机床固有能量效率的内涵及其评价方法

机床能量效率的评价是机床能效优化研究的基础。现有评价方法主要集中在机床加工过程的能量效率评价,对支持高能效机床设计的机床自身能量效率评价研究还存在不足和问题。为此,提出表征机床自身能量效率的机床固有能量效率新概念;它是机床加工能力范围内的未来可能的所有加工过程的综合平均能量效率。分析了机床固有能量效率的内涵,提出了机床固有能量效率的有效描述法即虚拟工件法;建立由固有比能效率、固有能量利用率两个综合评价指标和待机功率、当量启动能耗、当量空载功率、当量附加载荷损耗系数四个单项指标构成的机床固有能量效率评价指标体系;基于虚拟工件法,进行上述机床固有能量效率综合评价指标的获取方法研究,实现了机床固有能量效率评价。应用案例研究验证了所提方法的可行性和实用性。该方法可为高能效机床的设计、新制造系统的设计与组建以及高能耗设备改造提供支持,从而提升机床使用生命周期全过程的综合能量效率。     

机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势

机械加工系统量大面广,能量效率低,节能潜力和环境减排潜力巨大,并且涉及的科学问题多,因此,近年来对其能量效率问题的研究正在国际上迅速兴起。总结机械加工系统能量效率的广义内涵;对机械加工系统能量效率的研究现状进行总体概述和分类总结及分析;在此基础上,总结和提出由三类对象(机床、工件和系统)、五类基础技术问题(能耗环节和能耗组件能效问题、能量消耗与能量效率建模问题、机床与工件能量效率特性问题、能量效率评价问题和能量效率监控与管理问题)、两类功能技术(机械加工系统高能效优化运行技术和高能效机床优化设计技术)和两大目标(提升加工系统能量效率和开发高能效机床)组成的机械加工系统能量效率研究内容体系框架;最后提出和论述机械加工系统能量效率研究的5点发展趋势,即能量效率建模集成化、能量效率评价平台化、工件任务能耗定额化、系统运行能效最优化和机床设计能效综合化等。     

基于SOM-Kmeans的机床能效等级评价方法

机床能效等级评价是提高能源效率的基础。现有机床能效评价方法多运用能量利用率和比能等指标评价特定加工过程能效,未考虑加工能力对机床能效评价的影响,致使无法综合评价机床能效等级。为此,从机床加工能力和能耗特性角度构建机床能效等级评价指标,提出基于自组织映射神经网络-K均值(SOM-Kmeans)的机床能效等级评价方法。首先,分析机床加工能力特性和时段能耗特性,构建机床加工能力指标和多时段能耗特性指标;其次,运用SOM-Kmeans对机床能效信息进行聚类分析,并采用主成分分析法(PCA)对机床能效等级进行综合评价;最后,通过实际案例验证了所提方法的有效性和实用性。     

机械加工过程能效评价标准的内容框架和评价方法

本文为建立一套标准化的能效评价内容体系提出了机械加工过程能效评价标准的内容框架和评价方法。该方法首先建立机械加工过程能量效率评价标准的数学模型,然后建立包括能量利用率和比能效率的能效评价标准的指标体系,并给出离线基础数据获取与在线输入功率获取相结合的能效评价指标的获取方法。案例研究显示,机械加工过程能效评价标准的评价方法,能够为机床和工件能效评价,并为能效优化提供支持。     

制造系统能量效率研究的现状及难点问题

制造业量大面广,能耗总量巨大;提升制造系统能量效率已成为各国制造业可持续发展的关键战略,国际上的研究非常活跃。为此,总结了制造系统能量效率(又称能效)的内涵,分析和概述了制造系统能量效率的研究现状;在此基础之上,总结了制造系统能量效率的研究内容,并提出由三类研究对象(能耗行业、能耗系统以及能耗组件)、四类基础理论或技术(能效建模、能效特性、能效评价和能效监控)、两类功能技术(制造系统运行能效优化技术和高能效制造系统建设技术)以及一个根本目标(提高制造系统运行能量效率)组成的制造系统能量效率研究内容体系框架;最后,考虑到离散制造系统能量效率问题的研究起步较晚、过去重视不够以及其复杂性等因素,分析和总结出了离散制造系统能量效率研究有待深化的五个难点问题,即离散制造系统能量效率建模问题、精细评价问题、产品能耗定额问题、高能效多目标优化问题和高能效机床设计问题。     

