我國(guó)機(jī)床量大面廣，能耗總量巨大；且機(jī)床能量利用率低，因此，機(jī)床節(jié)能潛力很大。同時(shí)， 麻省理工學(xué)院的床能量消耗所帶來(lái)的環(huán)境排放也是很大的。由此可見(jiàn)，研究機(jī)床的能量特性對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的 低碳運(yùn)行具有重要意義。
當(dāng)前，對(duì)機(jī)床能量特性的研究非常活躍，已有文獻(xiàn)做了大量研究。機(jī)床由若干個(gè)能量源構(gòu)成，根據(jù)這些能量源的消耗特性可以將機(jī)床的能耗歸為兩類(lèi)：一是固定能耗，二是可變能耗。基于這種能量源分類(lèi)，對(duì)多種機(jī)床的能量構(gòu)成進(jìn)行了試驗(yàn)分析，并指出機(jī)床的實(shí)際切削能耗可能只占設(shè)備總能耗中很小的一部分。提出當(dāng)機(jī)床處于負(fù)載狀態(tài)時(shí)，機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的總損耗功率要在原空載損耗的基礎(chǔ)上增加，增加的這部分損耗稱(chēng)為機(jī)床附加載荷損耗功率，因此加工設(shè)備在切削階段能耗由空載能耗、切削能耗和附加載荷能耗三部分構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)建立變頻調(diào)速類(lèi)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的能量流模型，分析機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率傳輸特性和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)功率傳輸特性及其各部分的能量損耗規(guī)律，從而建立了變頻調(diào)速機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率平衡方程；文獻(xiàn)建立基于頻率的數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的空載能量參數(shù)模型。
從上述研究可以看出，已有學(xué)者對(duì)加工設(shè)備能量消耗特性進(jìn)行了許多研究。但是，已有研究主要集中在機(jī)床總體能耗統(tǒng)計(jì)分析或機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)建模方面，還缺乏從系統(tǒng)的角度對(duì)機(jī)床全部能量流的綜合建模研究。這個(gè)問(wèn)題對(duì)普通機(jī)床影響不大，因?yàn)槠胀C(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗是機(jī)床全部能耗的主體，如普通車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗占機(jī)床全部能耗的以上。然而，隨著我國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程和基礎(chǔ)裝備制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床裝備的主流。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和能量特性發(fā)生了很大的改變。數(shù)控機(jī)床能量源增多、能量損耗復(fù)雜，主傳動(dòng)系統(tǒng)能耗占整個(gè)機(jī)床能耗的比重相對(duì)普通機(jī)床越來(lái)越小。數(shù)控滾齒機(jī)，其主電動(dòng)機(jī)額定功率為37 kW，不到整個(gè)機(jī)床總額定功率的40%；文獻(xiàn)通過(guò)對(duì)普通機(jī)床、一般數(shù)控機(jī)床、加工中心等不同自動(dòng)化水平機(jī)床的能耗試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)隨著自動(dòng)化程度的提高，機(jī)床的輔助系統(tǒng)消耗的能量占機(jī)床總能量的比重不斷增加；又如文獻(xiàn)通過(guò)一臺(tái)加工中心的能量數(shù)據(jù)說(shuō)明了數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中輔助設(shè)施能耗占機(jī)床能耗的主體。因此，籠統(tǒng)的設(shè)備總能耗研究和單一的主傳動(dòng)系統(tǒng)能耗研究均不能地反映數(shù)控機(jī)床的能耗特性，而一般的統(tǒng)計(jì)分析方法不能準(zhǔn)確和預(yù)測(cè)性地反映機(jī)床的能耗特性，有 研究機(jī)床各子系統(tǒng)的能耗特性和機(jī)床能量流程，在此基礎(chǔ)上研究整個(gè)機(jī)床多源能量流的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。
研究數(shù)控機(jī)床能量流特性能夠?yàn)槲覈?guó) 效的數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、量大面廣的數(shù)控機(jī)床及機(jī)械制造車(chē)間的能效評(píng)價(jià)、監(jiān)控管理和節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供有關(guān)基礎(chǔ)理論和方法支持。基于此，本文從數(shù)控機(jī)床的能量流多源、能流環(huán)節(jié)多、能流過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)數(shù)控機(jī)床多源能量流的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究。
