寇鵬德

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

試論現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性

寇鵬德

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在工作過程中，其能量的消耗量是比較大的，其規(guī)律及特性比較復(fù)雜。對現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床的能耗特性進(jìn)行研究，最主要的目的是為了滿足我國節(jié)能減排的工業(yè)發(fā)展需求，為了達(dá)到這一目的，本文將會簡單分析和研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗特性。

現(xiàn)代化；數(shù)控機(jī)床；能耗特性

1 研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性的重要性

當(dāng)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在為我國制造業(yè)發(fā)展作出極大貢獻(xiàn)的同時，還消耗了大量的能源，排放了大量的廢棄物，令我國自然生態(tài)環(huán)境受到了一定的影響和威脅。針對這一情況，我國政府還出臺了關(guān)于“綠色制造”多種政策，為的就是能夠讓我國制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展，最大程度地降低現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床耗能后所產(chǎn)生廢棄物對自然生態(tài)環(huán)境的影響。

根據(jù)相關(guān)部門的調(diào)查，全球制造行業(yè)的能耗占總能耗的40%，有些國家甚至高達(dá)45%，而我國的數(shù)控機(jī)床數(shù)量是全球第一，其能耗量更是十分巨大。所以，降低數(shù)控機(jī)床的能耗量不僅能夠滿足我國綠色生產(chǎn)的要求和計劃，緩解自然生態(tài)環(huán)境所受到的負(fù)面影響，同時還可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

要降低現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗量，首先要做的就是研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗特性，才能夠轉(zhuǎn)變數(shù)控機(jī)床的能耗方式。

2 我國現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的節(jié)能現(xiàn)狀

目前我國現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的節(jié)能方法主要是通過合理優(yōu)化車間的布局，令能量能夠重復(fù)利用，并合理安排生產(chǎn)任務(wù)，減少機(jī)床的空載能耗。而另一種技能技術(shù)，則是在設(shè)計數(shù)控機(jī)床的時候，選擇節(jié)能型的設(shè)備和部件，在生產(chǎn)過程的各階段都能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的。

和普通的機(jī)床比，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能源消耗是屬于多源能耗特性。數(shù)控機(jī)床的能耗部件比較多，例如主軸電機(jī)、驅(qū)動器、液壓系統(tǒng)元件等等都屬于能耗部件，不同的能耗部件的能耗特征和能耗規(guī)律都不一樣。在研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗特性時，首先要從總體上分析數(shù)控機(jī)床的能耗特性，然后根據(jù)細(xì)分的不同損耗類型，分析不同能耗部件的能耗特性和能耗規(guī)律。

3 我國現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性分析以及研究

為了幫助我國學(xué)者對現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能夠更科學(xué)地研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗特性，我國在2010年十月份根據(jù)我國的現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗現(xiàn)狀，起草了ISO 14955-1，作為評估現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。為了對現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性進(jìn)行深入全面的分析，我國多位學(xué)生建立了普通機(jī)床主傳動系統(tǒng)的能耗模型，還對現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的電機(jī)部分和機(jī)械傳動部分建立了專門的能量模型，清楚地展示了數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的空載功率與轉(zhuǎn)速兩者之間的二次函數(shù)關(guān)系。

我國現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能耗特性主要可以分為以下幾部分：

（1）電機(jī)損壞。電機(jī)損耗是指數(shù)控機(jī)床電機(jī)本身的損耗，例如鐵損、銅損等。

（2）液壓系統(tǒng)損耗。在液壓系統(tǒng)運(yùn)行工作過程中主要有三種類型的損失，分別是容積損失、機(jī)械損失和液壓損失。液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在著各種泄露，令機(jī)床結(jié)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時的流量時常小于油泵的輸出流量。整個液壓系統(tǒng)的總泄漏量同時也被稱為整個工作系統(tǒng)得到容積損率。液壓系統(tǒng)的泄露大多是由于存在著一定的壓力導(dǎo)致的，所以一般都會出現(xiàn)液壓能的損耗，把所損耗的壓力轉(zhuǎn)化成熱能，令液壓系統(tǒng)的溫度升高。此外，當(dāng)油液沿著管道流動時，產(chǎn)生一定的液壓損失。液壓損失可以分為兩種，分別是沿程損失和局部損失。最后，液壓系統(tǒng)的元件在進(jìn)行相對運(yùn)動時，零件之間的摩擦力也會引起能量損失，這種損失就是機(jī)械損失，油泵、油缸、油馬達(dá)等等都會存在這種情況。除了機(jī)械損失，油泵、油缸、油馬達(dá)還會發(fā)生容積損失，二管路和閥門中，常發(fā)生容積損失和液壓損失。

（3）數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的能耗特性。我國大部分現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)已經(jīng)選用先進(jìn)的變頻技術(shù)來實現(xiàn)機(jī)床主軸的無級變速，能夠簡化傳統(tǒng)的機(jī)械傳動方式。采用變頻技術(shù)，不僅能夠簡化傳統(tǒng)的變速機(jī)構(gòu)，更重要的是還可以改變現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗特性，通過選用相鄰步間空載運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能目的，能夠有效避免數(shù)控機(jī)床長期處于空載的運(yùn)行狀態(tài)。但是值得注意的是，在選用變頻調(diào)速的主傳動系統(tǒng)時，要注意頻率的變化對電機(jī)鐵損的影響，在計算過程中不能夠簡單地選擇一個常量進(jìn)行計算，否則會令計算結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。

4 結(jié)論

研究我國現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能夠有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，緩解和降低數(shù)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的廢棄物對環(huán)境的影響和威脅，同時還可以滿足我國節(jié)能減排、可持續(xù)的“綠色生產(chǎn)”規(guī)劃。

由于數(shù)控機(jī)床的能耗量較大，所以其節(jié)能潛力是十分巨大的。通過分析和研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床能夠特性，能夠有效掌握數(shù)控機(jī)床的能耗規(guī)律，即使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的能耗規(guī)律再復(fù)雜，也能夠找到具有極強(qiáng)針對性、高效的節(jié)能措施。

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On the energy consumption characteristics of modern CNC machine tools

TG659

1009-797X （2015） 20-0068-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.012

寇鵬德（1988-），男，本科學(xué)歷，助教，研究方向為數(shù)控技術(shù)。

2015-09-13