机械制造系统能效评价的特点、研究现状及发展趋势

机械制造系统能效评价是对机械制造系统能量消耗状态和能量消耗过程及其能量效率的系统评价,它是机械制造系统降低能量消耗、提高能量效率的基础,其研究正在国际上兴起。首先,对机械制造系统能效评价的特点进行了分析,提出了能量消耗状态及其能效评价的多能量源特性和层次分布特性、能量消耗过程及瞬态能量效率的复杂多变性和产品全生命周期过程特性4个特点;然后,基于上述特点分析,对机械制造系统能效评价内容和能效评价指标的研究现状进行了分析;最后,指出了机械制造系统能效评价的发展趋势,即机械制造系统能效评价指标完整体系的建立、机械制造系统能效基础数据库的建立、机械产品和制造任务能量消耗的定额化、机械制造系统能效评价的标准化以及机械制造系统能效评价及能效提升的信息化支持平台开发等。     

机床机电主传动系统服役过程能量效率获取方法

制造系统能效评估及其机床能效评价研究正在国际上迅速兴起,生产现场的机床服役过程(Machine tools’ service process,MTSP)能量效率的方便获取是其关键问题之一。为此,对MTSP中机电主传动系统(Electro-mechanical main driving system,EMDS)能量效率获取方法进行研究。在分析机床能量效率内涵的基础上,基于MTSP中EMDS的时段能量模型,建立基于输入功率检测的和基于输出功率获取的两类4种EMDS能量效率模型;提出对应的能量效率模型中基础数据和基础系数特别是机床载荷损耗系数的获取方法;形成MTSP中EMDS能量效率获取方法。应用该方法,只需现场检测EMDS输入功率,就可获得MTSP中EMDS的现场能量效率。应用案例表明,应用本方法不仅能实现MTSP能量效率现场获取,而且误差较小;可用于机床及制造系统的能效评价、能效监控和能效优化研究中,具有较广阔的应用前景。     

面向高能效生产过程的监控与管理

为了监控高能效生产过程,基于VB6.0语言开发了能效指标监控系统软件,实现了对能效指标数据的采集和分析、可视化界面显示等功能,并通过实例验证了能效指标监控系统的可行性,进而提出了面向高能效生产过程的管理方法。     

面向高能效生产过程的监控与管理

为了监控高能效生产过程,基于VB6．0语言开发了能效指标监控系统软件,实现了对能效指标数据的采集和分析、可视化界面显示等功能,并通过实例验证了能效指标监控系统的可行性,进而提出了面向高能效生产过程的管理方法。     

两部委联合开展电机生产企业能效标准专项核查

<正>本次检查的对象为中小型三相异步电动机生产企业,检查组将依据《中华人民共和国节约能源法》、《工业和信息化部、国家质量监督检验检疫总局关于组织实施电机能效提升计划2013~2015年的通知》、《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》、《能源效率标识管理办法》、《中小型三相异步电动机能源效率标识实施规则》等,现场核查电机生产企业自查表和达标计划汇总表填报信息的完整程度和真实性;核查电机产品能效标识备案和使用情况;对部分电机产品进行抽样检测,核查能效指标与能效标准及标识的符合性;重点检查未达标电机生产企业的达标改造计划的落实情况。在这次检查中,各省级质监部门和工信部门将对产品达不到能效标准的电机生产企业进行重点监控,建立定期推     

刀具工件双旋转运动机床加工过程的能量效率获取方法

对于刀具工件双旋转运动机床,由于切削力测量仪器难以安装,同时,切削力理论模型和经验公式难以反映加工过程切削力的瞬态变化,这使得刀具工件双旋转运动机床的能量效率至今难于获取。为此,提出一种运用载荷损耗系数计算获取刀具工件双旋转运动机床能量效率的方法,该方法首先建立了刀具工件双旋转运动机床的能量效率模型,然后基于刀具、工件系统的能耗组件参数分别建立了刀具轴和工件轴的载荷损耗系数计算模型,并由此推导出刀具工件双旋转运动机床的载荷损耗能量、有效能量及能量效率的计算分析模型。实际应用时,该方法只需要安装功率传感器测取加工过程中的输入功率和空载功率,便可计算获取能量效率。实验验证表明,该方法具有较好的能量效率获取精度。应用案例表明,所提方法应用方便,可为刀具工件双旋转运动机床的能效预测、监控与管理提供技术支撑,具有较好的应用前景。     

基于综合评价体系的五轴数控机床加工性能评价和误差溯源方法

五轴数控机床的加工性能在制造行业一直是研究的热点,基于检验试件切削是常见的测评方法,然而试件和机床之间的映射关系难以确定,出现误差后如何调整精度成为难点。为了科学对其评价,通过仿真平台建立了机床控制系统参数与五轴机床检验试件——S试件加工误差之间的映射关系,引入机床各轴分类评价的隶属度,此基础上开发了误差溯源的综合评价体系,由三坐标测量机得到的S件轮廓误差数据反求出机床的加工性能等级和较差的轴类控制参数,并制订了基于S试件的机床加工精度测评规范,最后通过某五轴AB摆数控机床的切削试验,验证了方法的有效性。该成果有助于解决我国高端制造业长期缺乏机床性能测评的共性技术问题,具有重要的应用前景和经济价值。     

