工件加工过程切削能耗的预测方法研究及应用系统开发

摘要

工件加工过程是机械制造业的一项基础生产过程。工件加工过程能量消耗总量巨大，并且能量效率低，节能潜力很大，因此，对工件加工过程能耗与能效的研究意义重大。工件加工过程能耗与能效的研究及应用的基础问题之一是对工件加工过程切削能耗的分析与评估，为此本文在国家自然科学基金重点项目“机械加工制造系统工件能量效率的预测建模及预测方法研究”（项目编号：51375513）等课题的支持下，对工件加工过程切削能耗的预测方法及应用系统进行了研究。主要工作概括如下：
　　首先，对面向预测的工件加工过程切削能耗进行了分析。包括对工件加工过程进行了时段划分，结合具体时段过程分析了各时段中的能耗组成情况；然后通过研究工件加工过程切削能量产生机理，对切削能耗理论预测模型以及经验预测模型进行了分析，并总结了两种模型的能耗预测特点。
　　然后，对工件加工过程切削能耗综合预测方法进行了研究。对现有的指数模型和比切削力模型等两种切削力计算模型进行了分析和研究；基于大量的实验数据，发现了两种模型各自的优点和不足：指数模型在小切削用量下的预测精度较低、大切削用量下的预测精度较高，而比切削力模型与此相反。基于此规律特点，提出了一种基于指数模型和比切削力模型综合集成的切削能耗预测模型；并结合多项式拟合的方法得到不同速度下的综合预测模型基础权重系数。最后在综合预测模型的基础上总结了本文预测方法的预测流程。
　　最后，对工件加工过程切削能耗实用预测支持系统进行了开发。首先对预测系统的需求进行了分析，在此基础上提出系统的设计目标和原则。根据系统设计的目标和原则，完成系统整体框架设计和系统功能模块设计，最后在Qt平台上实现了软件的开发。该系统可以简化预测流程，为生产现场切削能耗预测提供工具支持。
　　实验验证和应用案例分析表明，本文所提出的工件加工过程切削能耗综合预测方法可以实现对工件加工过程切削能耗的预测，且具有较高的预测精度，可为机床能量消耗分析、能量效率评价、能量消耗预测和能耗定额制定等提供数据支持，具有广阔的应用前景。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 论文选题背景

1.2 研究现状分析

1.3 本课题研究的目的及意义

1.4 论文主要研究内容及总体框架

2 面向预测的工件加工过程切削能耗分析

2.1 工件加工过程能耗时段特性分析

2.2 面向预测的工件加工过程切削能耗分析

2.3 本章小结

3 工件加工过程切削能耗的综合预测方法

3.1 现有切削功率指数模型和比切削力模型的实验分析

3.2 一种工件加工过程切削能耗综合预测模型

3.3 工件加工过程切削能耗综合预测方法流程

3.4 本章小结

4 工件加工过程切削能耗实用预测支持系统开发

4.1预测支持系统需求分析

4.2 系统的设计目标与原则

4.3 工件加工过程切削能耗实用预测支持系统方案设计

4.4 预测支持系统软件开发

4.5 本章小结

5 实验验证与应用案例分析

5.1 实验环境与设备

5.2 综合预测模型实验验证

5.3 切削能耗案例分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究不足与展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间取得成果目录

B. 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目

C. 攻读硕士学位期间获得的奖励