为数控加工设备的重要组成之一,其先进的高速电主轴系统与直线电机进给系统是高速加工机床的核心系统。根据数控加工中心加工过程中能耗特性,将机床整机能耗划分为高速电主轴系统能耗、进给系统能耗、辅助系统能耗和切削系统能耗,分别建立各系统能耗模型,然后将最小碳排放量、最小切削能耗及最大材料去除率作为目标函数,利用优化算法求解模型。本课题研究的内容具体分为以下几点详细阐述:（1）根据高速高精加工中心高速电主轴系统的结构原理及能耗构成,将其划分为电磁损耗、机械损耗和附加载荷损耗,推导出高速电主轴系统理论能耗模型,然后根据高速电主轴参数计算出与主轴转速及运行时间相关的数学模型。（2）根据滚珠丝杠和直线电机进给系统的结构原理及能耗构成,通过对导轨摩擦转矩方程、轴承摩擦转矩方程、切削转矩方程和工作台重力转矩方程的推导,建立垂直方向滚珠丝杠进给系统理论能耗模型;通过对直线电机能耗模型和导轨摩擦能耗模型的推导,建立横向和纵向直线电机进给系统理论能耗模型,然后根据相关参数计算出与进给速度及运行时间相关的数学模型。（3）根据高速高精加工中心在运行状态下的能耗构成建立辅助系统能耗模型;从工艺参数的角度出发,建立金属材料切削能耗经验模型,为了确定经验模型的系数,利用金属切削有限元仿真软件设计铣削加工正交实验,将实验所得数据利用函数分析与绘图软件做多元线性回归分析,拟合工艺参数与切削功率之间的关系,结果表明经验模型的拟合效果较好。（4）以高速高精加工中心铣削加工工艺参数为优化变量,以切削能耗、碳排放量和材料去除率为目标函数,建立高速高精加工中心铣削加工工艺参数优化模型,然后利用编程软件编写自适应变异粒子群算法对优化模型进行求解。案例结果分析:将经验解与优化解对比,优化解对切削能耗、碳排放量和材料去除率都有较大改善,在加工中可将最优参数作为参考选择实际工艺参数。
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