數(shù)控機(jī)床能耗特性研究現(xiàn)狀|加工中心
1.2.2精工機(jī)床能耗特性研究現(xiàn)狀目前，精工機(jī)床能耗問(wèn)題己成為當(dāng)今世界學(xué)術(shù)界的研宄熱點(diǎn)，國(guó)際生產(chǎn)工程 學(xué)會(huì)（CIRP)在2009年和2012年分別對(duì)制造過(guò)程能耗問(wèn)題做了專(zhuān)題報(bào)告[26’27]。 國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者對(duì)機(jī)械加工制造系統(tǒng)中的精工機(jī)床能耗以及能效等方面進(jìn)行了嚴(yán) 謹(jǐn)細(xì)致的研宄。Draganescu ?[28]等人通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立了精工機(jī)床能量效率與工 藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，主要用于估算精工機(jī)床加工過(guò)程中的能耗。英國(guó)曼切斯特 大學(xué)的Mativenga [29]等分析列出了在刀具切削時(shí)空載的功率和刀具變化是影響能 量消耗的關(guān)鍵因素，針對(duì)此建立了以減少能源消耗和碳排放為優(yōu)化目標(biāo)的參數(shù)模 型；美國(guó)麻省理工學(xué)院的Timothy Gutowski[3Q]等從動(dòng)力學(xué)角度分析闡述建立了機(jī) 械加工生產(chǎn)過(guò)程的能耗去向及能耗動(dòng)態(tài)平衡方程；斯圖加特大學(xué)的以扣111^1'[31]在 精工機(jī)床的能源消耗預(yù)測(cè)和優(yōu)化中介紹了一種基于精工機(jī)床能源消耗的建模方 法，其可以預(yù)測(cè)精工機(jī)床的實(shí)際耗電量和在任意情況下優(yōu)化精工機(jī)床的能耗，以 精益模型為基礎(chǔ)，提出了一種測(cè)量實(shí)際能源消耗的方法。文獻(xiàn)[32]中曼徹斯特大學(xué)的Vincent Aizebeoje Balogun等利用可視化跟蹤加工過(guò)程的碳足跡，建立了一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型并且邏輯預(yù)測(cè)加工刀路中的直接電能源 需求，并為精工機(jī)床電能需求預(yù)算提供了有價(jià)值的信息，如機(jī)器模塊、紡錘波， 輔助單位和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這些知識(shí)在評(píng)估和重新設(shè)計(jì)精工機(jī)床以致提高能源效率，降 低電力成本和相關(guān)的碳足跡的研宄是非常重要的。文獻(xiàn)[33]中A.Azadeh等人利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法在綜合考慮了環(huán)境和經(jīng)濟(jì) 等因素下提出了一種能耗的最優(yōu)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(jī)床能耗，又通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析求出相應(yīng)的參數(shù)。 文獻(xiàn)[37]中Gara等人指出在加工中心里機(jī)床換刀時(shí)間會(huì)隨著刀位的變化而變化， 并給出了主軸自動(dòng)換刀時(shí)間的理論計(jì)算公式。文獻(xiàn)[38]中M.Mori等從精工機(jī)床的主軸電機(jī)和伺服電機(jī)方面進(jìn)行了重點(diǎn)研 宄，以減少能源消耗。在精工機(jī)床中主軸電機(jī)和伺服電機(jī)能量消耗有兩個(gè)最主要 的原因：1)主軸轉(zhuǎn)速的改變和工作臺(tái)的移動(dòng)2)提供切削力和克服切削阻力。所 以從兩個(gè)方面來(lái)減少能源的消耗：1)控制轉(zhuǎn)速可以減少能源消耗。2)高效率下的 切削環(huán)境減少切削阻力和縮短工作時(shí)間。當(dāng)下國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者在針對(duì)機(jī)床能耗方面也展開(kāi)了許多應(yīng)用研宄工作，如：重慶大學(xué)與英國(guó)諾丁漢大學(xué)合作，以產(chǎn)品生命周期為主線(xiàn)，開(kāi)展了機(jī)械加工 過(guò)程信息監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)的研宄，為整個(gè)機(jī)械加工制造過(guò)程能耗數(shù)據(jù)的獲取提供了 較為詳細(xì)的技術(shù)支持[39];華中科技大學(xué)的高亮等從優(yōu)化方法與優(yōu)化模型兩方面對(duì) 精工加工參數(shù)進(jìn)行研宄，認(rèn)為切削速度、進(jìn)給量和切削深度是影響加工設(shè)備效率 的重要變量[4()]。而我校綠色制造研宄團(tuán)隊(duì)在對(duì)機(jī)電產(chǎn)品制造企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中的 資源環(huán)境屬性進(jìn)行系統(tǒng)的研宄基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了 24種常見(jiàn)加工制造工藝的資源環(huán) 境屬性數(shù)據(jù)庫(kù)[41]，建立了包含能耗指標(biāo)的綠色制造生產(chǎn)過(guò)程多目標(biāo)集成決策理論模型[42-43]。