近年來，隨著制造業(yè)能源消耗問題和環(huán)境影響問題的日益-，與可持續(xù)制造(sustainable manufacturing) 或綠色制造(green manufacturing)相關(guān)的機(jī)械制造系統(tǒng)能量問題研究逐步開展并且愈來愈活躍。制造業(yè)的能耗---全球能耗總量的30-50%。其中，地質(zhì)合金鉆頭，以2006 年為例，制造業(yè)能耗為全球能耗總量的37%。與此同時(shí)，由文獻(xiàn) 可知制造業(yè)碳排放量以co2 為例在2001 年時(shí)已近 50，000 百萬噸，到2030 年時(shí)，制造業(yè)的 co2 排放量將在此基礎(chǔ)上---。因此，對(duì)機(jī)床能耗問題研究越來越受到關(guān)注。
進(jìn)一步提高機(jī)床在設(shè)計(jì)和使用階段的能耗效率需要機(jī)床能耗數(shù)據(jù)的支持，因此對(duì)機(jī)床能耗進(jìn)行有效監(jiān)控是---的。rockwell 公司在其發(fā)布的產(chǎn)品---中提出一種將mes 系統(tǒng)擴(kuò)展到提高生產(chǎn)過程能量效率的方法；herrmann提出了一種通過過程鏈的方法用于提高制造過程中的能量效率；alhourani等人在參與了該評(píng)估中心的大量評(píng)估工作后-，通過對(duì)大量企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制造過程的調(diào)查，缺少可獲取的車間制造過程的現(xiàn)場(chǎng)能耗信息是阻礙中小企業(yè)實(shí)施能量管理的障礙之一。但由于目前對(duì)這方面的研究較少，gong等人 采用的是一種基于經(jīng)驗(yàn)推理的方法，來進(jìn)行車間能量消耗的計(jì)算估計(jì)。
對(duì)機(jī)床進(jìn)行能耗評(píng)估的關(guān)鍵在于實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床的用于切削的能耗。一種基于xml 的制造裝備間信息交互的mtconnect 協(xié)議開發(fā)了機(jī)床能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)判別機(jī)床狀態(tài)并實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床能耗，為實(shí)時(shí)獲取機(jī)床能耗信息提供了數(shù)據(jù)支持。但是，該系統(tǒng)不能獲取實(shí)時(shí)加工能耗。獲取機(jī)床加工能耗有兩種方法：一種是直接測(cè)量法，通過直接測(cè)量加工時(shí)的切削扭矩或切削力和轉(zhuǎn)速，該方法需要在機(jī)床上安裝扭矩或力傳感器，不僅影響機(jī)床剛性而且價(jià)格高易受環(huán)境影響；另一種是間接測(cè)量法，就是通過測(cè)量機(jī)床輸入功率間接獲取切削功率，該方法只需安裝-較高的功率傳感器而且不影響機(jī)床剛性，但是該方法需要利用主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸功率估計(jì)出切削功率。過去一般采用主傳動(dòng)輸入功率直接減去空載功率的算法來估計(jì)切削功率，忽略了機(jī)床附加損耗導(dǎo)致結(jié)果不夠準(zhǔn)確，誤差可達(dá)30%。
針對(duì)機(jī)床能耗難以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，合金鉆鐵鉆頭，本文提出了一種機(jī)床能耗在線監(jiān)測(cè)方法。本文基于機(jī)床能耗特性的新研究成果，通過測(cè)量機(jī)床主軸實(shí)時(shí)功率，結(jié)合機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率平衡方程和附加載荷損耗特性估計(jì)出切削功率，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)床能耗狀態(tài)。
經(jīng)過在實(shí)際工作中研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)控生產(chǎn)過程中有70%的加工問題與數(shù)控刀具的操作使用有關(guān)。另一方面，由于零件批次生產(chǎn)是重復(fù)間斷進(jìn)行的，操作人員每次都需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行同樣的操作，而許多數(shù)據(jù)和信息卻是重復(fù)的。數(shù)控刀具知識(shí)管理就是研究刀具在使用過程中的知識(shí)活動(dòng)過程，其實(shí)質(zhì)就是將原來加工操作方面的知識(shí)內(nèi)容加以整理和規(guī)范，達(dá)到節(jié)省生產(chǎn)的輔助時(shí)間，并提高刀具使用的---性。
1.4.1 建立數(shù)控刀具知識(shí)管理的---性
機(jī)械制造過程中涉及材料科學(xué)，機(jī)電技術(shù)，信息技術(shù)等多方面技術(shù)知識(shí)需要解決的問題具有未知性，復(fù)雜性，動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，因此不但需要共享現(xiàn)有知識(shí)，而且需要在此基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)造新的知識(shí)來滿足實(shí)際需要。
對(duì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性的分析發(fā)現(xiàn)，合金鉆頭，機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)是與負(fù)載相關(guān)的能耗子系統(tǒng)之一，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗特性研究具有十分重要的意義。劉飛等人[120]建立了普通機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗模型，揭示了機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)兩大能耗規(guī)律：1機(jī)床的空載功率與轉(zhuǎn)速近似成二次函數(shù)關(guān)系；2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的附加載荷損耗近似成常數(shù)。這些結(jié)論適用于電機(jī)運(yùn)行工頻時(shí)50hz的普通機(jī)床。
與普通機(jī)床不同，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)使用變頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)主軸無級(jí)變速，簡(jiǎn)化甚至取代了機(jī)械傳動(dòng)式變速機(jī)構(gòu)。與此同時(shí)，合金鉆頭游戲，變頻技術(shù)由于改變了電源頻率也給數(shù)控機(jī)床帶來了和普通機(jī)床不一樣的能耗特性。施金良[82]對(duì)數(shù)控機(jī)床變頻調(diào)速運(yùn)行過程中的能量特性進(jìn)行了研究，建立了變頻調(diào)速主軸系統(tǒng)的功率平衡方程，但是沒有考慮到頻率變化對(duì)主軸電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)能耗的影響；同時(shí)，施金良等人提出了一種相鄰工步間空載運(yùn)行節(jié)能，該方法可以有效避免機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間處于空載運(yùn)行狀態(tài)。但是頻繁啟停主軸電機(jī)會(huì)引起機(jī)床振動(dòng)和影響電機(jī)壽命。以上研究均將電機(jī)自身損耗作為一個(gè)常量處理進(jìn)而將機(jī)床主軸空載能耗簡(jiǎn)化為一個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)速的單調(diào)遞增型二次函數(shù)。
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