GB/T 41516-2022 机械加工工艺能效优化方法（正式版）

ICSCCS25.080J30机械加工工艺能效优化方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T41516—2022 I 4机械加工工艺能效优化总则 26工艺参数能效优化方法 7工艺路线能效优化方法 3 3附录A(资料性)应用正交试验法进行工艺参数能效优化的流程 4附录B(资料性)应用正交试验法进行工艺参数能效优化的示例 6IGB/T41516—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国绿色制造技术标准化技术委员会(SAC/TC337)提出并归口。本文件起草单位：重庆大学、中机生产力促进中心、意特利(滁州)智能数控科技有限公司、西南大学、海瑞恩精密技术(太仓)有限公司、重庆邮电大学、合肥工业大学、重庆机床(集团)有限责任公司、东方电气集团科学技术研究院有限公司、重庆小康动力有限公司、东莞骏科仪器设备有限公司、中机研标准技术研究院(北京)有限公司、青岛滨海金成铸造机械有限公司、广东仕诚塑料机械有限公司、中山市易路美道路养护科技有限公司、清远市钛美铝业有限公司、青岛双星装备制造有限公司。1GB/T41516—2022机械加工工艺能效优化方法1范围本文件适用于机械加工工艺设计或工艺改进设计过程中的工艺能效优化。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T4863机械制造工艺基本术语GB/T40799机械加工过程能效基础数据检测方法GB/T4863、GB/T40799界定的以及下列术语和定义适用于本文件。工艺过程总能耗totalenergyconsum产品或零件按照某一工艺路线进行生产所需的总能耗。4机械加工工艺能效优化总则4.1基本原则机械加工工艺能效优化应遵循以下基本原则：4.2重点内容机械加工工艺能效优化的重点内容应包括： —工艺参数优化。机械加工工艺能效优化的主要依据应至少包括： ——零件设计和技术文件；——工艺技术水平和企业生产能力。2GB/T41516—20225确定可行工艺路线5.1基本原则用现有节能工艺技术。面质量(如表面粗糙度),判断零件的加工质量是否高于企业要求的最低质量要求；加工时长是否低于企业要求的最大总加工时长；d)若某工艺路线加工质量、总加工时长、成本均满足企业要求，则将该工艺路线作为可行工艺路线。6工艺参数能效优化方法机械加工工艺参数能效优化的程序应包括：a)列出零件可行工艺路线下每个工序的工艺参数；b)分析各工序中各工艺参数对能耗和生产效率等指标的影响，获得对指标有显著影响的工艺c)选取对指标有显著影响的工艺参数作为优化变量，确定其常用的取值范围；方案下的能耗和生产效率等目标值。常用的试验设计方法包括：f)重复上述步骤，对零件可行工艺路线的所有工序开展工艺参数能效优化。应用正交试验法进行金属切削加工工艺参数能效优化的流程和示例分别参见附录A和附录B。3GB/T41516—20227工艺路线能效优化方法工艺过程总能耗是否满足企业所允许的最高能耗水平要求；b)对满足要求的各可行工艺路线按照工艺过程总能耗大小排序，选出工艺过程总能耗最小的工企业应在工艺技术水平和生产能力发生改变后对优化的工艺运行效果进行评审。的运行效果进行外部评审。——工艺能效优化方法的可行性和有效性。4GB/T41516—2022(资料性)应用正交试验法进行工艺参数能效优化的流程A.1确定优化目标确定能耗、加工时间、成本目标，并为每个目标确定权重。A.2确定优化变量进行工艺参数能效优化时，宜确定对优化目标有显著影响且可控的变量，并对其优化。A.3确定优化变量范围确定的各优化变量范围应满足使用要求，符合实际。A.4确定各优化变量的水平数根据确定的优化变量范围，划分水平数，可划分为三个或四个水平。A.5试验方案确定根据确定的变量数目和水平数，确定正交表并安排试验。A.6记录试验结果并进行同向化和无量纲处理试验时，应记录试验结果，并应对试验结果进行同向化和无量纲处理。当优化目标同时存在极大和极小问题时，应将极大问题取负转换为极小问题，并应对各指标进行无量纲化处理，以消除计量单位对原数据的影响，将优化目标按公式(A.1)标准化。X,=[X,—Xmin(k)]/[Xmax(k)—Xmin(k)]………………(A.1)式中：X;——第i组试验的实际数值；Xmin(k)——第k个指标在试验中的最小值；Xmax(k)———第k个指标试验中的最大值。A.7计算综合优化评价指标值优化的综合优化评价指标值和每组试验下的目标值信噪比值分别按公式(A.2)、公式(A.3)计算：Y,=ZwX…………(A.2)式中：w——第k个指标的影响权重；Y;———第i组试验的综合评价指标。…………(A.3)式中：S/N——某组试验安排下的信噪比值；m——每组试验测量次数；y;——各组试验第i次测量后计算得的综合能效优化评价指标。