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机床是机械加工行业能量消耗的主要载体,而车床是所占比例最大的一类机床,在国内旧车床数量巨大,正处于更新阶段。当前,一些企业和科研院所进行了机床再制造技术研究和实践,取得了较好的经济效益和社会效益,但对于废旧机床的节能化提升方面,重视不够。因此,进行车床特别是旧车床的能耗特性研究,进而研究旧车床再制造中的节能化提升技术,对于提高旧车床的能量利用率以及车削加工过程的节能减排,具有较为重要的意义。
本课题来源于“十一五”国家科技支撑计划项目“机床再制造关键技术研究与应用(2006BAF02A20)。首先,论文分析了旧车床运行过程的能量流及车床加工过程的能量利用率,根据车床传动系统能量消耗的数学模型,重点分析了车床空载状态下的能量消耗,并基于能量消耗特性和车床加工系统的“能量流”、“信息流”、“物料流”关系,提出了旧车床再制造节能性提升技术的总体框架。
接着,基于总体框架,重点进行了三项旧车床节能性提升技术研究:①针对车床数控化再制造中重点关注自动化水平提升而在节能方面考虑不够的情况,研究了主运动传动链的简化、高性能进给系统、数控加工系统及变频器等在数控化再制造中的节能方法与效果。②根据优化理论和优化方法,建立了车床机械传动系统的优化目标函数和约束函数,提出了车床机械传动系统的再制造的优化解决方案。③针对变频器在车床轻载时节能动态效果不佳的情况,应用异步电动机定子降压来提高功率因素的原理,设计了以MCS-96单片机为主控芯片、模糊控制为优化方式并与信息终端集成的节能控制器,以实现车床轻载时的节能优化。4)从系统节能的角度,研究了基于信息终端的再制造车床加工过程节能效果。
最后,将上述节能性提升方法与技术应用于车床再制造实际中,并对再制造前后车床进行了能耗测试与对比分析。结果表明,上述方法与技术具有较好的节能效果。