文獻(xiàn)[44]中呂景祥等人利用動(dòng)素分析的方法通過(guò)對(duì)精工機(jī)床加工過(guò)程中的加 工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而完善了以往的精工機(jī)床能耗計(jì)算模型。文獻(xiàn)[45]中首先將數(shù) 控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程分為啟動(dòng)、空載和切削三個(gè)部分，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲取精工機(jī)床 啟動(dòng)、閑置和切削過(guò)程的離散速度，再通過(guò)數(shù)據(jù)分析擬合出不同加工速度下的精工 機(jī)床能耗曲線(xiàn)，從而預(yù)測(cè)出不同加工速度下的精工機(jī)床能耗。文獻(xiàn)[46]中何彥等提 出在生產(chǎn)作業(yè)的加工過(guò)程中也要考慮能源消耗和環(huán)境影響，為了達(dá)到此目的，需 要建立一個(gè)多準(zhǔn)則模型，該問(wèn)題的關(guān)鍵是要先建立一個(gè)矩陣，矩陣中的每行每列 數(shù)值都是由每臺(tái)機(jī)器上每個(gè)零件加工過(guò)程的能源消耗和環(huán)境影響的估值所確定 的。文獻(xiàn)[47]中提出在制造系統(tǒng)能源消耗中建立一個(gè)具有任務(wù)導(dǎo)向的建模方法，以減少加工任務(wù)在道具上的能源消耗，分析任務(wù)流在制造系統(tǒng)中的能源消耗特 性，得出能源消耗主要取決于任務(wù)流的可變性和靈活性，通過(guò)運(yùn)用該論文中提出 的建模方法可以有效提高制造系統(tǒng)中的能源利用效率。施金良[48]等建立了精工機(jī) 床主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)能耗模型關(guān)系，深入剖析了機(jī)床各組成部分的能耗規(guī)律。文獻(xiàn)[49] 中王秋蓮等提出了基于精工機(jī)床的多能量流的能耗功率平衡方程，通過(guò)分析 精工機(jī)床各組成部分能耗特性建立了精工機(jī)床多源能量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[50] 中許建弟等針對(duì)精工機(jī)床主軸電機(jī)空載能效低這一問(wèn)題，從調(diào)節(jié)主軸電機(jī)電壓這 一角度出發(fā)，研宄降低精工機(jī)床能耗的措施。文獻(xiàn)[51]中賈順等人提出了一種基于動(dòng)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(dòng)素功率并借助實(shí)驗(yàn)建立 切削功率模型。王堅(jiān)教授與IAC的研宄角度比較類(lèi)似，都主要針對(duì)的是制造企業(yè)， 而對(duì)制造企業(yè)的具體制造過(guò)程的能耗研究不足；同濟(jì)大學(xué)李國(guó)偉[52]等提出了高能 效制造的概念，從產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段的資源效用評(píng)價(jià)入手，認(rèn)為從設(shè)備優(yōu) 化、過(guò)程優(yōu)化和管理優(yōu)化這幾個(gè)方面可實(shí)現(xiàn)高能效制造；中國(guó)科技大學(xué)陳華平[53] 等針對(duì)工件尺寸，以極小化總完工時(shí)間為目標(biāo)，對(duì)批調(diào)度的蟻群算法進(jìn)行了研 宄；浙江大學(xué)的唐任仲教授[54]按照加工工序?qū)⒅圃爝^(guò)程分為一系列的基本活動(dòng)， 提出了一種基于活動(dòng)的成本法來(lái)計(jì)算制造過(guò)程的碳排放量，碳排放量計(jì)算為制造 過(guò)程中無(wú)效能耗的折算提供了一種方法；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的宮運(yùn)啟[55]教授所在的 研究團(tuán)隊(duì)在重點(diǎn)研宄了制造過(guò)程能量消耗的特點(diǎn)后，主要利用CBR技術(shù)建立了能 耗知識(shí)的語(yǔ)義模型，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了能耗預(yù)測(cè)仿真模型。綜上所述，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的科研工作者對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中的精工機(jī)床能耗特性 已經(jīng)展開(kāi)了大量研究，針對(duì)不同工件加工工藝建立了不同的能耗模型，但大多數(shù) 集中在精工機(jī)床總的能耗分析或能量效率傳遞方面，在針對(duì)精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 的能量消耗特性領(lǐng)域研宄不是很多，在當(dāng)前大的環(huán)境下，從各個(gè)不同的方面對(duì)制 造系統(tǒng)展開(kāi)全面深入細(xì)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(dòng)系統(tǒng)能耗特性及運(yùn)行節(jié)能技術(shù)研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無(wú)法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！