機械加工制造過程能耗優化方法研究

趙連柱

制造業生產過程就是對資源轉億成為產品或服務，在此過程中勢必造成大量能量的消耗，機械加工屬于制造韭之中的重要生產環節，如何能夠實現能耗優化，節省資源，是本研究中探討的重點。機械加工制造環節能耗優化方案主要從以下幾個方面開展。

機械加工 制造 能耗

能量對國民經濟發展的影響巨大，國際能源價格變動的情況下，使得全球能源競爭趨勢加強，尤其是當前階段，能源主體仍然使用的是化石燃料。同時全球氣候問題以及環境問題越來越嚴重，世界上各國均采取積極方法應對，機械加工制造過程中能耗優化則成為了當前研究的重點，希望通過本研究能夠對未來技術優化與發展提供借鑒和幫助。

制造過程能耗定量計算

機械加工制造過程能耗所形成的定量計算是有效開展節能優化生產作業的前提，因為機床本身屬于機械加工環節的好能行資源，為此，本研究從機械產品零件的制造環節的單臺機床所產生的能耗構成以及影響因素加以分析。隨后，單臺機床所具有的能耗特性加以分析，并在合理利用的基礎上建立機床能耗模型，以此對后續能耗優化設計提供幫助。

機床設備能耗特性分析

（1）時間維度

能耗屬于功率函數通過時間域形成的積分，為此，能耗特性決定了其本身無法脫離時間維度。設備能耗結合是否加工工件能將能耗劃分為時間段能耗以及非甲供時間段能耗。

因此，有定義為：加工時間，為工件在進人工位之后，實施加工工序，從準備開始階段到工件完成加工，并回復加工工位至初始條件的全部時間。

由此可知，機械加工為了進行能耗優化，在計算能耗的過程中加工時間主要包括了工件裝載以及卸載時間即可；對于非加工時間段，則對待機能耗進行計算。

（2）機床能量流分析

結合機床能耗功率情況分析，風扇電機、數控系統以及冷卻泵等幾個部件的能耗固定不變，屬于固定能耗，主軸電機以及進給軸電機則屬于驅動設備，具體包括了材料切削能耗以及變化能耗。這當中。加工環節主軸以及進給軸一般情況會在差別速度條件下運行，但是一旦給定速度，則其產生功率也保持不變，因此可視為常數。對維持主軸以及進給軸根據工藝參數所形成的能耗視為裱花能耗。機床帶動刀具實施切削工序，并負載運轉的過程中，電動機以及機械電動系統都需要形成能量損耗，因此，材料切削能耗之中除了包括去工件部分形成的能耗，也包括負載本身的能耗。

機械加工制造過程能耗計算模型

（1）模型假設

通過分析加工時間的定義可知，工件任一工序通過機床上加工時間.除了有機械加工輔助時間，還包括了工藝過程的時間。輔助時間內因為機床是在待機，則可以使計算部分僅需要對實踐信息進行關注即可。

能耗屬于功率在時間值上形成積累，功率大，但是持續時間如果相對較短，則積累計算的能耗值也將會較小。功率小，但是持續時長則能耗也將會較大。為此，在進行能耗比較的過程中，可以分析加工工藝環節的子過程時間段特征。

與機械加工技術環節的功率曲線所呈現的平穩段對比分析，則機械加工操作處在相對穩定的狀態，則可以對機械加工工藝稱之為活動。工藝過程中功率曲線所能夠達到的峰值也屬于瞬態的。由此，結合機械加工環節形成的功率變化情況，通過時間軸則能夠對機械加工以及工藝流程分解作為系統性的活動轉移。功率軸當中，則活動以及活動轉移功率均能夠被理解為是機床當中不同能耗產品在多種運動條件下形成的功率組合。

（2）假設分析

展示零件加工能耗預測值以及實際值，通過對比則可以知道加工工序能耗屬于貫穿整個活動的主體，綜合活動轉移能耗情況在提升機械加工技術過程能耗的預測精度對比，實際提升比例十分有限，僅有6.5%。本研究中對機械加工制作能耗優化問題進行分析，并對產品制造過程中能耗問題進行計算模型的設計。除了要前述中條件，還需要提出假設：

1.機床彼此之間完全獨立，且機床在相同時間均只能完成單獨一道工序；

2.加工任務之中所有工序只能夠選擇其中任一臺完成，同時加工開始將不能夠中斷。

3.工序加工時間則通過輔助時間以及工藝時間兩部分構成，同時，加工與工序之間并不發生關系。

4.不需要考慮在生產環節可能出現的故障問題。

綜上所述，本研究針對機械產品的零件加工制造工藝下的能源消耗問題進行分析，通過深入了解低碳制造技術以及生產調度集成相關知識，進一步探索工藝能耗的合理性問題，向通過本研究能對降低由于機械制造能耗造成的二氧化碳排放，降低對環境造成的壓力。希望通過本研究能夠對未來技術發展提供借鑒和幫助。

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