吳躍江，區(qū)和堅(jiān)張春

切削機(jī)床能耗模型綜述及其應(yīng)用

吳躍江1，區(qū)和堅(jiān)2，張春3

（1.中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所，沈陽 110016；2. 科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100044；3.撫順石化公司，遼寧 撫順 113004）

本文對國內(nèi)外大量切削機(jī)床能耗模型進(jìn)行總結(jié)，將能耗模型分為理論能耗模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ蛢深悾豪碚撃芎哪Ｐ途唧w可分為基于切削力的切削能耗模型、熱力學(xué)模型、工藝單元模型；經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ头譃楸饶苣Ｐ图盎谇邢鲄?shù)的模型。在此基礎(chǔ)上分析了各種能耗模型的研究趨勢及其應(yīng)用。

能耗模型；機(jī)床；綜述；能源效率；比能模型本文引用格式：吳躍江，區(qū)和堅(jiān)，張春.切削機(jī)床能耗模型綜述及其應(yīng)用［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（8）：9-15. DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.08.002

0　引言

制造業(yè)在全球經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮重要作用，在經(jīng)合組織國家中占GDP的20%，離散制造業(yè)能耗占制造業(yè)的比重很大。機(jī)床是離散制造業(yè)的母機(jī)和主體，我國機(jī)床擁有量世界第一，機(jī)床能源利用率平均不到30%，機(jī)床的能耗量巨大，同時(shí)能量消耗帶來的CO2排放問題嚴(yán)重，因此機(jī)床節(jié)能勢在必行。切削機(jī)床能耗模型的研究因而成為一個(gè)熱點(diǎn)問題，國內(nèi)外學(xué)者對模型的研究很多，有必要對現(xiàn)有的能耗模型作一個(gè)歸納總結(jié)，為學(xué)者研究這類問題提供一些思路。本文基于這一目的，對現(xiàn)有的機(jī)床能耗模型總結(jié)分類，并分析其研究趨勢和應(yīng)用。

1　切削機(jī)床的能耗模型分類

De Filippi［1］等是第一個(gè)研究能源效率的，通過采集分析數(shù)控機(jī)床不同操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，得到機(jī)床耗費(fèi)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削消耗的能量。學(xué)者陸續(xù)提出一系列能耗模型，為了使研究學(xué)者對這些模型有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識，有必要對各種模型進(jìn)行分類歸納分析，研究其發(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)之上對其進(jìn)行分類。如圖1所示。

本文把切削能耗模型分類為理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢深?，理論模型具體又分為熱力學(xué)能耗模型、切削力能耗模型以及基于切削力的模型；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蓜澐譃楸饶苣Ｐ秃颓邢鲄?shù)模型。

1.1理論模型

1.1.1熱力學(xué)能耗模型

Branham、Gutowski［2］等從熱力學(xué)角度出發(fā)，采用有用能概念提出了數(shù)學(xué)模型：

Elost為損失，Ein為輸入，Elout為輸出這個(gè)模型概念從整個(gè)系統(tǒng)能量平衡出發(fā)，但由于原材料、輔助材料等熵、焓和的值難于直接測得，因此該模型應(yīng)用有很大局限，目前僅處于試驗(yàn)階段。

1.1.2切削力能耗模型

切削力能耗模型通過計(jì)算切削力入手，Merchan［3］1945年提出的直角切削模型，根據(jù)材料去除機(jī)理可推導(dǎo)出：

圖1　切削機(jī)床能耗模型分類Fig.1 The classification of energy consumption model for cutting machine tool

τs為切削剪切應(yīng)力，As三為切削截面面積；β切削與刀具前刀面間的平均磨擦角；γ0為刀具前角；φ為剪切角。在此基礎(chǔ)之上，切削功率的計(jì)算為：

切削能耗的計(jì)算為：

Pc為切削功率；v為切削速度，nw為工件轉(zhuǎn)速，f為進(jìn)給量；a為背吃刀量（在銑削中指銑削深度）；切削能耗即對材料去除的能耗，很多學(xué)者把其視為有用功部分。該模型的發(fā)展趨勢主要隨著切削力理論模型的發(fā)展而變化，目前切削力理論模型考慮因素逐步增多，包括刀具磨損、加工硬化、局部高應(yīng)力應(yīng)變，熱耗等。

