XH715數(shù)控銑床的能耗建模及其參數(shù)影響分析.pdf

1、機床作為最基礎(chǔ)的制造單元裝備，在加工過程中耗能巨大。隨著精益制造的興起，機床節(jié)能減排已經(jīng)成為低碳制造領(lǐng)域的熱點問題。為了推動機床節(jié)能降耗的研究，本文選取XH715數(shù)控銑床進行能耗建模及其參數(shù)影響分析，具體內(nèi)容概括如下:
　　為獲取機床耗能信息，搭建可同時測量切削力和機床功率的數(shù)控機床能耗測試平臺。基于該平臺建立數(shù)控銑床加工階段能耗模型及機床切削比能模型，并將機床切削比能按照使用屬性不同劃分為四部分:機床固定比能，機床操作比能，材料

2、切削比能以及非生產(chǎn)比能，同時，對各部分比能進行參數(shù)影響分析。利用該平臺測量機床輔助系統(tǒng)能耗，將其分為基礎(chǔ)模塊、間歇動作模塊及可選模塊，并引入開關(guān)函數(shù)對其建模，進而建立機床固定比能模型。通過實驗及數(shù)據(jù)擬合建立機床空載能耗模型及機床操作比能模型。將主軸電機調(diào)速分為基頻以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速，分別建模得到主軸電機功率與主軸轉(zhuǎn)速之間的功率平衡方程;根據(jù)不同進給方向的負載不同，分別建立X，Y，Z+，Z-四個方向的進給電機功率平衡方程。通過實驗獲得

3、XH715數(shù)控銑床的主軸電機功率與主軸轉(zhuǎn)速（100-4500rpm）之間的關(guān)系，結(jié)果表明，主軸電機的功率隨主軸轉(zhuǎn)速增加呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢，并且在基頻以上調(diào)速時出現(xiàn)了功率最小值點。通過對影響機床操作比能的參數(shù)分析，得出XH715數(shù)控銑床的操作比能隨著主軸轉(zhuǎn)速和進給速度增加的變化規(guī)律。根據(jù)切削力經(jīng)驗公式建立了切削比能模型，進而得到平面銑削45＃鋼的切削比能經(jīng)驗公式。并通過單、雙因素實驗得出徑向切深對材料切削比能的影響最大，其次是進

4、給量，影響最小的是軸向切深;根據(jù)負載損耗功率與切削功率的二次函數(shù)關(guān)系，建立了機床非生產(chǎn)比能模型。綜上，為了降低機床的切削比能，在實際加工中應避免第一、二階段主軸轉(zhuǎn)速，并選擇合理的進給量、大的軸向切深和徑向切深。
　　最后，建立了機床加工階段整機能耗模型，分析表明，基于所選參數(shù)的平面銑削機床的切削有效能占機床總功率的4.9％，而機床自身的運轉(zhuǎn)占93.7％。因此，在切削加工過程中可以通過控制輔助系統(tǒng)的開啟和減少空載運轉(zhuǎn)時間降低加工能耗