基于电机匹配的数控滚齿机床节能设计方法研究及软件开发.pdf

中文摘要 摘 要 随着全球能源短缺和环境污染问题的不断加剧，绿色化已成为高端装备重要 的发展趋势及技术创新领域，是当前的研究热点和技术前沿。节能是绿色化主要 研究内容之一，数控机床作为制造业广泛使用的基础装备，节能潜力巨大，节能 设计需求紧迫。目前机床厂商缺少机床专用电机匹配方法和工具，在选择电机时 往往依据工人经验，而且在设计阶段无法预测机床能耗性能以调整电机选择方案， 造成电机选择过大的问题，导致资源浪费，且带来了巨大的工作量。针对该问题， 本文在2016 年工信部绿色制造系统集成项目的资助下，以数控滚齿机床为研究对 象，开展了基于电机匹配的机床节能设计方法研究及软件开发，可以为数控滚齿 机床节能设计提供有效支撑。 首先，对数控滚齿机床结构特点和能耗特点进行分析，根据分析结果并基于 数控滚齿机床电机参数和其他设计阶段可获得的参数，建立数控滚齿机床阶段单 元功率模型。在此基础上建立机床能量效率模型和能量流模型，并计算机床待机 阶段、空载阶段和切削阶段耗能系统的能耗占比以及机床各阶段的能耗占比和能 量利用率，通过实验验证机床阶段单元功率模型的准确性。 其次，根据数控滚齿机床结构特点，划定数控滚齿机床电机匹配范围，建立 五类数控滚齿机床电机匹配模型，建立数控滚齿机床电机匹配参数体系，并结合 运动曲线法计算电机匹配参数，研究数控滚齿机床常用品牌和类型的电机的匹配 标准，并对电机库结构进行规划。 最后，集成运用数控滚齿机床能耗建模和电机匹配技术理论研究成果，开发 机床节能设计支持软件，对电机选型方案能耗进行可视化展示，并在某型号滚齿 机床上测试软件的有效性。 关键词：数控滚齿机床；能耗建模；阶段单元；节能设计；软件开发 I 英文摘要 Abstract With the increasing problems of global energy shortage and environmental pollution, Greening has become an important development trend of high-end equipment and the field of technological innovation, and is the current research hotspot and technological frontier. Energy-saving is one of the greening. As the basic equipment which is widely used in manufacturing industry, CNC machine tools have huge potential for energy saving and are in urgent need of energy saving design. At present, machine tool manufacturers lack matching methods and tools for machine tool motors. When choosing motors, they often rely on workers experience, and can not predict the energy consumption performance of machine tools to adjust the motor selection scheme at the design stage, which may cause the problem of motor over-selection, leading to waste of resources and also brings huge workload. Aiming at