1.1.3工藝單元能耗模型

工藝單元能耗模型是結(jié)構(gòu)類能耗模型，機(jī)床能耗模型分別按能耗時(shí)段、能耗系統(tǒng)，能耗動(dòng)作進(jìn)行劃分，可以細(xì)分為能耗時(shí)段模型、能耗系統(tǒng)模型、能耗動(dòng)作模型三類，如圖2所示。

1.1.3.1時(shí)段能耗模型

Rajemiet［4］等把車床切削周期劃分為啟動(dòng)時(shí)間，換刀時(shí)間和切削時(shí)間，模型表達(dá)式為

式中P0為車床能耗，t1為啟動(dòng)時(shí)間，t2為車床實(shí)際切削時(shí)間，t3為車床換刀時(shí)間，T為車床生命周期，yE為切削刃能源足跡。與之類似的，劉飛、劉霜［5］把普通機(jī)床機(jī)電主傳動(dòng)系統(tǒng)能耗過程按時(shí)段分為啟動(dòng)時(shí)段、空載時(shí)段和加工時(shí)段，不同時(shí)段對應(yīng)不同的能耗方程，同一時(shí)段可能對應(yīng)機(jī)床不同能量鏈，基于這些特點(diǎn)，建立了機(jī)床機(jī)電主傳動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)段能耗模型的基礎(chǔ)模型，簡化后得到實(shí)用能量模型。這一類模型把車床的能耗模型按時(shí)段進(jìn)行處理，把不同時(shí)段的能耗模型變成簡單函數(shù)處理。特別要指出的是實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)床不同時(shí)段切換，能量的消耗存在峰值。

1.1.3.2系統(tǒng)能耗模型

能耗系統(tǒng)模型把機(jī)床能耗模型按照不同系統(tǒng)進(jìn)行分類。He［6］等把機(jī)床分為主軸能耗、進(jìn)給軸能耗，換刀能耗，冷卻液能耗和固定能耗（包括風(fēng)扇和伺服系統(tǒng)），胡韶華［7］等人提出了數(shù)控機(jī)床的能耗模型總體可劃分為與負(fù)載無關(guān)的能耗子系統(tǒng)（潤滑與冷卻系統(tǒng)，外設(shè)系統(tǒng)，以及液壓系統(tǒng)等），負(fù)載相關(guān)能耗子系統(tǒng)（主傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)）。施金良［8］等提出變頻調(diào)速機(jī)床能量流模型，分析主傳動(dòng)系統(tǒng)主電動(dòng)機(jī)功率和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)功率傳輸特性及其各部分的損耗規(guī)律，從而建立主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率平衡方程。在此基礎(chǔ)之上，王秋蓮、劉飛［9］等針對數(shù)控機(jī)床多能量源的特性，將數(shù)控機(jī)床能量源分為加工動(dòng)力系統(tǒng)，加工關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，動(dòng)力關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和其他四類，從而建立了數(shù)控機(jī)床多能量源的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。這一類模型反映了機(jī)床多能量源和多能量流的特性，以各子系統(tǒng)的能耗作為基礎(chǔ)，求和計(jì)算機(jī)床的總能耗。

1.1.3.3動(dòng)作能耗模型

何彥［10］等提出了一種數(shù)控機(jī)床多能量源的動(dòng)態(tài)能耗建模方法，結(jié)合面向?qū)ο笾x時(shí)petri網(wǎng)（Colored timed object-oriented Petri net，CTOPN）和虛擬部件方法建立數(shù)控機(jī)床多能量源能耗模型建立數(shù)控機(jī)床多能量源的動(dòng)態(tài)特性建模。Shun jia［11］等建立的是動(dòng)素能耗模型。這兩種模型都是以機(jī)床的每個(gè)基本動(dòng)作能耗為基礎(chǔ)，求和計(jì)算機(jī)床的能耗模型。這一類模型可以稱之為動(dòng)作能耗模型，把能耗細(xì)化分解到機(jī)床的基本動(dòng)作。

1.1.3.4小結(jié)

這三類模型分別把能耗按時(shí)段、系統(tǒng)和機(jī)床動(dòng)作劃分，機(jī)床能耗模型各子部分更加細(xì)化、精確，深刻的反映了機(jī)床多能量源多能量流的特性，屬于結(jié)構(gòu)性能耗模型。

