現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多源性能耗特性研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)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(jī)床節(jié)能減排的研究引起了廣泛關(guān)注。但是，數(shù)控機(jī)床能耗源多，能耗規(guī)律復(fù)雜，涵蓋機(jī)電液多個(gè)學(xué)科問題，其能耗特性規(guī)律尚有待揭示。同時(shí)，我國機(jī)床數(shù)量巨大，居世界第一，能耗大能效低，機(jī)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(jī)床的多源能耗特性，主要工作概括如下：
　　 數(shù)控機(jī)床能耗部件數(shù)量多，類型涵蓋機(jī)電液三種，具有多源能耗特性。根據(jù)數(shù)控機(jī)床各個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)控機(jī)床能耗集成模型。該模型既包含了機(jī)床狀態(tài)又包含了機(jī)床實(shí)時(shí)負(fù)載，將定性的能耗描述轉(zhuǎn)化為能耗的定量方程，為實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)床能耗狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。
　　 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速取代了普通機(jī)床采用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速技術(shù)。因此，其數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)與普通機(jī)床有著不同的能

3、耗規(guī)律。普通機(jī)床主傳動(dòng)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(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)空載功率是含有主軸轉(zhuǎn)速，主軸摩擦、阻尼等多個(gè)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(gè)變量是否存在最小值難以判斷?；诖耍疚慕o出了一個(gè)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(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的附加載荷損耗難以有效測量。本文將電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部

4、件作為一個(gè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)附加載荷損耗函數(shù)系數(shù)的工程實(shí)用化方法。
　　 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服電機(jī)運(yùn)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(jī)床機(jī)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。