面向数控机床动态加工过程的能耗建模与仿真方法

发布时间：2017-09-06 09:41

  本文关键词：面向数控机床动态加工过程的能耗建模与仿真方法

  更多相关文章： 数控机床 动态加工 多能量源 能耗评估

【摘要】：节能减排是我国制造业的一项重要科技发展方向。机床是制造业的重要组成部分,而且我国量大面广的机床的能耗总量巨大且有效能量利用率低。减少机床的能量消耗是我国制造业实现节能减排的策略之一。机床能量消耗过程的评估和分析是减少机床能量消耗的基础。现有的机床能耗评估和分析的研究主要集中在机床的基础性能耗、工艺性能耗和结构性能耗等方面的研究,缺乏对机床动态加工过程能耗的研究。为此,本论文针对数控加工过程中数控机床能量源多、加工任务及其加工参数的动态变化等特点,提出了一种面向数控机床动态加工过程的能耗建模与仿真方法。主要工作如下:对数控机床的能耗动态性进行分析。在对数控机床多能量源构成分析的基础上,对数控机床加工过程能耗动态性进行分析,包括:分析了数控机床的能耗受动态变化加工任务的影响、分析了数控机床的能耗受机床及多能量源动态变化的运行状态的影响、分析了数控机床多能量源的能耗受变化的加工参数的影响。在此基础上,结合分层的面向对象Petri网(HOONet)和部件能耗模型对数控机床动态加工过程的能耗进行建模。其中,通过构建HOONet模型的几何结构来对受数控机床及多能量源的运行状态影响的能耗进行建模;通过定义HOONet模型的着色token及其相关属性来对受数控机床的加工任务和加工参数影响的能耗进行建模;通过建立部件能耗模型来对受加工参数影响的能耗进行建模,为HOONet提供受加工参数影响的能耗数据。在以上研究的基础上,采用MATLAB/Stateflow语言对上述模型进行仿真实现。通过仿真三个工件的数控机床动态加工过程,从数控机床角度和加工任务角度综合分析了数控机床动态加工过程的能耗信息,证明了本论文方法的可行性和有效性。
【关键词】：数控机床 动态加工 多能量源 能耗评估
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 论文选题背景8-9
• 1.1.1 制造业能耗巨大8-9
• 1.1.2 机床节能潜力可观9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 论文研究目的意义及项目来源11-12
• 1.3.1 论文研究目的和意义11-12
• 1.3.2 论文项目来源12
• 1.4 论文研究内容的体系结构12-14
• 2 数控机床的能耗动态特性分析14-20
• 2.1 数控机床多能量源构成14-15
• 2.1.1 数控机床工作原理14-15
• 2.1.2 数控机床多能量源的能耗构成15
• 2.2 数控机床加工过程能耗动态性分析15-18
• 2.2.1 数控机床加工任务的动态性分析15-16
• 2.2.2 数控机床及多能量源的运行状态的动态性分析16-17
• 2.2.3 多能量源受加工参数影响的动态特性分析17-18
• 2.3 本章小结18-20
• 3 数控机床动态加工过程的能耗建模20-42
• 3.1 建模框架20-21
• 3.2 数控机床加工过程Petri网建模21-33
• 3.2.1 分层的面向对象Petri网—HOONet的定义21-24
• 3.2.2 机床层HOONet模型24
• 3.2.3 运行状态层HOONet模型24-28
• 3.2.4 能耗部件层HOONet模型28-33
• 3.3 数控机床部件的能耗建模33-37
• 3.3.1 能耗部件的功率消耗模型33-35
• 3.3.2 能耗部件的时间消耗模型35-37
• 3.4 数控机床部件能耗的动态驱动过程37-40
• 3.4.1 数控机床动态加工过程的能耗计算37-39
• 3.4.2 驱动模型39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 数控机床动态加工过程的能耗仿真与分析42-68
• 4.1 Petri网仿真基础42-45
• 4.1.1 有限状态机简介及Stateflow仿真应用基础42-44
• 4.1.2 基于Stateflow的Petri网仿真方法44-45
• 4.2 能耗模型的Stateflow实现45-52
• 4.2.1 系统的实体及实体状态分析45-47
• 4.2.2 模型实现47-52
• 4.3 案例分析52-67
• 4.3.1 棒料零件车削能耗分析52-59
• 4.3.2 差动壳体车削能耗分析59-62
• 4.3.3 托盘零件加工能耗分析62-67
• 4.4 本章小结67-68
• 5 结论与展望68-70
• 5.1 结论68
• 5.2 后续研究工作及展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-78
• 附录78
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文78
• B.作者在攻读硕士学位期间从事的主要研究工作78
• C.作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利78
• D.作者在攻读硕士学位期间所获奖励78

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本文编号：802388