數控機床能耗特性研究現狀|加工中心
1.2.2精工機床能耗特性研究現狀目前，精工機床能耗問題己成為當今世界學術界的研宄熱點，國際生產工程 學會（CIRP)在2009年和2012年分別對制造過程能耗問題做了專題報告[26’27]。 國內外研宄學者對機械加工制造系統中的精工機床能耗以及能效等方面進行了嚴 謹細致的研宄。Draganescu ?[28]等人通過對試驗數據進行分析，建立了精工機床能量效率與工 藝參數之間的函數關系，主要用于估算精工機床加工過程中的能耗。英國曼切斯特 大學的Mativenga [29]等分析列出了在刀具切削時空載的功率和刀具變化是影響能 量消耗的關鍵因素，針對此建立了以減少能源消耗和碳排放為優化目標的參數模 型；美國麻省理工學院的Timothy Gutowski[3Q]等從動力學角度分析闡述建立了機 械加工生產過程的能耗去向及能耗動態平衡方程；斯圖加特大學的以扣111^1'[31]在 精工機床的能源消耗預測和優化中介紹了一種基于精工機床能源消耗的建模方 法，其可以預測精工機床的實際耗電量和在任意情況下優化精工機床的能耗，以 精益模型為基礎，提出了一種測量實際能源消耗的方法。文獻[32]中曼徹斯特大學的Vincent Aizebeoje Balogun等利用可視化跟蹤加工過程的碳足跡，建立了一個新的數學模型并且邏輯預測加工刀路中的直接電能源 需求，并為精工機床電能需求預算提供了有價值的信息，如機器模塊、紡錘波， 輔助單位和運動狀態。這些知識在評估和重新設計精工機床以致提高能源效率，降 低電力成本和相關的碳足跡的研宄是非常重要的。文獻[33]中A.Azadeh等人利用人工神經網絡的算法在綜合考慮了環境和經濟 等因素下提出了一種能耗的最優估算方法。澳大利亞的Li和Kara等人[34_36]利用單 位體積能耗和材料去除率得到機床能耗，又通過實驗數據分析求出相應的參數。 文獻[37]中Gara等人指出在加工中心里機床換刀時間會隨著刀位的變化而變化， 并給出了主軸自動換刀時間的理論計算公式。文獻[38]中M.Mori等從精工機床的主軸電機和伺服電機方面進行了重點研 宄，以減少能源消耗。在精工機床中主軸電機和伺服電機能量消耗有兩個最主要 的原因：1)主軸轉速的改變和工作臺的移動2)提供切削力和克服切削阻力。所 以從兩個方面來減少能源的消耗：1)控制轉速可以減少能源消耗。2)高效率下的 切削環境減少切削阻力和縮短工作時間。當下國內諸多學者在針對機床能耗方面也展開了許多應用研宄工作，如：重慶大學與英國諾丁漢大學合作，以產品生命周期為主線，開展了機械加工 過程信息監控技術系統的研宄，為整個機械加工制造過程能耗數據的獲取提供了 較為詳細的技術支持[39];華中科技大學的高亮等從優化方法與優化模型兩方面對 精工加工參數進行研宄，認為切削速度、進給量和切削深度是影響加工設備效率 的重要變量[4()]。而我校綠色制造研宄團隊在對機電產品制造企業的生產過程中的 資源環境屬性進行系統的研宄基礎之上，構建了 24種常見加工制造工藝的資源環 境屬性數據庫[41]，建立了包含能耗指標的綠色制造生產過程多目標集成決策理論模型[42-43]。文獻[44]中呂景祥等人利用動素分析的方法通過對精工機床加工過程中的加 工參數進行優化，從而完善了以往的精工機床能耗計算模型。文獻[45]中首先將數 控機床運行過程分為啟動、空載和切削三個部分，然后通過實驗測量獲取精工機床 啟動、閑置和切削過程的離散速度，再通過數據分析擬合出不同加工速度下的精工 機床能耗曲線，從而預測出不同加工速度下的精工機床能耗。文獻[46]中何彥等提 出在生產作業的加工過程中也要考慮能源消耗和環境影響，為了達到此目的，需 要建立一個多準則模型，該問題的關鍵是要先建立一個矩陣，矩陣中的每行每列 數值都是由每臺機器上每個零件加工過程的能源消耗和環境影響的估值所確定 的。文獻[47]中提出在制造系統能源消耗中建立一個具有任務導向的建模方法，以減少加工任務在道具上的能源消耗，分析任務流在制造系統中的能源消耗特 性，得出能源消耗主要取決于任務流的可變性和靈活性，通過運用該論文中提出 的建模方法可以有效提高制造系統中的能源利用效率。施金良[48]等建立了精工機 床主傳動系統動態能耗模型關系，深入剖析了機床各組成部分的能耗規律。文獻[49] 中王秋蓮等提出了基于精工機床的多能量流的能耗功率平衡方程，通過分析 精工機床各組成部分能耗特性建立了精工機床多源能量系統數學模型。文獻[50] 中許建弟等針對精工機床主軸電機空載能效低這一問題，從調節主軸電機電壓這 一角度出發，研宄降低精工機床能耗的措施。文獻[51]中賈順等人提出了一種基于動素的切削功率建模方法，將切削功率分 解為空走刀功率和材料切削功率，將兩部分功率映射為動素功率并借助實驗建立 切削功率模型。王堅教授與IAC的研宄角度比較類似，都主要針對的是制造企業， 而對制造企業的具體制造過程的能耗研究不足；同濟大學李國偉[52]等提出了高能 效制造的概念，從產品全生命周期各個階段的資源效用評價入手，認為從設備優 化、過程優化和管理優化這幾個方面可實現高能效制造；中國科技大學陳華平[53] 等針對工件尺寸，以極小化總完工時間為目標，對批調度的蟻群算法進行了研 宄；浙江大學的唐任仲教授[54]按照加工工序將制造過程分為一系列的基本活動， 提出了一種基于活動的成本法來計算制造過程的碳排放量，碳排放量計算為制造 過程中無效能耗的折算提供了一種方法；哈爾濱工業大學的宮運啟[55]教授所在的 研究團隊在重點研宄了制造過程能量消耗的特點后，主要利用CBR技術建立了能 耗知識的語義模型，并結合神經網絡的方法建立了能耗預測仿真模型。綜上所述，當前國內外的科研工作者對機械加工過程中的精工機床能耗特性 已經展開了大量研究，針對不同工件加工工藝建立了不同的能耗模型，但大多數 集中在精工機床總的能耗分析或能量效率傳遞方面，在針對精工機床主傳動系統 的能量消耗特性領域研宄不是很多，在當前大的環境下，從各個不同的方面對制 造系統展開全面深入細致的研宄工作是必不可少的。本文采摘自“精工加工中心主傳動系統能耗特性及運行節能技術研究”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！