典型机床加工能耗分析与切削磨削比能预测研究

摘要

随着社会生产工业化水平的不断提高，全球范围的能源、资源与环境问题日益突出。针对我国数控机床高能耗、低效率的加工特点，本文主要针对数控高精度卧轴矩台平面磨床和立式加工中心加工的能量特性进行了研究，建立了数控机床能耗模型和切削磨削比能预测模型，开展了切削磨削力和功率采集实验，进行了工艺参数对切削磨削加工比能耗和有效切削磨削加工能效的影响规律分析等，为机床节能降耗提供了理论和实践指导。
　　首先，在分析机床的能耗形式与特性的基础上，结合机床加工状态，建立了机床加工状态的功率平衡方程以及机床比能耗、能效模型，简述了数控机床能耗测试平台的测量原理，搭建了典型机床零部件加工能耗测试平台，对数控卧轴矩台平面磨床、立式加工中心等典型机床上进行能耗数据实验，为机床节能优化提供具体能耗数据。
　　其次，基于磨削能耗测试实验、铣削能耗测试实验，分析了数控卧轴矩台平面磨床、立式加工中心两种典型的机床各运行状态平均功率消耗分布情况，研究了工艺参数对切削磨削加工比能耗和有效切削磨削加工能效的影响规律和影响程度大小，从比能耗最小、能效最大的角度分析得出在转速相同的情况下，选取较大的材料去除率可以降低切削磨削加工中的比能耗，显著提高机床的能效。
　　最后，简述了切削磨削比能、附加载荷损耗功率的的定义，建立了切削磨削BP神经网络预测模型，提出了利用加工实验样件的方式采用BP神网络建立工艺参数输入与附加载荷损耗系数输出间的非线性映射关系，进行了新工艺参数的比能预测，通过磨削实验和铣削实验的对比验证了预测方法的可行性。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外相关技术研究现状

1.4 本文研究技术路线

1.5 本论文结构

1.6 本章小结

第二章 典型机床加工能耗建模

2.1 典型机床能耗形式与特性

2.2 典型机床加工状态能耗研究

2.3 本章小结

第三章 典型机床加工实验及比能耗和能效分析

3.1 典型机床零部件加工能耗测试平台的搭建

3.2 数控卧轴矩台平面磨床磨削能耗实验研究

3.3 立式加工中心铣削能耗测试实验

3.4 数控机床节能探讨

3.5 本章小结

第四章 切削磨削比能预测方法与实验验证

4.1 基于附加载荷损耗系数的切削磨削比能建模

4.2 切削磨削比能BP神经网络预测模型

4.3 切削磨削比能预测模型的实验验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究不足与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表论文目录