大型构件机械加工工艺路线能效优化规范DB5106／T 32-2024.pdf

ICS 25.040.10CCS A 20DB5106 四川省（德阳市）地方标准 DB 5106/T 322024大型构件 机械加工 工艺路线 能效优化 规范 2024-07-05发布 2024-07-05实施德阳市市 场监督 管 理局 发布DB5106/T 322024 I 目 次 前言.1 范围.1 2 规范 性引 用文 件.1 3 术语 和定 义.1 4 总则.1 4.1 主要 依据.1 4.2 目的.2 4.3 原则.2 4.4 能效 统计 范围.2 4.5 能效 评价 标准.2 4.6 能效 评价 方法.2 5 能效 指标 体系 及评 估.2 5.1 能效 指标 体系.2 5.2 能效 优化 指标.2 5.2.1 能耗 优化 目标.2 5.2.2 效率 优化 目标.3 5.3 评 估流 程及 指标.3 5.3.1 流程 图.3 5.3.2 评估 指标.4 6 能效 优化 方法.5 6.1 工艺 路线 设计.5 6.2 高 能效 工艺 路线 优选.5 7 工艺 方法 能效 优化.6 7.1 物 料去 除率.7 7.2 加工 设备.7 7.3 加工 刀具.7 7.4 加工 工序.7 7.5 切 削液.7 7.6 工艺 参数.7 7.6.1 参数 选择.7 7.6.2 参数 优化.8 7.7 数控 程序 路径 规划.8 8 能效 优化 评审 与改 进.8 8.1 评审 周期.8 DB5106/T 322024 II 8.2 评审 形式.8 8.3 评审 内容.8 8.4 改 进与 实施.9 DB5106/T 322024 III 前 言 本文件 依据GB/T 1.12020 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 这些 专利的 责任。本文件 由德 阳市 经济 和信 息化局 提出 并归口。本文件 由德 阳市 市场 监督 管理局 批准。本文件 起草 单位：二 重（德阳）重型 装备 有限 公司、东方 电气集 团东 方汽 轮机 有 限公 司、东方电气集团东 方电 机有 限公 司、四川宏 华石 油设 备有 限公 司、四川 明日 宇航 工业 有 限责任 公司、四川 绵竹 鑫 坤机械制 造有 限责 任公 司、德阳市 建安 机械 制造 有限 公司、德阳 峰瑞 机械 科技 有限责 任公 司。本 文 件主 要起 草人 员：刘世 彬、胡余 平、余 小兵、胥 畅、李文 杰、谢 如平、张 金 生、张 元林、李启元、李 旭、温 兴利、周文 凯、付 封旗、颜 勇清、郑 剑、刘 波、高巍、江 伟、唐文尧、袁 晓峰。DB5106/T 322024 1 大 型构件 机械加工 工艺路 线能效优 化规范 1 范围 本 文 件规 定了 大型 构件 机械 加 工工 艺路 线能 效优 化指 标 体系 及评 估内 容、能效 优 化方 法、工艺方法能效优 化、能效 优化 评审 与改进 的工 艺路 线等 内容。本文件 适用 于德阳 地区 制造 的 大型 构件 的机 械加 工工 艺 设计 或工 艺改 进过 程。2 规范性 引用 文件 下列文 件中 的内 容通 过文 中的规 范引 用而 构成 本文 件必不 可少 的条 款。其中，注日 期的 引用 文 件，仅该日 期对 应的 版本 适用 于本文 件；不注 日期 的引 用文件，其 最新 版本（包 括所有 的修 改单）适 用 于 本文件。GB/T 4863 机械 制造 工艺基 本 术语 GB 50910 机械 工业 工程 节能设 计规 范 3 术语和 定义 GB/T 4863 界 定的 以及 下列术 语 和定 义适 用于 本文 件。3.1 大型构 件 large component 机械系 统中 能实 现特 定功 能的具 有质 量大、外 形轮 廓尺寸 大的 零部 件。3.2 工艺系 统 machining complex 在机械 加工 中，由机 床、刀具、夹具、测 量系 统、冷却润 滑系 统和工 件组 成的 统 一体。3.3 物料去 除率 material removal rate 利用机 械能、化 学能 等能 量手段，单 位时 间内 去除 工件上 金属 材料 的体 积。