数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法及支持系统研究

摘要

制造业的节能减排是可持续发展的重要途径。机床是制造业中耗能设备的重要组成部分，我国作为世界上第一制造大国，机床保有量占据世界首位，其耗能巨大但能量利用率却较低。减小机床的能耗是我国实现节能减排的有效途径。数控机床在运行过程中，由于加工等待、空切削等因素，导致了数控机床大量的能量浪费。因此，如何减小数控机床运行过程的能耗成为了实现机床节能减排过程中需要解决的问题之一。目前关于减小数控机床运行过程能耗的研究，主要针对确定时间长短的加工间隔和工步间隔制定节能方法，而对整个机床运行过程，考虑机床多能量源、多运行状态和复杂能耗特性的节能方法研究还很缺乏。因此，本论文针对数控机床整个运行过程中多能量源、多运行状态和复杂能耗特性的特点，提出了一种数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法，并开发了一套基于该节能方法的支持系统。全文的研究内容主要包括以下几个部分：
　　首先，基于数控机床多能量源和多运行状态，进行数控机床运行过程能耗特性分析，提出了数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法框架。该方法框架首先将数控机床运行过程根据其有无工件被加工划分为加工间隔和加工阶段，然后分别针对加工间隔和加工阶段进行能耗特性分析，基于此分别对数控机床加工间隔和加工阶段提出了节能方法。
　　然后，基于上述节能方法框架，分别针对数控机床运行过程中的加工间隔和加工阶段，提出了面向数控机床随机加工间隔的节能方法和基于NC代码解析的数控机床加工阶段节能方法。在面向数控机床随机加工间隔的节能方法中：基于建立的数控机床加工间隔的能耗模型，制定数控机床加工间隔节能方法，进一步对此节能方法进行节能效果展示；在基于NC代码解析的数控机床加工阶段节能方法中：通过NC代码解析获取机床和部件运行信息，基于此综合数控机床加工阶段能耗模型进行节能潜力分析，进一步制定数控机床加工阶段节能方法。
　　最后，开发了数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法的支持系统。设计了支持系统的体系结构和功能模块，并通过Qt语言实现了此支持系统；通过此支持系统的运行实例，展现了数控机床加工阶段节能方法的节能效果，证明了该系统的有效性。

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1 绪 论

1.1论文选题背景

1.2国内外相关研究现状及总结

1.3论文研究目的意义及课题来源

1.4论文研究内容安排

2 数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法框架

2.1数控机床多能量源组成及运行状态分析

2.2数控机床运行过程能耗特性分析

2.3数控机床运行过程的能耗部件停启节能方法框架提出

3 面向数控机床随机加工间隔的节能方法研究

3.1数控机床加工间隔能耗建模

3.2数控机床加工间隔的节能方法

3.3数控机床加工间隔节能方法的节能效果

4 基于NC代码解析的数控机床加工阶段节能方法研究

4.1数控系统介绍

4.2数控机床加工阶段节能运行方法研究思路

4.3基于NC代码解析获取机床和部件运行信息

4.4数控机床加工阶段节能潜力分析

4.5制定数控机床加工阶段的节能方案

5 数控机床运行过程节能方法支持系统开发

5.1系统开发环境

5.2数控机床运行过程节能方法支持系统设计

5.3数控机床运行过程节能方法支持系统实现

5.4数控机床运行过程节能方法支持系统运行实例

6 结论与展望

6.1总结

6.2后续研究工作及展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B.作者在攻读硕士学位期间从事的主要研究工作

C.作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利

D.作者在攻读硕士学位期间所获奖励