数控机床能耗建模与面向能量的加工参数优化
发布时间：2022-02-08 14:18
数控机床是机电液一体化典型产品,在精密复杂零件加工、零件批量和多品种加工上有着广泛应用。我国是全球最大的机床消费市场,机床的年产量和年产值比例仍在逐步增长。作为制造业的基础装备,机床使用阶段耗电量巨大,间接碳排放高。对数控加工过程进行能耗建模、评估与优化可以节约能源,减少加工过程环境污染,增加企业利润,对制造业绿色健康发展具有战略意义。综合国内外能源资源消耗与环境排放形势,行业生产工艺现状与机床节能减排潜力,环境影响法律法规与我国绿色制造工程强国战略等,均对数控机床能耗建模及其加工过程能量效率提升相关课题研究提出了迫切需求。本文依托国家高技术研究发展计划项目（863计划）——面向机床和工程机械产品的绿色工艺技术评估及相关基础数据库开发,对数控机床产品能量消耗建模与面向能量的数控加工参数优化问题进行了深入研究,主要工作如下:（1）首先从数控机床能耗系统构成、能量传递与损耗环节、加工过程运行状态变化、能耗可变与固定属性角度对数控机床复杂能耗特点进行概述。其次从能耗分解方式、条件假设与忽略处理、数学建模方法、实验设计与数据处理上系统阐述了数控机床能耗建模方法。提出本文基于运行状态变化,以机理...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－?１数控机床能量效率优化研宄内容??１．４．１机床设计节能??
图１－?２论文框架??
容枳／液压／机械损失??图２－?２数控机床部分系统能量传递示意??在图２－２中，能量传递伴随电机损耗、机械损耗、液压损耗［１３４］。电机能量损耗包??括定子、绕组、摩擦、风阻等损耗。定子损耗是由于磁化定子铁心和铁心内部形成感应??电流引起；绕组损耗是电流通过铜线发热引起；摩擦损耗是由电机轴承摩擦引起；风阻??损耗是由冷却风扇和转子受风阻引起。数控机床机械能量一部分用于传动做功，一部分??用于对工件做功，一部分用于克服摩擦阻力做功也称为机械损耗。机械损耗包括库伦摩??擦损耗与粘性摩擦损耗，这部分损耗与角速度密切相关。液压能量损耗包括容积、液压??和机械损失。容积损失是由于系统存在泄漏产生压力差引起；液压损失由于润滑冷却油??液经过管道和阀体造成摩擦而引起；液压系统中的机械损失是零件间相对运动产生摩檫??引起。机床吹气和气动装置中将产生气体泄漏和压力损耗。??２．?３．?３多状态运行耗能特性??从机床加工过程运行状态来看，机床能耗运行状态主要包括启动状态、待机状态、??主轴加速与制动状态、空载状态、切削状态、辅助状态、停机状态。图２－３显示了一个??简单的铣床加工过程运行状态和功率曲线示意图。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]车间的压缩空气系统的改进[J]. 刘柏均. 科技创新与应用. 2017(08)
[2]面向能量效率的数控铣削加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,朱岩涛,李丽,陈行政. 机械工程学报. 2016(21)
[3]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[4]基于低能耗的平面端铣削粗/精加工参数全局多目标优化[J]. 李爱平,鲍进,李聪,刘雪梅,谢楠. 中国机械工程. 2015(14)
[5]基于支持向量机数控机床切削能耗预测方法研究[J]. 陈薇薇,张华,向琴,张业祥. 机械设计与制造. 2014(11)
[6]刀具耐用度公式推导过程[J]. 叶洪涛. 工具技术. 2013(12)
[7]数控机床进给系统功率模型及空载功率特性[J]. 胡韶华,刘飞,胡桐. 重庆大学学报. 2013(11)
[8]机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势[J]. 刘飞,王秋莲,刘高君. 机械工程学报. 2013(19)
[9]基于动素的切削功率建模方法及其在车外圆中的应用[J]. 贾顺,唐任仲,吕景祥. 计算机集成制造系统. 2013(05)
[10]数控机床多源能量流的系统数学模型[J]. 王秋莲,刘飞. 机械工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]数控加工过程能耗优化及（火用）损失评价方法研究[D]. 李林.哈尔滨工业大学 2016
[2]数控机床工作精度检验中的运动控制指标作用机理研究[D]. 谢东.电子科技大学 2015
[3]面向低碳制造的机械加工工艺过程能量需求建模与智能计算研究[D]. 贾顺.浙江大学 2014
[4]面向低碳制造的数控机床能量供给建模研究[D]. 吕景祥.浙江大学 2014
[5]变频调速数控机床运行过程能量特性及节能技术研究[D]. 施金良.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于碳排放的机加工工艺方案评估与参数优化[D]. 徐兴硕.山东大学 2017
[2]典型机床加工能耗分析与切削磨削比能预测研究[D]. 严灿.湖南科技大学 2016
[3]滚珠丝杠副冷却润滑特性机理及试验研究[D]. 周海燕.南京理工大学 2016
[4]数控机床典型加工过程仿真及能耗优化方法研究[D]. 张硕.哈尔滨工业大学 2015
[5]数控磨削过程能耗/碳排放模型分析与优化研究[D]. 郭登月.哈尔滨工业大学 2013
[6]高速电主轴冷却系统的仿真分析[D]. 周寅成.兰州理工大学 2013
[7]数控机床能量模型及其应用研究[D]. 王信锐.大连理工大学 2013
[8]数控万能双摆头的气液两相润滑冷却系统设计[D]. 王逸群.浙江大学 2013
[9]面向低能耗的切削加工优化[D]. 李鹏.哈尔滨工业大学 2012
[10]数控机床进给系统能量特性研究[D]. 胡桐.重庆大学 2012
本文编号：3615217
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－?１数控机床能量效率优化研宄内容??１．４．１机床设计节能??
