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1.2.2數(shù)控機床能耗特性研究現(xiàn)狀

目前，數(shù)控機床能耗問題己成為當今世界學術(shù)界的研宄熱點，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP)在2009年和2012年分別對制造過程能耗問題做了專題報告^[26’^27]。國內(nèi)外研宄學者對機械加工制造系統(tǒng)中的數(shù)控機床能耗以及能效等方面進行了嚴謹細致的研宄。

Draganescu ?^[28]等人通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，建立了數(shù)控機床能量效率與工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，主要用于估算數(shù)控機床加工過程中的能耗。英國曼切斯特大學的Mativenga ^[29]等分析列出了在刀具切削時空載的功率和刀具變化是影響能量消耗的關(guān)鍵因素，針對此建立了以減少能源消耗和碳排放為優(yōu)化目標的參數(shù)模型；美國麻省理工學院的Timothy Gutowski^[3Q]等從動力學角度分析闡述建立了機械加工生產(chǎn)過程的能耗去向及能耗動態(tài)平衡方程；斯圖加特大學的以扣₁11^1'^[31]在數(shù)控機床的能源消耗預測和優(yōu)化中介紹了一種基于數(shù)控機床能源消耗的建模方法，其可以預測數(shù)控機床的實際耗電量和在任意情況下優(yōu)化數(shù)控機床的能耗，以精益模型為基礎(chǔ)，提出了一種測量實際能源消耗的方法。

文獻[32]中曼徹斯特大學的Vincent Aizebeoje Balogun等利用可視化跟蹤加工

過程的碳足跡，建立了一個新的數(shù)學模型并且邏輯預測加工刀路中的直接電能源需求，并為數(shù)控機床電能需求預算提供了有價值的信息，如機器模塊、紡錘波，輔助單位和運動狀態(tài)。這些知識在評估和重新設(shè)計數(shù)控機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[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床能耗，又通過實驗數(shù)據(jù)分析求出相應的參數(shù)。文獻[37]中Gara等人指出在加工中心里機床換刀時間會隨著刀位的變化而變化，并給出了主軸自動換刀時間的理論計算公式。

文獻[38]中M.Mori等從數(shù)控機床的主軸電機和伺服電機方面進行了重點研宄，以減少能源消耗。在數(shù)控機床中主軸電機和伺服電機能量消耗有兩個最主要的原因：1)主軸轉(zhuǎn)速的改變和工作臺的移動2)提供切削力和克服切削阻力。所以從兩個方面來減少能源的消耗：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間。

當下國內(nèi)諸多學者在針對機床能耗方面也展開了許多應用研宄工作，如：

重慶大學與英國諾丁漢大學合作，以產(chǎn)品生命周期為主線，開展了機械加工過程信息監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)的研宄，為整個機械加工制造過程能耗數(shù)據(jù)的獲取提供了較為詳細的技術(shù)支持^[39];華中科技大學的高亮等從優(yōu)化方法與優(yōu)化模型兩方面對數(shù)控加工參數(shù)進行研宄，認為切削速度、進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隊在對機電產(chǎn)品制造企業(yè)的生產(chǎn)過程中的資源環(huán)境屬性進行系統(tǒng)的研宄基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了 24種常見加工制造工藝的資源環(huán) 境屬性數(shù)據(jù)庫^[41]，建立了包含能耗指標的綠色制造生產(chǎn)過程多目標集成決策理論

模型[42-4_3]。

文獻[44]中呂景祥等人利用動素分析的方法通過對數(shù)控機床加工過程中的加工參數(shù)進行優(yōu)化，從而完善了以往的數(shù)控機床能耗計算模型。文獻[45]中首先將數(shù) 控機床運行過程分為啟動、空載和切削三個部分，然后通過實驗測量獲取數(shù)控機床啟動、閑置和切削過程的離散速度，再通過數(shù)據(jù)分析擬合出不同加工速度下的數(shù)控機床能耗曲線，從而預測出不同加工速度下的數(shù)控機床能耗。文獻[46]中何彥等提出在生產(chǎn)作業(yè)的加工過程中也要考慮能源消耗和環(huán)境影響，為了達到此目的，需要建立一個多準則模型，該問題的關(guān)鍵是要先建立一個矩陣，矩陣中的每行每列數(shù)值都是由每臺機器上每個零件加工過程的能源消耗和環(huán)境影響的估值所確定的。

文獻[47]中提出在制造系統(tǒng)能源消耗中建立一個具有任務(wù)導向的建模方法，

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，通過運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]等建立了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)動態(tài)能耗模型關(guān)系，深入剖析了機床各組成部分的能耗規(guī)律。文獻

[49] 中王秋蓮等提出了基于數(shù)控機床的多能量流的能耗功率平衡方程，通過分析數(shù)控機床各組成部分能耗特性建立了數(shù)控機床多源能量系統(tǒng)數(shù)學模型。文獻[50] 中許建弟等針對數(shù)控機床主軸電機空載能效低這一問題，從調(diào)節(jié)主軸電機電壓這一角度出發(fā)，研宄降低數(shù)控機床能耗的措施。

文獻[51]中賈順等人提出了一種基于動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素功率并借助實驗建立切削功率模型。王堅教授與IAC的研宄角度比較類似，都主要針對的是制造企業(yè)，而對制造企業(yè)的具體制造過程的能耗研究不足；同濟大學李國偉^[52]等提出了高能效制造的概念，從產(chǎn)品全生命周期各個階段的資源效用評價入手，認為從設(shè)備優(yōu) 化、過程優(yōu)化和管理優(yōu)化這幾個方面可實現(xiàn)高能效制造；中國科技大學陳華平^[53]等針對工件尺寸，以極小化總完工時間為目標，對批調(diào)度的蟻群算法進行了研宄；浙江大學的唐任仲教授^[54]按照加工工序?qū)⒅圃爝^程分為一系列的基本活動，提出了一種基于活動的成本法來計算制造過程的碳排放量，碳排放量計算為制造過程中無效能耗的折算提供了一種方法；哈爾濱工業(yè)大學的宮運啟^[55]教授所在的研究團隊在重點研宄了制造過程能量消耗的特點后，主要利用CBR技術(shù)建立了能耗知識的語義模型，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了能耗預測仿真模型。

綜上所述，當前國內(nèi)外的科研工作者對機械加工過程中的數(shù)控機床能耗特性已經(jīng)展開了大量研究，針對不同工件加工工藝建立了不同的能耗模型，但大多數(shù) 集中在數(shù)控機床總的能耗分析或能量效率傳遞方面，在針對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng) 的能量消耗特性領(lǐng)域研宄不是很多，在當前大的環(huán)境下，從各個不同的方面對制造系統(tǒng)展開全面深入細致的研宄工作是必不可少的。

本文采摘自“數(shù)控加工中心主傳動系統(tǒng)能耗特性及運行節(jié)能技術(shù)研究”，因為編輯困難導致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學習參考，轉(zhuǎn)載請注明！

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