改善数控机床精度的方法探索与分析

从数控机床的精度指标及检验依据分析入手,介绍了精度补偿、数控系统伺服调整与优化、利用数控系统设置的控制功能及改进机床功能部件设计方案等工程实践方法,旨在改善在用机床或机床精度试验中的精度指标。这些实践方法对数控机床的检验、检测、调试、改造等能提供指导,并行之有效。     

基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价

针对现有数控机床性能评价研究存在的问题,提出了一种新的基于改进型拉开档次法的静态递阶综合评价方法。利用拉开档次法原理确定了数控机床综合性能评价指标的权重系数,进一步建立了基于改进型拉开档次法的数控机床综合性能评价模型。应用实例的计算结果表明,所建立的数控机床综合性能评价模型合理有效。     

Coupling evaluation for material removal and thermal control on precision milling machine tools

Machine tools are one of the most representative machining systems in manufacturing. The energy consumption of machine tools has been a research hotspot and frontier for green low-carbon manufacturing. However, previous research merely regarded the material removal (MR) energy as useful energy consumption and ignored the useful energy consumed by thermal control (TC) for maintaining internal thermal stability and machining accuracy. In pursuit of energy-efficient, high-precision machining, more attention should be paid to the energy consumption of TC and the coupling relationship between MR and TC. Hence, the cutting energy efficiency model considering the coupling relationship is established based on the law of conservation of energy. An index of energy consumption ratio of TC is proposed to characterize its effect on total energy usage. Furthermore, the heat characteristics are analyzed, which can be adopted to represent machining accuracy. Experimental study indicates that TC is the main energy-consuming process of the precision milling machine tool, which overwhelms the energy consumption of MR. The forced cooling mode of TC results in a 7% reduction in cutting energy efficiency. Regression analysis shows that heat dissipation positively contributes 54.1% to machining accuracy, whereas heat generation negatively contributes 45.9%. This paper reveals the coupling effect of MR and TC on energy efficiency and machining accuracy. It can provide a foundation for energy-efficient, high-precision machining of machine tools.     

虚拟轴数控机床工作精度检验方法探讨

目前适用于新型并联机构机床工作精度检验的试切法尚处于探索阶段。文章分析了传统数控机床工作精度检验标准，根据虚拟轴数控机床与传统数控机床的本质区别，拟订了新型为轴数控机床定姿态工作精度检验方案，并对变姿态工作精度检验提出建议，供相关研究参考。     

Parameters optimization of a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool

The research on the parameters optimization for gasbag polishing machine tools, mainly aims at a better kinematics performance and a design scheme. Serial structural arm is mostly employed in gasbag polishing machine tools at present, but it is disadvantaged by its complexity, big inertia, and so on. In the multi-objective parameters optimization, it is very difficult to select good parameters to achieve excellent performance of the mechanism. In this paper, a statistics parameters optimization method based on index atlases is presented for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool. In the position analyses, the structure and workspace for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool is developed, where the gasbag polishing machine tool is advantaged by its simple structure, lower inertia and bigger workspace. In the kinematics analyses, several kinematics performance evaluation indices of the machine tool are proposed and discussed, and the global kinematics performance evaluation atlases are given. In the parameters optimization process, considering the assembly technique, a design scheme of the 5-DOF gasbag polishing machine tool is given to own better kinematics performance based on the proposed statistics parameters optimization method, and the global linear isotropic performance index is 0.5, the global rotational isotropic performance index is 0.5, the global linear velocity transmission performance index is 1.012 3 m/s in the case of unit input matrix, the global rotational velocity transmission performance index is 0.102 7 rad/s in the case of unit input matrix, and the workspace volume is 1. The proposed research provides the basis for applications of the novel 5-DOF gasbag polishing machine tool, which can be applied to the modern industrial fields requiring machines with lower inertia, better kinematics transmission performance and better technological efficiency.     

[绿色设计]基于Vericut的机床能耗建模与仿真

为实现数控加工制造过程的能耗预测与仿真,采用比能耗法建立了基于Vericut Force模块的机床能耗模型,并结合UG CAM模块与Vericut Force模块搭建了CAD-CAM-ECS能耗仿真平台,实现零件在加工过程中能耗的仿真。结果表明,基于Vericut中过程毛坯（IPW）条件的机床能耗模型可有效预测零件在加工过程中的机床能耗状态,CAD-CAM-ECS能耗仿真平台可实现加工过程能耗仿真并准确映射能耗高的设计特征,为零件的设计及工艺的优化提供依据。