5GB/T41516—2022A.8计算信噪比均值及绘制关系图根据公式(A.4)计算每一列试验各水平的信噪比均值，并绘制关系图。式中：S/N——工艺参数i在j水平的信噪比均值；km——试验组合中满足要求的信噪比值；n;——试验中工艺参数i在有j水平下的总数。A.9选择最优工艺参数最优工艺参数应选取各优化变量最大信噪比均值对应的水平值。…………(A.4)6GB/T41516—2022(资料性)应用正交试验法进行工艺参数能效优化的示例B.1工艺参数能效优化目标的确立以某铣削工序为例，选取能效、加工时间为优化目标。取能效目标权重为0.5,时间目标权重为0.5。选取主轴转速n、每齿进给量f,、背吃刀量ap以及侧吃刀量ae作为优化变量。B.3工艺参数能效优化范围的选取工艺参数能效优化水平数划分时，各工艺参数可设定三个水平，见表B.1。表B.1可控因素及水平因素水平nr/minmm/zmmmm10.015220.0213342000.0274试验方案设计时，宜选用试验次数较多的L27(31³)正交表进行试验设计。B.6开展试验并记录试验结果7GB/T41516—2022表B.2试验安排和试验结果编号n切削功率1W切削时间1S切削功率2W切削时间2S切削功率3W切削时间3s122334445263738492423342234342234423B.7能效优化目标值计算每组试验的比能值按公式(B.1)计算，计算结果填入表B.3。8GB/T41516—2022式中：Espeifi——比能，单位为瓦秒每立方毫米(W·s/mm³);Pcut——切削功率，单位为瓦(W);tcut——切削时间，单位为秒(s);表B.3比能计算结果编号na比能第1次测量第2次测量第3次测量122000.0152842.95846.43849.0120.0153368.19368.05369.65342000.0154202.57202.87204.36422000.0214304.19303.92304.6250.0212395.34395.23393.86642000.0213722000.0273315.46315.43315.0680.0274942000.0272225.37225.35224.2922000.0154319.03319.06318.600.0152417.18417.26416.0942000.0153204.96205.00204.2222000.0213305.68305.65306.220.021442000.0212220.30219.02217.1122000.0272356.59356.59356.280.027342000.027487.10386.28485.69722000.0153344.87343.03340.930.015442000.0152246.14245.64246.6122000.0212369.51369.48370.480.021342000.021489.48189.71089.82122000.02740.027242000.027393.75693.58994.109B.8同向化和无量纲化处理对各指标按公式(A.1)进行无量纲化处理，结果填入表B.4。注：由于以时间为目标的工艺参数优化是极小问题，而以比能为目标的工艺参数优化也是极小问题，因此不需要同表B.4指标无量纲化处理结果编号比能(无量纲化)时间(无量纲化)第1次测量第2次测量第3次测量第1次测量第2次测量第3次测量123456789GB/T41516—2022B.9能效优化目标的信噪比计算按公式(A.2)和公式(A.3)计算综合能效优化评价指标值和信噪比值，计算结果填入表B.5。表B.5综合能效优化评价指标和信噪比计算结果编号综合能效优化评价指标信噪比值第1次测量第2次测量第3次测量10.000020.3700.3690.3698.651630.1450.1460.14640.2680.2670.26850.4060.4070.4067.822360.1330.1320.13170.2830.2820.28280.0720.0710.07222.893590.1780.1770.1760.3630.3610.3608.84180.5360.5360.5355.42210.1980.1980.1970.3380.3380.3389.42170.1020.1000.0980.2230.2210.2200.4190.4190.4187.56260.1100.1100.1090.0000.0050.00150.621.50.4750.4750.4736.47830.1700.1700.1710.3280.3270.3279.70020.5200.5200.5215.67440.1560.1560.1560.0270.0270.02631.47930.1170.1160.1150.2060.2060.2060.0340.0330.03329.5416B.10绘制工艺参数水平与能效优化目标信噪比的关系图GB/T41516—20