3.4 能效 energy efficiency 输出的 能源、产 品、服务 或绩效 与输 入的 能源 之比 或其他 数量 关系。3.5 工艺过 程总 能耗 total energy consumption of the process 按照预 定的 工艺 路线 生产 某一产 品或 零件 所消 耗的 能量总 和。4 总则 4.1 主要依 据 DB5106/T 322024 2 大型构 件机 械加 工工 艺路 线设计 应合 理利 用能 源和 节约能 源，并与 安全 生产、经济效 益和 环境 保 护相协调。大型构 件机 械加 工工 艺路 线能效 优化 的主 要依 据：a)GB 50910等 节能 标准、法 规、技 术文 件和 质量 保证 文件；b)行业发 展水 平、工艺 技术 水平和 企业 生产 能力；c)产品设 计图 纸、技术 标准 及文件。4.2 目的 发 现 工艺 设计 过程 中存 在的 薄 弱环 节、工艺 设计 缺陷，去除 非价 值工 序，优化 改 进工 艺路 线，在保证产品 质量 的前 提下，降 低成本，缩 短制 造周 期，提高能 量利 用 率。4.3 原则 大型构 件机 械加 工工 艺路 线能效 优化 应遵 循的 基本 原则：应 综 合考 虑加 工质 量、制造 成 本、生产 效率 和能 源消 耗 等边 界条 件，以最 小的 投 入实 现经济效益最大 化；应满足 各特 征表 面的 加工 以及特 征表 面之 间的 合理 加工顺 序约 束条 件，尽 量满 足制造 资源 最 优化约束 条件。4.4 能效统 计范 围 统 计 范围 包括 原材 料（半成 品）至成 品所 需的 粗加工、半 精加 工及 精加 工过程 所 需的 直接 能源 消耗和废弃 物处 置所 需的 间接 能源消 耗。4.5 能效评 价标 准 加工过 程中 能效 评价 的标 准是单 位产 出能 耗最 小，加工时 间最 短。4.6 能效评 价方 法 加工过 程中 能效 评价 的方 法主要 有能 耗统 计法、投 入产出 法。5 能效指 标体 系及 评估 5.1 能效指 标体 系 机械加 工能 效指 标体 系应 包括：改善生 产环 境，优 化操 作 条件，提 高运 转率 和生 产 稳定性，减少 计划 外停 机 次数，改 善原 料品质等因 素；综合考 虑制 造成 本、营销 收入、产品 利润 等经 济因 素；降低生 产过 程中 的单 位产 能能耗，提 高能 源转 换效 率，缩 短作 业时 间，减少 布置工 作地 时 间，保证必 要的 休息 与生 理需 要时间（通 常按 作业 时间 的27）；减少向 环境 中排 放有 害物 质与气 体。5.2 能效优 化指 标 5.2.1 能耗优 化目 标 DB5106/T 322024 3 机械加工系统 能效目标主要体现为工艺 路线涉及到的所有加工工 艺产生的总碳排放量CE 最小，主要是实 施机 械加 工工 艺涉 及到的 车、铣、镗、磨、钻等典 型机 械加 工工 艺。CE=CEm+CEelec+CEcoolant+CEtool+CEchip（1）式中：CE 机械 加工 系统 碳排 放；CEm物料消 耗引 起的 碳排放；CEelec 电能 消耗 引起 的 排放；CEcoolant切削 液引 起的 碳排放；CEtool刀 具引 起的 碳排放；CEchip废屑处 理产 生的 排放。5.2.2 效率优 化目 标 主要体 现为 工艺 路线 总加 工时间T涉及 到的 加工 工艺时 间、机床 更换 时间、刀具 更 换时 间、夹 具更换时间、检 验检 测时 间、物流转 运时 间的 总和 最小。总的 加工 时间T表示 如下:T=TMP+TMC+TCT+TFC+TPI+TLT（2）式中：T 总加 工时 间；TMP加工 工艺 时间；TMC 机床 更换 时 间；TCT刀具 更换 时间；TFC夹具更 换时 间；TPI检 验检 测时 间；TLT物 流转 运时 间。5.3 评估流 程及 指标 5.3.1 流程图 评估流 程见 图1。DB5106/T 322024 4 确定能效评估对象划分边界条件建立能效评估对象模型能效指标计算确定评价指标生产现场数据 设备说明书和生产文件历史数据经验测算实时监测和数据采集能效评估报告达到预期目标？