一种刀具确定条件下的多目标切削参数优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种刀具确定条件下的多目标切削参数优化方法及系统，建立考虑碳排放的切削参数优化问题的求解流程；然后建立以切削参数为变量的切削加工过程中加工时间、碳排放和加工成本函数；最后建立以碳排放最小和加工成本最低为优化目标的多目标切削参数优化模型，利用改进的基于栅格的多目标粒子群算法对多目标切削参数优化模型进行优化求解。本发明专利技术方法综合考虑了碳排放及加工成本目标，符合企业的实际应用需求，刀具切削参数优化求解过程简单有效、易于实现，多目标粒子群算法中的非均匀变异操作能够有效避免算法陷入局部最优解，保证算法的搜索能力，降低了算法的不稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种刀具确定条件下的多目标切削参数优化方法及系统


[0001]本专利技术属于先进制造及自动化
，具体涉及一种刀具确定条件下的多目标切削参数优化方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，制造业高速发展的同时伴随着高能耗、高排放问题日益突显。国际能源机构(International Energy Agency，IEA)报告指出：全球33％的能源消耗以及38％的CO2排放源于制造业。可见，制造业已成为当今能源消耗和碳排放的主要来源之一。作为加工过程中的重要组成部分，特征加工过程中切削参数的选择对于碳排放有着显著的影响：第一，不同的切削参数会导致特征加工时间的长短有所区别，从而影响物料碳、废弃物碳以及能源碳；第二，不同的切削参数会显著影响机床在加工过程中的功率，特别是主轴旋转功率和切削功率；第三，不同的切削参数会影响刀具的寿命，从而对加工刀具的物料碳和废弃物碳造成影响。同样的，因切削参数改变造成的加工时间、机床加工功率以及刀具寿命变化同样会造成生产成本的对应波动。
[0003]针对多目标优化问题，因为不同的目标之间会发生冲突，无法同时达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具确定条件下的多目标切削参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在刀具规格参数确定的条件下，选用基本切削三要素作为优化变量，当加工方式为铣削时额外添加切削宽度作为优化变量；选择特征加工碳排放最小以及特征加工过程耗费成本最低为优化目标，添加约束条件建立以碳排放最小和加工成本最低为优化目标的多目标切削参数优化模型；S2、确定多目标问题的最优解，设计基于栅格的多目标粒子群算法对多目标切削参数优化模型进行求解，得到碳排放最小和加工成本最低为优化目标下的切削参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，优化变量X具体为：X＝(v,f,a
p
,a
e
)
T
＝(x1,x2,x3,x4)
T
其中，v为切削速度/mm
·
min
‑1；f为进给速度/mm
·
min
‑1；a
p
为切削深度/mm；a
e
为切削宽度/mm；x1,x2,x3,x4为v,f,a
p
,a
e
在计算过程中的别名；T表示转置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，优化目标minF(X)为：其中，f1(X)为碳排放总量，f2(X)为加工成本，CE(X)为碳排放计算函数，C(X)为加工成本函数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，碳排放CE(X)为：其中，t
c
为刀具在特定加工条件下的加工时间；T
t
为刀具在特定加工条件下的刀具寿命；m
t
为刀具的质量；CEF
toolpro
为刀具生产的碳排放因子；M0为切削液初始质量；M
a
为更换周期中补充的切削液质量；CEF
coolant
为生产切削液的碳排放因子；T0为车间切削液更换周期；CEF
elec
为电能排放因子；P
total
为机床消耗总功率；CEF
toolwas
为废弃刀具处理碳排放因子；CEF
coolwas
为废弃切削液处理碳排放因子。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，加工成本函数C(X)为：C(X)＝(C1+C2+C
t
+C
cl
)
×
t
c
其中，C1为单位时间管理成本及设备折旧成本之和；C2为单位时间人力成本；C
t
为加工时间内的刀具成本；C
cl
为加工时间内的切削液成本，t
c
为刀具在特定加工条件下的加工时间。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，约束条件为：
其中：n
min
为主轴允许最低转速；n
max
为主轴允许最高转速；f
min
为机床最小进给速度/；f
max
为机床最大进给速度；a
pmin
为最小切深；a
pmax
为最大切深；P
max
为机床最大功率；η为机床功率效率；F
c
为主切削...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，周光辉，邹永成，元晟泽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：