面向数控机床功率模型的加工工艺分析及优化

发布时间：2021-01-05 07:34

　　当今社会,环境和能源是全民关注的两大热点问题,节约能源、净化环境是新一次工业革命的主要内涵。工业活动对环境和能源均有显著影响,工业领域中的电能消耗约占全球电能消耗总量的60%以上。数控机床作为制造业的主体,具有大功率、高能耗的特点,加工工艺对能耗影响显著,加工工艺的多样性使得数控机床具有较大的节能空间。因此,对数控机床的功率特点开展研究并建立精确的预测模型,能够为加工过程的多目标权衡分析与优化、分析加工过程的节能策略提供理论支撑。然而,现有的数控机床功率模型无论是在机床层面建立的还是在系统层面建立的,都不能与实际加工过程的切削参数等其它加工工艺进行结合,无法根据切削参数等输入条件准确地预测切削功率。因此,从切削原理的角度揭示切削参数、刀具路径、刀具磨损等因素与切削功率之间的关系,开展数控机床功率预测模型的建模及应用研究,分析不同切削参数对能耗的影响重要度等级,能够为面向低能耗制造的加工工艺多目标权衡分析提供理论支撑。结合制造业中低能耗、高效率的要求,本文以机械式主轴的中型立式加工中心为研究对象,分析了该类型数控机床不同工作状态下的功率进行分析,根据数控机床工作过程的时间顺序及其功率的影... 

【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】：135 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１中国各领域能源消耗状况分布图??

数控机床的额定功率通常高达几千瓦甚至几十千瓦，对能源的消耗量较大Ｗ。??据统计，制造业中的能源消耗占全世界总能耗的３７％，但是用于加工去除材料过??程的净能耗仅占不到１／４?（如图１－２）。不同国家不同行业领域的专家普遍认为，??低能耗制造技术是有效降低制造业环境污染的根本方法之一。近年来，国内外研??究学者对低能耗制造相关问题开展／广泛研究环境的改善总是与Ｔ业技术的??进步有着密切的关系，也离不开能源利用率的提高和制造技术的创新发展，因此??制造业中的能耗作为一个全球性的概念，引起了学术界、工业界和政府部门对该??问题的高度关注。国际能源署（ＩＥＡ，?２０１５）发布的《能源技术展望２０１５》中指出，??电能耗在终端能源总消费中占比达２６％，?２０１２年能源行业碳排放占全球碳排放的??三分之二左右，因此支持制造业的创新对于所有低碳技术都是至关重要的。??加工去除材料的??觀５??图１－２制造业能耗在全球总能耗中的分布图??我国工业能耗占全社会能耗的７０％以上，工业排放污染是我国污染的主要来??源。因此

元素分解成目标、准则、方案等层次的数学分析和决策方法，并在此基础之上对??其进行定性和定量分析。层次分析法体现了分解、判断、综合的思维特征，具体??分析步骤如下图１－３所示：??〈开始〉??决策问题??上?ｊ??ｍ结？建立判断矩阵层次单排序—致性检验??决策结果＜—一?一致性检验?层次总排序＾—??Ｉ?ｓｔ－￣￣Ｉ?是?否??图１－３层次分析法的分析流程图??１．４任务来源及主要研究内容??１．４．１任务来源??通过分析上述文献和己有的研宄成果可以发现，目前对数控加工过程低能耗??方面的研宄正逐渐深入，更多学者试图从数控机床的各部件能耗特点及能量流动??特性来开展研究，并致力于建立更完善的数控机床功率模型，以便将其用于加工??过程的多目标优化及节能策略分析。现有的数控机床功率模型缺乏对切削参数与??切削功率之间影响机理的研宄。因此需要从切削机理角度，研宄切削参数、刀具??磨损等因素与功率之间的影响规律，建立数控机床的功率预测模型：研究表明，??刀具磨损首先通过影响切削力的变化，进而对功率产生一定程度的影响，刀具磨??损量与切削功率变化规律之间的关系还需进一步研宄，以使得功率模型更符合实??际加工情况；加工工艺的多目标优化研究也有很多学者展开

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于产品生命周期的绿色制造技术研究现状与展望[J]. 汪劲松,段广洪,李方义,杨向东,张洪潮.  计算机集成制造系统-CIMS. 1999(04)

博士论文
[1]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

硕士论文
[1]数控铣床主传动系统能耗特性及运行节能技术研究[D]. 马峰.武汉科技大学 2015



本文编号：2958285