结束是否开始评价标准与预测 与标杆对象能量绩效对比，寻求最优化方案预测评价对象未来能量绩效，为上层提供决策支持与评价对象历史数据对比，寻求最优化方案评价工具 投入产出法能耗统计法 图1 评估流 程图 5.3.2 评估指 标 5.3.2.1 建立能 效评 估对 象 选择制 造工 厂、生产 工段、生产线、制 造单 元、工件 或 设备 作为 能效 评估 对象，评估 对象 可选择多个。5.3.2.2 建立能 效评 估对 象模 型 基 于 实时 监测 和数 据采 集、设备 说明 书和 生产 文件、历 史 数据 经验 测算 等数 据，建立 能效 评估 对象的能源 信息 和物 料信 息，形成能 效评 估对 象模 型。5.3.2.3 能效指 标计 算 分 析 影响 能效 的关 键因 素，建立 能效 评估 指标，选取一 个 或多 个评 价指 标，按照 统 一时 间起 止范 围计算能 效指 标值。DB5106/T 322024 5 5.3.2.4 能效评 估报 告 基于能 效指 标计 算值，分 析工艺 流程、工 艺方 法、生产设 备、生产 管理 的潜 力，结 合企 业现 状 及 后续发展 规划，给 出当 前实 施能效 改善 的建 议以 及后 续能效 提升 的实 施路 径。6 能效优 化 方法 6.1 工艺路 线设 计 工艺路 线设 计应 综合 考虑 安全性、科 学性、合 理性、可靠 性及 产品 安 全、质量、经济 指标 所能达到的水平。工艺设 计应 满足 以下 原则：根据企 业的 设备 资源、工 艺装备、人 力资 源等 条件，确定 生产 组织 原则；根据企 业生 产能 力、产品 性质和 生产 批量，确 定自 制件、外协 件、外购 件的 具体内 容；根据零 件结 构尺 寸、精度 指标、表面 质量、材 料特 性、热 处理 等确 定毛 坯类 型；根据零 部件 材料、结构、精度指 标、技 术标 准及 现 有工艺 技术 水平、设备 资 源、工装 辅具 等选择加工 方法，考虑 关键 精度 指标的 控制 方法 以及 新工 艺新技 术应 用，确 定工 序集 中 与 分散 原则，划分工 序顺 序及 粗加 工、半精加 工、精加 工等 加工 阶段。6.2 高能效 工艺 路线 优选 以加工 安全、质 量、时间、成本 及能 效水 平指 标为 依据，优选 符合 企业 发展 的高能 效工 艺路 线，方法见图2：DB5106/T 322024 6 综合评价排序加工质量高于最低质量要求？是否加工时间低于最长加工时间？是否加工成本低于最大加工成本？是否能耗水平低于最高能耗水平？是否最优工艺路线开始安全要求符合安全要求？是否结束 图2 高能效 工艺 路线 优化 方法 7 工艺方 法能 效优 化 DB5106/T 322024 7 7.1 物料去 除率 宜根据 自身 特点，选 择适 宜的大 型构 件物 料去 除方 式，如 机械 切削 加工、磨 削加工、超 声波 加 工、电火花 加工、激光 加工 等。大型构 件的 粗加 工阶 段宜 选择较 大的 物料 去除 率，半精加 工阶 段宜 选择 中等的物料 去除 率，精加 工阶 段宜选 择较 小的 物料 去除 率。7.2 加工设 备 选择大 型构 件加 工设 备时，要综 合考 虑设 备精 度、规格参 数、附件 装置、工 艺装备、生 产负 荷、工件 外 形、工件 余量、物流吊 运、储 存等 因素，在满足 加 工质 量的 条件 下，综合 考 虑设 备能 耗，其原 则如下：优先选 择设 计有 节能 装置、机械 结构 与布 置设 计合 理的绿 色节 能机 床；优先选 择常 规机 床设 备，次选精 度较 高的 机床 设备，最后 选择 高精 度的 加工 中心机 床设 备；粗加工 优先 选择 普通 机床 设备，精加 工选 择数 控机 床或加 工中 心机 床。7.3 加工刀 具 选择大 型构 件加 工刀 具时，要综 合考 虑机 床精 度、工件材 料、毛坯 状况、工 艺装备、冷 却润 滑、工件 余 量、加工 经济 度等 因素，在满 足加 工精 度及 生产 效 率的 条件 下，综合 考虑 设 备能 耗，其原则如下：优先选 择硬 质合 金可 转位 刀具、标准 刀具；刀具尺 寸规 格与 被加 工尺 寸相匹 配；刀具材 料种 类及 型号 与加 工材料、工 件状 态及 表面 质量要 求相 适应。