数控机床能量模型及其应用研究

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机床是典型的机械制造工艺设备,也是制造车间的主要能耗设备。我国是全球机械制造业大国,同时也是机床生产、消费第一大国,但是我国机床数控化率低、能效低。由于全球气候变暖和低碳经济的日益受到关注,低碳制造成为了新的研究热点。在机械制造领域,低碳制造的核心内涵就是资源和能源的节约。为了降低数控机床加工过程中所耗能源,研究数控机床的能耗模型和能量平衡方程,进而实现加工过程的能耗优化,具有非常重大的意义。本文通过查阅大量文献,明确了国内外关于低碳制造及机床能量模型与能耗计算的研究现状,对数控机床的功率平衡方程和能耗模型、加工过程的优化仿真及能耗计算进行了研究。其主要内容包括:根据CK7815型数控车床的结构、功能及其主要的技术参数,通过研究其加工过程的能量流程及进行能耗分析,建立了该机床的功率平衡方程及能耗模型,为研究计算加工过程的能耗奠定了理论基础;以阶梯轴作为典型加工对象,利用UG软件的建模、加工和后处理模块,获得了CK7815型数控车床车削阶梯轴的可执行的数控程序代码;使用VERICUT数控加工仿真软件调入生成的阶梯轴数控程序代码,对CK7815型数控车床车削典型加工对象的加工过程进行了仿真,获得了优化后的工艺参数,为对比研究和优化典型加工对象的加工能耗提供了数据参照;通过自行编写的Delphi程序读取数控程序代码,并根据典型加工对象加工过程中的各参数值及刀位轨迹的变化,运用所建立的CK7815型数控车床的功率平衡方程及能耗模型,实现了典型加工对象加工过程的切削能耗的计算。综合运用上述研究结果,针对多组不同的切削参数以及仿真优化确定的工艺参数,分别获得了典型加工对象加工过程的切削能耗,并进行对比研究,为优化典型加工对象的切削能耗指明了方向,也为分析研究机床能耗提供了可借鉴的有效方法。
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