面向低碳制造的轴类零件磨削加工参数优化

全球变暖问题日益严重，全球各国愈发关注温室效应问题，发展低碳理念已经刻不容缓。我国制造业快速发展的同时对环境产生了较大的影响，其中碳排放量显著增加。因此制造业应积极响应国家双碳政策，降低制造业碳排放。本文从磨削加工中碳排放和加工成本影响因素出发，结合约束条件建立以低碳低成本为目标的轴类零件磨削加工优化模型。在此基础上，选用改进粒子群算法作为优化算法对轴类零件外圆精磨加工多目标优化模型求解最优工艺参数。结果表明，实验磨削加工工艺的碳排放减少了17.3%，加工成本减少了30.7%。本文所建立的模型和工艺参数优化方法可为企业低碳低成本制造提供一种可行方案。

工业革命为人类带来技术发展的同时，大量消耗煤炭，石油等化石燃料，产生了大量二氧化碳、甲烷、臭氧等温室气体，使得全球温室效应日益严重。国际能源机构指出，制造业碳排放已达全球碳排放占比30%以上[1]。我国是制造大国，目前制造业的地位越来越突出，其制造能耗大，是温室气体排放的主要源头[2]。因此，为了实现低碳制造，如何描述制造生产过程排放状况，并分析制造过程碳排放特性以及碳源分布流量、碳排放全过程变化规律，是当前迫切需要解决的科学问题之一[3]。

针对低碳制造过程中碳排放研究，Narita 等[4]结合生命周期理论分析机加工过程的环境影响预测系统，通过计算切削工具状态、冷却液量以及金属切屑量等各加工组成部分在机加工过程中的电能消耗量来探究其对环境的影响情况。

Branker 等[5]为优化能源和环境成本加工工艺参数共同提出加工过程的微观经济模型， 并在此基础上结合生命周期评估法利用实验就该模型对碳排放和成本的作用展开深入的探究。

李先广等[6]以干式切削齿轮为实验对象，探究其碳排放特性并在此基础上构建齿轮加工核算模型核算碳排放量。

在低碳加工参数优化方面，Bhushan 等[7]通过在数控机床上的实验探究以最低能耗和刀具最大寿命为优化目标的基于铝合金SiC 颗粒复合材料的加工过程。Yi 等[8]以碳排放和加工时间为最优目的，探究机器加工过程中切削参数以最大程度减少碳排放的潜力。李聪波等[9]为实现数控加工低碳化，建立高效低碳多目标优化模型，并在此基础上使用复合型法对此求解，最后通过具体实例证明分析。刘琼等[10]提出以完工时间最少、车间设备利用率最高为最优目的，建立优化调度模型，使用NSGA-II 为其求解。

以上研究大多是针对切削，铣削加工进行参数优化，目前针对低碳磨削加工方面的研究较少。在轴类零件的加工工艺流程中，磨削加工也是非常重要的一环，为达到轴的表面精度要求，往往要对轴类零件进行粗磨和精磨加工，而目前针对轴类零件低碳磨削方面的研究也比较有限。

针对上述问题，本文综合考虑磨床、磨具性能约束，建立了轴类零件磨削加工过程中以低碳、低成本为目标的工艺参数优化模型， 最后使用改进粒子群算法(Bird Swarm Algorithm, BSA)对所建模型进行求解，并结合实例验证所建模型的有效性。