7.4 加工工 序 确定大 型构 件加 工工 序应 综合考 虑工 件材 料、生产 纲领、设计 基准、工 艺基 准、加 工余 量、加 工 精度、加 工经 济度 等，在 满足 设计和 加工 工艺 要求 的前 提下，选择 安全、绿色 环保 的加工 工序，降 低能 耗，减少加 工成 本，其原 则如 下：应满足 工序 集中、加 工顺 序、机 床条 件、工艺 要求、刀具 性能 等约 束条 件；优化后 的工 艺工 序更 精益 化精细 化，应去 除非 价值 工序工 步；应最大 限度 减少 工序 基准 变换，减少 尺寸 链中 的组 成环；优化后 的工 艺工 序应 避免 粗加工 中的 高精 度要 求。7.5 切削液 企业应 根据 自身 工艺 水平、工件 材料、精度 要求、生产效 率，选择 冷却 效果 好、成 本低 廉、绿 色 环保的切 削液。切 削液 还应 满足以 下条 件：无刺激 性气 味，不含 对人 体有害 添加 剂；满足设 备润 滑、防护 管理 要求；满足工 序间 的防 锈要 求，不锈蚀 工件；具有优 良的 润滑 性和 清洗 性能；低污染 并有 废液 处理 装置；价格便 宜，配制 方便；推荐采 用二 氧化 碳（干冰）、低 温喷 雾冷 却装 置进 行冷却。7.6 工艺参 数 7.6.1 参数选 择 DB5106/T 322024 8 加工中 涉及 的工 艺参 数很 多，如 工件 材料、机床 性能、刀具 等。通 常在 确定 生产 计划后，工 件材 料、机床设 备及 刀具 类型 已经 确定，工艺 参数 优化 不再 考虑优 化生 产条 件。参数选 择应 满足 以下 原则：在满足 机床 刚性 和刀 具条 件等约 束条 件下，可 以适 当增加 机床 主轴 转速 和进 给速度；宜采用 较高 的主 轴转 速、中等的 进给 速度；应考虑 被加 工件 的变 形因 素对降 低加 工工 效的 影响，合理 选用 加工 工艺 参数。7.6.2 参数优 化 加工参 数应 满足 加工 工艺 要求、机 床功 能等 基础 条 件，优化 结果 应更 符合 实 际加工 要求，参数 优化应满足 以下 条件：a)加工中机 床功率 Pc 应 不大于 机 床最 大功率 Pmax 与机 床功 率 有效 系数 之积（Pc Pmax）；b)加工中 切削 力应 小于 机床 所能提 供的 最大 切削 力；c)加工中 主轴 刚度 允许 的最 大切削 力应 不大 于主 轴刚 度所能 允许 的最 大切 削力：FcFs（3）d)表面粗 糙度 值：Ra Ra（4）式中：Ra 工件 所允 许的 最大 表面粗 糙度 值。7.7 数控程 序路 径规 划 数控程 序路 径规 划时，应 满足工 序集 中、加工 顺序、工艺 要求、刀 具性 能等 基础条 件，它包 括 工 步内容和 工步 顺序。确 定走 刀路径 时，应符 合以 下要 求：在满足 加工 安全 性的 前提 下，走刀 路径应 保证 被加 工零件 的尺 寸精 度和 表面 质量，数 值计 算 简单，加 工路 线短，减 少空 走刀时 间；宜采用 对装 夹刚 度和 工件 加工变 形小 的路 线；宜采用 三维 扫描 系统 自动 编程技 术，智能 优化 刀具 路径。8 能效优 化评 审与 改进 8.1 评审周 期 通常评 审周 期可 为六 个月、十二 个月 或一 个产 品制 造周期 的前 期、中期 及后 期。8.2 评审形 式 企业对 优化 的工 艺进 行内 部筛选 审核，进 行内 部评 审或外 部评 审。8.3 评审内 容 评审内 容包 括：工艺方 法及 工艺 路线 的先 进性、经济 性、节能 性、可靠性；加工设 备、工艺 装备、检 验方法、专 用装 备选 用的 合理性 及经 济性；工艺能 效优 化方 法的 可行 性和有 效性；DB5106/T 322024 9 工艺参 数的 正确 性和 可操 作性。8.4 改进与 实施 优化后 的工 艺偏 离预 定目 标时，应 分析 原因，提出 整 改措施，并提 供证 据验 证 整改措 施的 可行 性和合理性，实 现工 艺能 效优 化持续 改进。_