数控铣床主传动系统能耗特性及运行节能技术研究

【摘要】：数控机床使用范围非常广泛，且数量惊人，但能量使用效率普遍较低，大多数数控机床的能量平均有效利用率都不到30%，因此数控机床能效提升潜力巨大。主传动系统能量的流动是数控机床加工系统能量流动的主体，主要体现在主传动系统中的能量流占整个数控机床加工系统传输能量的95%以上，因此探究数控机床主传动系统能耗特性，提出基于能量利用率方程的主传动系统运行节能措施对整个数控机床的优化节能都具有十分重要的意义。本论文主要对数控机床中应用较为广泛的数控铣床的主传动系统能耗特性和主轴优化节能技术进行了研究，主要研究工作如下： 首先，对主传动系统中的电机拖动系统和机械传动系统进行分别描述和建模，然后得出数控机床主传动系统通用的能量流数学模型，通过对主传动系统的能量流数学模型及其结构进行分析，建立了数控机床中应用较为广泛的数控铣床主传动系统功率平衡方程。 其次，通过建立的数控铣床主传动系统功率平衡方程推导出主传动系统能耗模型及能量利用率方程，通过对主传动系统能量利用率方程进行分析得出主传动系统的优化节能途径。 然后，基于提出的优化途径，建立主传动系统主轴旋转加速功率与加速时间的函数关系，通过选取合适的主轴变频器加速时间来降低主轴能耗，从而降低主传动系统总能耗，最终提高主传动系统能效。 最后，基于XK713型数控铣床进行了实验验证分析，实验结果表明了该方法的可行性。 【关键词】：数控铣床 主传动系统 能耗特性 主轴优化节能
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 机械加工系统能源消耗研究现状9-11
• 1.2.2 数控机床能耗特性研究现状11-13
• 1.2.3 数控机床能效评估及能耗优化研究现状13-15
• 1.3 研究内容及组织结构15-17
• 第2章 数控机床主传动系统的能量流模型17-23
• 2.1 机械传动系统能量传输数学模型18-20
• 2.2 电动机拖动系统能量传输数学模型20-21
• 2.3 主传动系统能量传输数学模型21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 数控铣床主传动系统功率特性研究23-35
• 3.1 数控铣床主传动系统组成23-24
• 3.2 数控铣床主传动系统功率特性24-33
• 3.2.1 数控铣床主传动系统切削功率特性24-27
• 3.2.2 数控铣床主传动系统电机损耗功率特性27-29
• 3.2.3 数控铣床主传动系统机械传动功率特性29-33
• 3.3 数控铣床主传动系统功率平衡方程33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 数控铣床主传动系统能耗分析35-41
• 4.1 数控铣床主传动系统能耗模型35-38
• 4.1.1 数控铣床主传动系统切削能耗模型36-37
• 4.1.2 数控铣床主传动系统电机能量损耗模型37
• 4.1.3 数控铣床主传动系统机械传动能量损耗模型37-38
• 4.2 数控铣床主传动系统能量利用率方程38-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第5章 数控铣床主传动系统节能优化与实验验证41-57
• 5.1 数控铣床主传动系统节能分析41-43
• 5.2 主传动系统主轴优化节能方法43-44
• 5.3 主传动系统主轴旋转加速功率方程及能耗模型44-47
• 5.4 优化某数控铣床主轴变频器加速时间及实验验证47-56
• 5.4.1 XK713 型数控铣床参数分析47-49
• 5.4.2 基于 XK713 型数控铣床开展实验验证49-56
• 5.4.2.1 验证主轴旋转加速功率方程和能耗模型49-54
• 5.4.2.2 验证基于主轴变频器加速时间的主传动系统能耗优化方法54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第6章 结论与展望57-59
• 6.1 论文总结57
• 6.2 发展与展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目66-67
• 详细摘要67-71

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