图１－?２论文框架??
容枳／液压／机械损失??图２－?２数控机床部分系统能量传递示意??在图２－２中，能量传递伴随电机损耗、机械损耗、液压损耗［１３４］。电机能量损耗包??括定子、绕组、摩擦、风阻等损耗。定子损耗是由于磁化定子铁心和铁心内部形成感应??电流引起；绕组损耗是电流通过铜线发热引起；摩擦损耗是由电机轴承摩擦引起；风阻??损耗是由冷却风扇和转子受风阻引起。数控机床机械能量一部分用于传动做功，一部分??用于对工件做功，一部分用于克服摩擦阻力做功也称为机械损耗。机械损耗包括库伦摩??擦损耗与粘性摩擦损耗，这部分损耗与角速度密切相关。液压能量损耗包括容积、液压??和机械损失。容积损失是由于系统存在泄漏产生压力差引起；液压损失由于润滑冷却油??液经过管道和阀体造成摩擦而引起；液压系统中的机械损失是零件间相对运动产生摩檫??引起。机床吹气和气动装置中将产生气体泄漏和压力损耗。??２．?３．?３多状态运行耗能特性??从机床加工过程运行状态来看，机床能耗运行状态主要包括启动状态、待机状态、??主轴加速与制动状态、空载状态、切削状态、辅助状态、停机状态。图２－３显示了一个??简单的铣床加工过程运行状态和功率曲线示意图。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]车间的压缩空气系统的改进[J]. 刘柏均. 科技创新与应用. 2017(08)
[2]面向能量效率的数控铣削加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,朱岩涛,李丽,陈行政. 机械工程学报. 2016(21)
[3]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[4]基于低能耗的平面端铣削粗/精加工参数全局多目标优化[J]. 李爱平,鲍进,李聪,刘雪梅,谢楠. 中国机械工程. 2015(14)
[5]基于支持向量机数控机床切削能耗预测方法研究[J]. 陈薇薇,张华,向琴,张业祥. 机械设计与制造. 2014(11)
[6]刀具耐用度公式推导过程[J]. 叶洪涛. 工具技术. 2013(12)
[7]数控机床进给系统功率模型及空载功率特性[J]. 胡韶华,刘飞,胡桐. 重庆大学学报. 2013(11)
[8]机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势[J]. 刘飞,王秋莲,刘高君. 机械工程学报. 2013(19)
[9]基于动素的切削功率建模方法及其在车外圆中的应用[J]. 贾顺,唐任仲,吕景祥. 计算机集成制造系统. 2013(05)
[10]数控机床多源能量流的系统数学模型[J]. 王秋莲,刘飞. 机械工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]数控加工过程能耗优化及（火用）损失评价方法研究[D]. 李林.哈尔滨工业大学 2016
[2]数控机床工作精度检验中的运动控制指标作用机理研究[D]. 谢东.电子科技大学 2015
[3]面向低碳制造的机械加工工艺过程能量需求建模与智能计算研究[D]. 贾顺.浙江大学 2014
[4]面向低碳制造的数控机床能量供给建模研究[D]. 吕景祥.浙江大学 2014
[5]变频调速数控机床运行过程能量特性及节能技术研究[D]. 施金良.重庆大学 2009
硕士论文
[1]基于碳排放的机加工工艺方案评估与参数优化[D]. 徐兴硕.山东大学 2017
[2]典型机床加工能耗分析与切削磨削比能预测研究[D]. 严灿.湖南科技大学 2016
[3]滚珠丝杠副冷却润滑特性机理及试验研究[D]. 周海燕.南京理工大学 2016
[4]数控机床典型加工过程仿真及能耗优化方法研究[D]. 张硕.哈尔滨工业大学 2015
[5]数控磨削过程能耗/碳排放模型分析与优化研究[D]. 郭登月.哈尔滨工业大学 2013
[6]高速电主轴冷却系统的仿真分析[D]. 周寅成.兰州理工大学 2013
[7]数控机床能量模型及其应用研究[D]. 王信锐.大连理工大学 2013
[8]数控万能双摆头的气液两相润滑冷却系统设计[D]. 王逸群.浙江大学 2013
[9]面向低能耗的切削加工优化[D]. 李鹏.哈尔滨工业大学 2012
[10]数控机床进给系统能量特性研究[D]. 胡桐.重庆大学 2012
本文编号：3615217
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