机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势

胡巨涛

摘要：机加系统普遍存在着能量效率不高的问题，本文对机械加工系统能量效率研究现状和机械加工系统能量效率研究体系展开分析，并对机械加工系统能量效率发展趋势展开探讨。

关键词：机械加工;应用效率;体系结构

过去一直认为，机械加工系统单台机械产生的能量消耗并不多，学术领域并没有对其进行足够的重视，该方面的研究成果较少。最近一些年业，加工制造行业产生的能源消耗和环境问题变得更为严峻，需要对机械加工系统能量效率进行深入的分析和研究，由于机械加工中机床的数量很多，应用的十分广泛，但能量效率不高，具有很大的节能减排潜力，具有很高的学术研究价值。

1机械加工系统能量效率研究现状

1.1机床能量效率

机床应用的范围十分广泛，是完成加工制任务的关键设备，是机加系统中的能量消耗主体。对机床能量效率进行分析，需要从效率提升技术、消耗的主要组件、能量消耗特点等方面入手。机床能耗关键组件方面，针对机电传动装置的分析和研究比较多，能量消耗环节方面，一些专家学者对空载功率、切削功率等方面进行了研究，在整机能量效率建模和评估方面，针对能量流及组件能量开展的學术研究比较多，开展该方面研究是为了降低机床运行过程中形成的能量消耗，空载和轻载是导致加工装置能量效率低的关键问题，需在在机床空载时减小主轴运行速度，也可以进行停机等措施，可以起到很好的节能效果。

1.2工件和加工工艺能量效率

机加系统加工制造的对象就是工件，需要采取一定的生产工艺来制作成产品。针对工件和加工工艺方面的能量效率研究，需要对具体的加工制造流程及工艺能耗特点进行系统地分析。工件的种类很多，加工制造工艺相互间有着较大的差异，存在着很多的影响因素，准确地评价工件和加工制造工艺能量效率比较困难，一些学者采用材料切除率相关的线性关系，采用比能公式来对工艺能量效率进行评估。采用科学合理的加工工艺，改进工艺参数可以更好地减少能源消耗。

1.3系统能量效率研究

机加系统一个完善的整体，进行能量效率研究需要对不同类型的机床设备、加工制造工艺等整体能量效率建立起数学模型来进行更为准确地评价和研究，这是机加系统节能减排的关键，得到了政府部门和学术机构的重视。有些国家为了提升机加过程的能源效率，建立了工业评估中心，结合高校和研究机构，对工业能量消耗效率进行评价。有的学者还采用集成MES和数据信息分析技术，对工业企业能量进行监控，并建立起管理体系，可以对能量管理相关因素进行优化。

2机械加工系统能量效率研究体系

机加系统能量效率主要把机床、工件和系统三个对象作为体系框架，对不同的基础技术问题进行分析，不同的基础技术相互间存在较大的联系，能量消耗环节与组件能效是建立能量消耗和效率数学模型的前提，能量流和能量特点为主的机加系统可以为组件能量效率数学模型创造条件，能量消耗及效率数学模型可为机床和工件能量效率研究提供支持，是对机床、工件和工艺能量效率研究的主要措施。

把能量效率特点分析作为根本前提，可以更好地进行能量效率评估和分析，组建起机加系统能量效率评估体系，制定出科学合理地评估办法。基础技术方面的研究可以更好地实现能量效率的动态监测，并进行科学化地管理，在基础技术创造的条件下，运行能量特点理论和效率评估结果，可以实现机加系统能量效率的优化，从运行技术和设计技术两个方面入手改进。功能技术是机加系统能效分析和研究的前提条件，可以更好地提高机加系统能量效率，研制出高效能的机床。

3机械加工系统能量效率发展趋势

3.1能量效率建模集成化

机加系统能量消耗有着较好的层次分布特点，数学建模会向着微观、宏观方向相关要素进行高度的集成。在宏观集成方面，可以从单机、车间、生产线等多个方向来对能量效率进行集成，也就是把单机加工能量消耗特点和效率作为建模的前提，把有关的生产装置、辅助设备等能量消耗加入进业，从而建立起能量效率模型，从下部向着上层不断进行建模。微观则是从界面、单机、零件等方面实现能量效率数学模型的集成，是从系统上向着下部方面的建模集成。

3.2能量效率评价平台化

很多国家都对能量效率评价高度重视，机加系统能量效率十分复杂，还没有对能量效率评价进行深度完善，工艺能量消耗的动态过程还需要进行优化。除此之外，还没有建立起科学完善的评价体系。机加系统的复杂性、消耗的动态性等多种原因，有效的能量效率指标需要深入进行研究。对机加系统能量效率评价应该结合数量众多的数据信息，尤其是加工工艺和不同设备在不同状态下能量消耗数据，还需要组建起机加系统能量效率评做数据库。加工制造工艺、生产设备及运行状态都比较复杂，基础数据库的建立还需要开展大量的实际应用试验，有的数据要求采用数学模型来完成求解。所以，建立起机加系统能效评价平台，还应该配套能效评价体系、基础数据库、标准化评价流程等。

3.3工件任务能耗定额

机械加工制造生产任务需要配套工件消耗定额和相关数据，这就为政府相关部门和机加行业制定能耗定额提供了数据支持。能量消耗定额，是在某种条件下为加工制造某种产品所需要的工作量，配置科学合理的能量消耗数据，可以体现出能量的使用规律。可是，机加系统能量流程十分复杂，涉及到的层次比较多，准确制定出定额十分困难。如果能量效率数学模型和数据资料发展到一定水平，机加工件的任务能量消耗就会变得十分明确，再结合能量效率评价，可以更为准确的实现能耗定额。

3.4系统运行能效优化

机加系统运行能效提升有很多办法，可以从工件节能规划、机床运行优化等方面入手，可是该方面的研究才开展，与实际应用还有很大距离，需要首先解决运行能效优化的实用问题。还有如何集成解决办法，在提高能效的同时不会对工件加工质量和效率造成影响等问题需要解决。

3.5机床设计能效综合化

机床是机加系统的关键设备，机床设计是提高能量效率的根源，设计水平决定机床能效优化能否实现。但是，机床高能效设计是一项复杂的课题，需要从控制、传动和结构等方面入手解决，还应该考虑到技术经济性。

参考文献：

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