本章首先分析了精工機(jī)床的能量流系統(tǒng)，主要包括精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn) 給傳動(dòng)系統(tǒng)，而精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)又可以細(xì)化為電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 兩部分，然后通過對主傳動(dòng)系統(tǒng)所包含的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分別 描述分析和建模，再將這兩個(gè)部分有機(jī)的聯(lián)系起來，得出精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的 能量流模型，為后續(xù)章節(jié)建立功率能耗模型提供理論支撐。
關(guān)于軸承熱量主要來自摩擦，其中熱量的傳遞是三種基本形式：熱對流、熱傳導(dǎo)、 和熱輻射。與傳導(dǎo)熱和對流熱相比，輻射熱影響很小，分析和計(jì)算時(shí)，忽略其大小。 軸承的熱量傳遞是空間三維問題，實(shí)際情況非常復(fù)雜。為了分析，做了下列簡化假設(shè):
五軸聯(lián)動(dòng)精工技術(shù)是精工技術(shù)中難度******、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)，體現(xiàn)在它 集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體[1]。五軸聯(lián)動(dòng)精工機(jī)床是 五軸聯(lián)動(dòng)精工技術(shù)的集中體現(xiàn)，它是在三軸精工機(jī)床X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸 的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，加工時(shí)實(shí)現(xiàn)五個(gè)軸的同時(shí)動(dòng)作，使刀具可以在任何一 點(diǎn)以任意角度對零件進(jìn)行切削加工，所以五軸聯(lián)動(dòng)精工機(jī)床被認(rèn)為是加工連續(xù)、 平滑和多復(fù)雜曲面零部件最有效的手段之一[2]。根據(jù)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的組合形式，五 軸聯(lián)動(dòng)精工機(jī)床大體上分為：雙轉(zhuǎn)臺式、雙擺頭式以及轉(zhuǎn)臺加擺動(dòng)三類，其中雙 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)精工機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等特點(diǎn)，市場上數(shù)量最 多動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。
1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制出世界上第一臺PLC(Programmable Logical Control，可編程邏輯控制器)，由于它功能強(qiáng)大、可靠性好、抗干擾能力 強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)逐步替代繼電器廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。在精工領(lǐng)域，PLC作 為精工系統(tǒng)的一部分負(fù)責(zé)完成機(jī)床順序邏輯動(dòng)作控制，在精工系統(tǒng)配置機(jī)床時(shí)相 當(dāng)于一個(gè)接口[12]，如圖1.2所示。
綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)外的科研工作者對機(jī)械加工過程中的精工機(jī)床能耗特性 已經(jīng)展開了大量研究，針對不同工件加工工藝建立了不同的能耗模型，但大多數(shù) 集中在精工機(jī)床總的能耗分析或能量效率傳遞方面，在針對精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 的能量消耗特性領(lǐng)域研宄不是很多，在當(dāng)前大的環(huán)境下，從各個(gè)不同的方面對制 造系統(tǒng)展開全面深入細(xì)致的研宄工作是必不可少的。
當(dāng)下在針對精工機(jī)床節(jié)能優(yōu)化方向的研宄有很多，但絕大多數(shù)體現(xiàn)在優(yōu)化數(shù) 控機(jī)床切削參數(shù)，工件加工工序或者電機(jī)電壓、電流方向等方向。但針對精工機(jī)床 主傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化研宄不是很多，特別是通過優(yōu)化精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸加速時(shí)間的方法來降低能耗的研宄，因此基于精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)提出優(yōu)化節(jié)能方案 具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。
本論文以XK713型精工機(jī)床為研宄對象，通過研宄精工加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)的能量流程及能量消耗特性，建立精工加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)能量消耗模型，并提出優(yōu)化 運(yùn)行節(jié)能方案，為后續(xù)精工機(jī)床能耗優(yōu)化實(shí)施及機(jī)床能耗監(jiān)控平臺的搭建奠定理 論基礎(chǔ)，全文主要內(nèi)容分為六章，全文組織結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，全文各個(gè)章節(jié)主 要內(nèi)容簡介如下：
少數(shù)普通機(jī)床和許多精工機(jī)床都是采用的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，通過齒輪傳動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)降速和擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，調(diào)速方式采用的是無極變速調(diào)節(jié)；而大多數(shù) 普通機(jī)床和少數(shù)精工機(jī)床采用的是三相異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)和多級齒輪變速裝 置的有級機(jī)械調(diào)速。兩種形式的傳動(dòng)系統(tǒng)從能量傳輸?shù)慕嵌葋砜床]有本質(zhì)區(qū)別， 由此可以推導(dǎo)出精工機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的一般形式。
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要包括切削功率和機(jī)械損耗功 率兩部分，而且主傳動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)能量流數(shù)學(xué)模型并非是簡單的將各 傳動(dòng)環(huán)節(jié)的動(dòng)能之和和能量損失之和相加，每一機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)之間是相互作用的， 但隨著傳動(dòng)環(huán)節(jié)距離的拉大，其影響會越來越小。
精工加工中心主軸旋轉(zhuǎn)加速功率主要包含兩部分，一部分主要為用于維持主軸自 身旋轉(zhuǎn)所消耗的功率Pm,另一部分主要是克服主軸機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)慣量使機(jī)床主軸加速時(shí)所消耗的功率，這一部分功率等于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量人、主軸電機(jī)角加速度和主軸電機(jī)加速度0的乘積，如式(5-6)所示，克服傳動(dòng)系統(tǒng)慣量所消耗的這 一部分能耗會隨著主軸變頻器的加速時(shí)間變化而變化。
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