• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2021, Vol. 57 ›› Issue (1): 217-229.doi: 10.3901/JME.2021.01.217

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考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化方法

李聪波, 余必胜, 肖溱鸽, 孙鑫, 吕岩   

  1. 重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆 400030
  • 收稿日期:2020-01-18 修回日期:2020-04-09 出版日期:2021-01-05 发布日期:2021-02-06
  • 通讯作者: 李聪波(通信作者),男,1981年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为绿色制造。E-mail:congboli@cqu.edu.cn
  • 作者简介:余必胜,男,1994年出生,硕士研究生。主要研究方向为绿色制造。E-mail:yubisheng@cqu.edu.cn;肖溱鸽,女,1991年出生,博士研究生。主要研究方向为绿色制造。E-mail:qgxiao@cqu.edu.cn;孙鑫,男,1997年出生,硕士研究生。主要研究方向为绿色制造。E-mail:sunxin1997@cqu.edu.cn;吕岩,男,1992年出生,博士研究生。主要研究方向为绿色制造。E-mail:yanlv@cqu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2019YFB1706103)、国家自然科学基金(51975075)和国家科技重大专项(2019ZX04005-001)资助项目。

A Cutting Parameter Energy-saving Optimization Method for CNC Turning Batch Processing Considering Tool Wear

LI Congbo, YU Bisheng, XIAO Qinge, SUN Xin, Lü Yan   

  1. State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400030
  • Received:2020-01-18 Revised:2020-04-09 Online:2021-01-05 Published:2021-02-06

摘要: 在数控车削批量加工过程中,刀具磨损的加剧会导致能量消耗显著增大。针对现有节能优化研究忽略了刀具磨损状态和工艺参数对能耗的协同影响的问题,提出一种考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化方法。首先,分析刀具磨损和工艺参数对数控车削批量加工能耗协同影响机理;基于此,以批量加工总能耗最低和完工时间最小为目标,以不同刀具磨损状态下的工艺参数为优化变量,建立了考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化模型,并采用多目标模拟退火算法进行优化求解。与经验方案相比,通过算法优化得到的加工方案总能耗降低14.9%,总时间降低9.8%,验证了该方法的有效性和实用性。

关键词: 刀具磨损, 工艺参数, 数控车削批量加工, 多目标优化

Abstract: In a CNC batch turning process, the increased tool wear will lead to a significant raise of energy consumption. Due to the lack of researches on synergistic effect of tool wear and cutting parameters on energy consumption, this paper proposes an energy aware cutting parameter optimization approach for CNC batch turning by considering tool wear. Firstly, the synergistic mechanism of tool wear and cutting parameters on energy consumption of CNC batch turning is analyzed. On the basis, a multi-objective optimization model for minimizing energy consumption and production time is established with the variables of the cutting parameters under different tool wear conditions. Then a multi-objective simulated annealing algorithm is proposed to solve the optimization model. Compared with the empirical cutting parameters, the total energy consumption can be reduced by 14.9% and the total production time can be reduced by 9.8% with the optimized cutting parameters. This verifies the effectiveness and practicability of the proposed optimization approach.

Key words: tool wear, cutting parameters, CNC batch turning, multi-objective optimization

中图分类号: