XH715數(shù)控銑床的能耗建模及其參數(shù)影響分析.pdf

1、機(jī)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(jī)床節(jié)能減排已經(jīng)成為低碳制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。為了推動(dòng)機(jī)床節(jié)能降耗的研究，本文選取XH715數(shù)控銑床進(jìn)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(jī)床耗能信息，搭建可同時(shí)測量切削力和機(jī)床功率的數(shù)控機(jī)床能耗測試平臺(tái)?；谠撈脚_(tái)建立數(shù)控銑床加工階段能耗模型及機(jī)床切削比能模型，并將機(jī)床切削比能按照使用屬性不同劃分為四部分:機(jī)床固定比能，機(jī)床操作比能，材料

2、切削比能以及非生產(chǎn)比能，同時(shí)，對各部分比能進(jìn)行參數(shù)影響分析。利用該平臺(tái)測量機(jī)床輔助系統(tǒng)能耗，將其分為基礎(chǔ)模塊、間歇?jiǎng)幼髂K及可選模塊，并引入開關(guān)函數(shù)對其建模，進(jìn)而建立機(jī)床固定比能模型。通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)擬合建立機(jī)床空載能耗模型及機(jī)床操作比能模型。將主軸電機(jī)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(jī)功率與主軸轉(zhuǎn)速之間的功率平衡方程;根據(jù)不同進(jìn)給方向的負(fù)載不同，分別建立X，Y，Z+，Z-四個(gè)方向的進(jìn)給電機(jī)功率平衡方程。通過實(shí)驗(yàn)獲得

3、XH715數(shù)控銑床的主軸電機(jī)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(jī)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(shí)出現(xiàn)了功率最小值點(diǎn)。通過對影響機(jī)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(jìn)給速度增加的變化規(guī)律。根據(jù)切削力經(jīng)驗(yàn)公式建立了切削比能模型，進(jìn)而得到平面銑削45＃鋼的切削比能經(jīng)驗(yàn)公式。并通過單、雙因素實(shí)驗(yàn)得出徑向切深對材料切削比能的影響最大，其次是進(jìn)

4、給量，影響最小的是軸向切深;根據(jù)負(fù)載損耗功率與切削功率的二次函數(shù)關(guān)系，建立了機(jī)床非生產(chǎn)比能模型。綜上，為了降低機(jī)床的切削比能，在實(shí)際加工中應(yīng)避免第一、二階段主軸轉(zhuǎn)速，并選擇合理的進(jìn)給量、大的軸向切深和徑向切深。
　　最后，建立了機(jī)床加工階段整機(jī)能耗模型，分析表明，基于所選參數(shù)的平面銑削機(jī)床的切削有效能占機(jī)床總功率的4.9％，而機(jī)床自身的運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間降低加工能耗