机床固有能效属性及其评价方法

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机床作为机械制造业的设备主体和能耗主体,量大面广,能量消耗总量巨大,能量利用率很低,能效提升潜力很大;因此,机床能效研究意义重大。现有机床能效研究主要集中在机床加工过程能量效率(又称机床运行能量效率)的研究上,已取得了大量研究成果;但是,对机床自身的、影响机床加工过程能量效率的特性研究还不够,致使有些重要问题尚未解决。为此,本文结合国家高新技术研究发展计划(863计划)课题和国家自然科学基金等项目,对机床自身所固有的、影响加工过程能量效率的特性进行了研究,具体内容如下:对机床固有能效属性的内涵及其评价指标体系进行了研究。首先,综合分析了机床自身运行的能量消耗特性及其对未来千变万化加工过程能量效率的影响,提出了机床固有能效属性概念;然后,揭示了机床固有能效属性的内涵,即反映机床自身运行能耗特性及其在未来千变万化加工过程中的综合能效特性;基于此,提出了一套由固有能耗特征评价指标群和当量能耗及能效评价指标群组成的机床固有能效属性评价指标体系。对机床固有能效属性的评价方法进行了研究。首先,分析了现有能效评价方法中存在实体测试样件能耗特征不全、评价结果严谨性不够以及切削试验测试繁琐等问题;鉴于此,提出了表征机床自身运行能耗特性及其在未来千变万化加工过程中综合能效特性的虚拟工件,以及基于虚拟工件的机床固有能效属性评价方案;然后,建立了虚拟工件的描述方法和创建方法,并提出了基于虚拟工件的机床固有能效属性评价指标获取方法;最后,通过案例研究,验证了上述方法的可行性和实用性。对机床固有能效属性评价精度的提升方法进行了研究。分析了机床固有能效属性评价指标体系获取方法及获取精度,提出了基于虚拟工件和实体样件结合(即虚实工件)的机床固有能效属性评价精度的提升方案;建立了虚实工件中实体样件的设计方法,并由此提出了基于虚实工件的机床固有能效属性评价指标获取方法;最后,通过案例研究验证了上述方法的可行性。基于上述理论和技术方法,对机床固有能效属性评价支持系统进行了设计开发,并研究分析了其应用前景。以上研究能够为高能效机床设计、高能耗机床节能改造以及高能效机械加工车间创建等提供一套机床能效评价指标体系和评价方法,具有广阔的应用前景。
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