現(xiàn)代數(shù)控機床多源性能耗特性研究.pdf

1、數(shù)控機床量大面廣，能量消耗巨大，其排放對環(huán)境影響巨大。因此，近年來對機床節(jié)能減排的研究引起了廣泛關(guān)注。但是，數(shù)控機床能耗源多，能耗規(guī)律復(fù)雜，涵蓋機電液多個學(xué)科問題，其能耗特性規(guī)律尚有待揭示。同時，我國機床數(shù)量巨大，居世界第一，能耗大能效低，機床節(jié)能減排是國家節(jié)能減排的需要?；诖耍疚难芯楷F(xiàn)代數(shù)控機床的多源能耗特性，主要工作概括如下：
　　 數(shù)控機床能耗部件數(shù)量多，類型涵蓋機電液三種，具有多源能耗特性。根據(jù)數(shù)控機床各個部件的能耗

2、特性，將其能耗部件劃分為負(fù)載無關(guān)和負(fù)載相關(guān)兩個部分。在此基礎(chǔ)上，引入開關(guān)函數(shù)和常量描述負(fù)載無關(guān)部分能耗，用功率平衡方程表達(dá)負(fù)載相關(guān)部分能耗，建立了一個數(shù)控機床能耗集成模型。該模型既包含了機床狀態(tài)又包含了機床實時負(fù)載，將定性的能耗描述轉(zhuǎn)化為能耗的定量方程，為實時監(jiān)測機床能耗狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。
　　 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)采用變頻技術(shù)實現(xiàn)無級變速取代了普通機床采用機械傳動機構(gòu)實現(xiàn)有級變速技術(shù)。因此，其數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)與普通機床有著不同的能

3、耗規(guī)律。普通機床主傳動系統(tǒng)的空載功率可以關(guān)于主軸轉(zhuǎn)速的二次函數(shù)得到較好的近似。與之不同的是，本文發(fā)現(xiàn)并證明了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)空載功率是含有主軸轉(zhuǎn)速，主軸摩擦、阻尼等多個變量的復(fù)雜函數(shù)。在很多情況下，轉(zhuǎn)速在基頻以上存在功率最小值，然而主軸空載功率依賴于多個變量是否存在最小值難以判斷?；诖?，本文給出了一個快速判斷在基頻以上空載功率是否存在最小值的充分條件。
　　 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的附加載荷損耗難以有效測量。本文將電機機械傳動部

4、件作為一個整體考慮，從理論上推導(dǎo)出了附加載荷損耗是切削功率的二次函數(shù)。然后提出了一種只使用少量切削實驗數(shù)據(jù)擬合機床主傳動系統(tǒng)附加載荷損耗函數(shù)系數(shù)的工程實用化方法。
　　 數(shù)控機床進(jìn)給伺服電機運行在低轉(zhuǎn)速區(qū)，能耗環(huán)節(jié)多，能耗特性比較復(fù)雜。本文在數(shù)控機床機電多源能耗環(huán)節(jié)特性分析的基礎(chǔ)上建立了進(jìn)給系統(tǒng)功率關(guān)于進(jìn)給速度、負(fù)載、阻尼、摩擦等因素的數(shù)學(xué)模型，并揭示了進(jìn)給速度、負(fù)載、阻尼、摩擦和螺距對進(jìn)給系統(tǒng)空載功率的影響規(guī)律。