三面數(shù)控鏜孔專用機(jī)床及機(jī)械加工系統(tǒng)的能量建模問(wèn)題
近年來(lái),，隨著制造業(yè)能源消耗問(wèn)題及其帶來(lái)的環(huán)境影響問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,，學(xué)術(shù)界和企業(yè)界均對(duì)三面數(shù)控鏜孔專用機(jī)床能量消耗問(wèn)題研究進(jìn)行了重新分析和認(rèn)識(shí)。研究分析表明：機(jī)床量大面廣,，能耗總量巨大,；并且機(jī)床有效能量利用率低,；因而機(jī)床能耗問(wèn)題研究,，節(jié)能潛力很大。不僅如此,，機(jī)床能量消耗所帶來(lái)的環(huán)境排放也令人震驚,。由此可見(jiàn)，機(jī)床及機(jī)械加工過(guò)程能量消耗問(wèn)題研究意義重大,，導(dǎo)致這方面研究正在國(guó)際上興起,。如國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)的STC-C科學(xué)技術(shù)委員會(huì)將機(jī)械加工過(guò)程的能量效率作為2009年度的主要研究課題之一；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(ISO)正在制定“機(jī)床環(huán)境評(píng)估—機(jī)床節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),。
機(jī)床及機(jī)械加工系統(tǒng)的能量建模問(wèn)題是研究機(jī)床能量消耗問(wèn)題的基礎(chǔ),，已有不少研究成果。指出目前缺乏對(duì)制造系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行的研究,，提出了一種基于仿真對(duì)制造系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的能量消耗進(jìn)行建模的方法,；提出了一種預(yù)估機(jī)床能量消耗的簡(jiǎn)化建模方法；在試驗(yàn)研究機(jī)床的能量消耗問(wèn)題的過(guò)程中,，運(yùn)用了一種機(jī)床能量模型,，該模型假設(shè)機(jī)床在未加工條件下所耗功率為常量，在加工狀態(tài)時(shí)功率的增量為切削功率,，但是沒(méi)有考慮機(jī)床復(fù)雜的載荷損耗功率,。
國(guó)內(nèi),，針對(duì)變頻調(diào)速數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，建立了一種變頻調(diào)速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率平衡方程,；建立了一種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的能量流傳輸模型,，但這里的“能量流”是瞬態(tài)概念而非過(guò)程概念。
以上的功率方程或功率傳輸模型是一類描述能量變化率的瞬態(tài)能量模型,，而對(duì)雙面數(shù)控鏜孔專用機(jī)床實(shí)際服役過(guò)程的過(guò)程能量模型研究較少,。以前總認(rèn)為將功率模型進(jìn)行積分，白然就可得到能量模型,。這種想法從理論上是可能的,，但在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用起來(lái)時(shí)非常困難，其主要原因如下所述,。
(1)有些模型參數(shù)實(shí)驗(yàn)室獲取容易,，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)獲取就非常困難。
(2)有關(guān)能量變量實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)容易,，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)困難,。
(3)機(jī)床實(shí)際服役過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)床服役物理狀態(tài)發(fā)生變化,。如普通機(jī)床轉(zhuǎn)速變換帶來(lái)的服役傳動(dòng)鏈改變,，造成模型多個(gè)基本參數(shù)發(fā)生變化，用一個(gè)功率模型來(lái)積分求解過(guò)程能量就更困難了,。
以上可見(jiàn),，研究面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)床服役過(guò)程的能量模型很有必要。
綜上所述,，本文擬對(duì)機(jī)床服役過(guò)程的能量模型進(jìn)行研究,。考慮到機(jī)床機(jī)電主傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床加工過(guò)程能量消耗的主體,；如對(duì)臥式車床而言,，其比例可達(dá)95%以上，因此本文研究工作主要針對(duì)機(jī)床 機(jī)電主傳動(dòng)系統(tǒng)展開(kāi),。
本文所指的“機(jī)床服役過(guò)程”是指實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的消防栓專用機(jī)床有意義的工作過(guò)程(如一個(gè)工件的加工周期)或者特定的時(shí)問(wèn)段過(guò)程(如一個(gè)加工任務(wù)過(guò)程,、一個(gè)工班等)。機(jī)床服役過(guò)程一般由一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)時(shí)段,、空載時(shí)段,、加工時(shí)段、問(wèn)停時(shí)段等時(shí)段構(gòu)成,。
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