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文檔簡介
1、機床作為最基礎(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,機床節(jié)能減排已經(jīng)成為低碳制造領(lǐng)域的熱點問題。為了推動機床節(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:
為獲取機床耗能信息,搭建可同時測量切削力和機床功率的數(shù)控機床能耗測試平臺?;谠撈脚_建立數(shù)控銑床加工階段能耗模型及機床切削比能模型,并將機床切削比能按照使用屬性不同劃分為四部分:機床固定比能,機床操作比能,材料
2、切削比能以及非生產(chǎn)比能,同時,對各部分比能進(jìn)行參數(shù)影響分析。利用該平臺測量機床輔助系統(tǒng)能耗,將其分為基礎(chǔ)模塊、間歇動作模塊及可選模塊,并引入開關(guān)函數(shù)對其建模,進(jìn)而建立機床固定比能模型。通過實驗及數(shù)據(jù)擬合建立機床空載能耗模型及機床操作比能模型。將主軸電機調(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-四個方向的進(jìn)給電機功率平衡方程。通過實驗獲得
3、XH715數(shù)控銑床的主軸電機功率與主軸轉(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)速時出現(xiàn)了功率最小值點。通過對影響機床操作比能的參數(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)驗公式。并通過單、雙因素實驗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,建立了機床非生產(chǎn)比能模型。綜上,為了降低機床的切削比能,在實際加工中應(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,建立了機床加工階段整機能耗模型,分析表明,基于所選參數(shù)的平面銑削機床的切削有效能占機床總功率的4.9%,而機床自身的運轉(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轉(zhuǎn)時間降低加工能耗
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