数控加工中心主传动系统节能分析
第5章数控加工中心主传动系统节能优化与实验验证
5.1数控加工中心主传动系统节能分析
通过对第四章中的式(4-17)分析后可知，可以通过多种途径达到降低数控加工中心 主传动系统能耗的目的：如改进工件加工工艺，优化加工时间，降低工件加工过 程中的待机空载时间；合理规范数控加工中心操作方法，降低数控加工中心加工过程中的 辅助系统能耗和各种机械损耗等。接下来通过具体的分析得到主传动系统相应的 节能优化措施。
首先引入切削负载率^的概念，将数控加工中心的实际切削功率与额定切削功率之比定义为切削负载率在一般实际加工情况下，实际切削功率都小于额定切 削功率，而主传动系统的各种损耗可粗略的由式(5-2)估算出。
① 降低数控加工中心主传动系统的各种损耗功率，即提高数控加工中心主传动系统输 出功率与输入功率之比；
数控加工中心主传动系统的各种损耗功率主要由电动机电损功率尸_、附加载荷损耗功率pad、电机的铜损、铁损以及机械传动损失功率/?等构成，如式(5-4) 所示。
由上式可知，数控加工中心主传动系统各种损耗功率主要与主轴旋转角转速有关，而主轴旋转角转速又由变频器的频率等参数控制，因此首先可通过控制变频 器的频率来优化主轴旋转角速度，从而优化主轴转速，通过选取合理的主轴转速 来降低电机损耗，达到降低数控加工中心主传动系统能耗的目的。
② 提高数控加工中心主传动系统切削负载率；
在数控加工中心加工过程中要提高主传动系统切削负载率，可采取选择合适的切 削用量，采用高速切削，增加单位体积内工件材料的切削体积，有关研宄表明， 在大大提高切削速度的情况下，数控机床的切削功率将会提高30%至40%左右， 而切削力则会降低30%左右，选择尽量大的背吃刀量，在确定好本工序加工余量 的前提下能一次走到就完成；选择合理的加工路线，在保证工件加工精度和 粗糙度的前提下，尽量减少刀具的走刀路径，降低刀具在移动过程中的空载移动 时间；安装功率监控器以使机床保持的运行状态等多种方式达到目的。
③ 降低加工过程的空载率c;，提高实载率a;;
改进数控加工中心变速结构和减小变速时间（如采用预先变速和无极变速等），改 进夹具结构，减小换刀和工件装夹时间，安装空载自动启动装置，提高自动化程 度，减少辅助时间，改进数控加工中心主轴旋转加速的启动时间（如选取合理的变频器加速时间等），均有助于降低空载率c;。
数控加工中心完整的运行时间主要包括：启动时间、待机时间、加工时间和停机 时间四个部分，每一部分时间又是由几部分子时间所构成，其中启动时间、待机 时间和停机时间属于空载时间的范畴。在总运行时间不变的情况下，优化空载时间可以降低空载率c;，由于机床的空载率c;降低了，从另一个方面说明数控加工中心的切削负载率增加了，即降低了空载功率，提高了切削功率，从而起到优化主传 动系统能耗的目的。
综上所述，由于数控加工中心结构较为复杂，想要从源头上降低数控加工中心电机损 耗或者传动损耗可能需要更改机床电机的设计，在实际操作中是很难实现的，大 多学者的研宄都从优化切削参数，提高数控加工中心切削负载的角度入手，以达到提 高机床效率的目的，本论文将从改进主轴旋转加速的启动时间，优化主轴变频器 加速时间的角度入手展开研究，由于主轴变频器加速时间属于数控加工中心启动时间 范畴，因此对变频器加速时间进行优化，即对启动时间进行优化，由前文可知启 动时间又属于空载时间的组成部分，优化了启动时间即优化了空载时间，即优化 了空载率，降低了空载功率，从而降低了数控加工中心主轴能耗，提高了数控加工中心主 轴能效，又由于数控加工中心主轴是主传动系统的主要组成部分，其能耗占据了主传 动系统总能耗的很大一部分，因此主轴能耗降低即相当于数控加工中心主传动系统的 总能耗也相应的降低了，从而达到了优化主传动系统能耗的目的。
本文采摘自“数控加工中心主传动系统能耗特性及运行节能技术研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！
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首先引入切削负载率^的概念，将数控加工中心的实际切削功率与额定切削功率之比定义为切削负载率在一般实际加工情况下，实际切削功率都小于额定切 削功率，而主传动系统的各种损耗可粗略的由式(5-2)估算出。
① 降低数控加工中心主传动系统的各种损耗功率，即提高数控加工中心主传动系统输 出功率与输入功率之比；
数控加工中心主传动系统的各种损耗功率主要由电动机电损功率尸_、附加载荷损耗功率pad、电机的铜损、铁损以及机械传动损失功率/?等构成，如式(5-4) 所示。
由上式可知，数控加工中心主传动系统各种损耗功率主要与主轴旋转角转速有关，而主轴旋转角转速又由变频器的频率等参数控制，因此首先可通过控制变频 器的频率来优化主轴旋转角速度，从而优化主轴转速，通过选取合理的主轴转速 来降低电机损耗，达到降低数控加工中心主传动系统能耗的目的。
② 提高数控加工中心主传动系统切削负载率；
在数控加工中心加工过程中要提高主传动系统切削负载率，可采取选择合适的切 削用量，采用高速切削，增加单位体积内工件材料的切削体积，有关研宄表明， 在大大提高切削速度的情况下，数控机床的切削功率将会提高30%至40%左右， 而切削力则会降低30%左右，选择尽量大的背吃刀量，在确定好本工序加工余量 的前提下能一次走到就完成；选择合理的加工路线，在保证工件加工精度和 粗糙度的前提下，尽量减少刀具的走刀路径，降低刀具在移动过程中的空载移动 时间；安装功率监控器以使机床保持的运行状态等多种方式达到目的。
③ 降低加工过程的空载率c;，提高实载率a;;
改进数控加工中心变速结构和减小变速时间（如采用预先变速和无极变速等），改 进夹具结构，减小换刀和工件装夹时间，安装空载自动启动装置，提高自动化程 度，减少辅助时间，改进数控加工中心主轴旋转加速的启动时间（如选取合理的变频器加速时间等），均有助于降低空载率c;。
数控加工中心完整的运行时间主要包括：启动时间、待机时间、加工时间和停机 时间四个部分，每一部分时间又是由几部分子时间所构成，其中启动时间、待机 时间和停机时间属于空载时间的范畴。在总运行时间不变的情况下，优化空载时间可以降低空载率c;，由于机床的空载率c;降低了，从另一个方面说明数控加工中心的切削负载率增加了，即降低了空载功率，提高了切削功率，从而起到优化主传 动系统能耗的目的。
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