機床能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模及獲取方法研究.pdf

1、機床量大面廣，能量消耗總量巨大，并且能量效率低，節(jié)能潛力很大，因此對機床能耗與能效的研究十分重要。機床能耗與能效的研究及應(yīng)用均需要機床能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，為此本文在國家自然科學基金重點項目“機械加工制造系統(tǒng)工件能量效率的預(yù)測建模及預(yù)測方法研究”（項目編號：51375513）和國家863計劃課題“機床產(chǎn)品機械加工制造系統(tǒng)能效優(yōu)化提升技術(shù)及應(yīng)用”（課題編號：2014AA041506）的支持下，對機床能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模及獲取方法進行了研究。主要

2、工作概括如下：
　　機床能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的構(gòu)成和分析。本文首先對機床服役過程進行了時段分析，并根據(jù)時段過程分析了各時段中的能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉及到的能耗部件。其中，由于待機能耗和空載能耗相對穩(wěn)定，可用常數(shù)表示，因此，本文僅對機床啟動過程能耗和切削加工過程能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行研究。
　　機床啟動能耗建模及獲取方法研究。機床啟動能耗的能耗規(guī)律和計算模型均十分復雜，難于獲取。本文分析了啟動過程的能耗特性并建立了相應(yīng)的能耗模型?；?/p>

3、于此模型，本文提出了一種啟動能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方法。該方法中利用啟動過程功率變化特性與機床其它服役過程中功率變化的特性有較大區(qū)別這一特點，利用功率相對變化率來判定啟動過程，并針對有級調(diào)速機床和無級調(diào)速機床提出了利用離散功率數(shù)據(jù)求和法和連續(xù)函數(shù)積分法兩種方式來分別獲取這兩種機床的啟動時長和啟動能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　機床切削加工系統(tǒng)載荷損耗系數(shù)獲取方法研究。機床的切削能耗可通過已獲得的機床載荷損耗系數(shù)獲取，因此機床載荷損耗系數(shù)的獲取便成為

4、快捷獲取機床切削能耗的關(guān)鍵。本文提出一種機床切削加工系統(tǒng)載荷損耗系數(shù)的映射測取方法。該方法選一臺機床作為基準機床，通過設(shè)計基準樣件、基準切削參數(shù)和采用的基準刀具，在基準機床上通過實驗獲取基準樣件在基準切削參數(shù)下的切削功率；基于獲得的切削功率均值建立切削加工系統(tǒng)的整體切削功率模型，將基準機床的整體切削功率模型映射到其它能夠加工該基準樣件的任一機床上；然后通過用相同刀具加工基準樣件并檢測該機床的切削加工系統(tǒng)總輸入功率，再根據(jù)獲得的切削功率模

5、型和預(yù)先建立的待測機床的空走刀功率數(shù)據(jù)庫，獲取該機床切削加工系統(tǒng)的載荷損耗系數(shù)。該方法為機床載荷損耗系數(shù)獲取十分困難的難題提供了一種解決方案。
　　案例分析和應(yīng)用前景分析表明，本文所提出的機床啟動能耗和載荷損耗系數(shù)獲取方法可以快捷準確地獲取機床啟動能耗數(shù)據(jù)和載荷損耗系數(shù)，誤差較小，應(yīng)用方便；再加上已有的關(guān)于機床待機能耗和空載能耗的研究，便可獲得機床運行過程中所有的能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為機床能量消耗分析、能量效率評價、能量消耗預(yù)測和能耗定