圖2　工藝單元能耗模型分類Fig.2 The classification of energy consumption model for process unit

1.2經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1.2.1切削比能能耗模型

切削比能是指去除單位體積的材料所消耗的能量，反映出切削能耗與材料去除率之間的函數(shù)關(guān)系及機(jī)床能效能力。1992年Warren［12］最早建立切削比能經(jīng)驗(yàn)公式，從整體的角度建立衡量機(jī)床的能耗模型，可對比不同切削機(jī)床完成加工任務(wù)的能耗效率，Gutosiki［13］等在搜集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，基于材料的平均切削比能，建立了各種工藝的切削比能與材料去除率的映射圖譜，半定量的分析了不同工藝的能效差異。LI［14］將機(jī)床視為一個(gè)整體，通過測量不同切削條件下的功率獲得了機(jī)床的比能模型。該模型的發(fā)展趨勢是逐步細(xì)化，逐步向考慮各種切削因素發(fā)展，例如切削參數(shù)和切削材料粒徑等。

1.2.2切削參數(shù)能耗模型

切削參數(shù)模型指運(yùn)用切削參數(shù)，構(gòu)造成機(jī)床能耗的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀IAZ［15］將機(jī)床切削能用以下經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ捅硎荆?/p>

Ecut為切削能；k為比例系數(shù)；ae為切削寬度；ap為切削深度；z為刀具齒數(shù)；vf為進(jìn)給速度；n為主軸轉(zhuǎn)速。該類模型往往應(yīng)用于特定機(jī)床，有其局限性，但有利于求解該種情況下實(shí)際工況。

2　能耗模型的應(yīng)用

2.1能量效率的計(jì)算

機(jī)床能源效率反映出加工過程的能量利用率，劉飛［16］等把能量效率劃分為瞬時(shí)能量效率和過程能量效率，過程能量效率又包括兩種定義方法，即有效能量定義法和有效產(chǎn)出定義法。

1、瞬時(shí)能量效率

2、過程能量效率

有效能量定義法

有效產(chǎn)出定義法

比能SEC=系統(tǒng)消耗能量/系統(tǒng)有效產(chǎn)出

其中Pc代表有效加工功率（即切削功率），Pt代表輸入功率，Ec代表某加工過程或某時(shí)間段有效能量，Et代表系統(tǒng)消耗能量。Pc可以根據(jù)基于切削單元能耗模型求得，Pt根據(jù)瞬時(shí)能耗模型求得，Et根據(jù)系統(tǒng)的整體能耗求得。SEC可以根據(jù)比能能耗模型直接求得。

應(yīng)當(dāng)指出，目前企業(yè)更加關(guān)注的是比能效率，即有效產(chǎn)出。從工程的角度來看，比能效率要比有用能效率更加實(shí)用，從完成某項(xiàng)工藝任務(wù)的目標(biāo)來講，普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床對比，普通機(jī)床的有用能效率要明顯的大于數(shù)控機(jī)床的能耗效率，但是從完成某項(xiàng)工藝任務(wù)來說，數(shù)控機(jī)床要明顯比普通機(jī)床更為節(jié)約能源，按照比能效率概念能更為深刻的反映機(jī)床的能耗效率。有效能量定義法反映提高機(jī)床自身的能效，在有用能不變的情況下，降低總能耗，從而提高機(jī)床自身的能源效率。

2.2基于機(jī)床能耗模型的機(jī)床節(jié)能設(shè)計(jì)

2.2.1基于模型的單目標(biāo)機(jī)床節(jié)能設(shè)計(jì)

單目標(biāo)機(jī)床節(jié)能設(shè)計(jì)指的是單純考慮機(jī)床能耗的機(jī)床設(shè)計(jì)。機(jī)床能耗模型理論模型對機(jī)床能耗機(jī)理進(jìn)行分析，適用于機(jī)床的節(jié)能設(shè)計(jì)。下面分別對各種理論模型在機(jī)床機(jī)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

2.2.1.1熱力學(xué)能耗模型節(jié)能設(shè)計(jì)

熱力學(xué)能耗模型，雖然存在局限性，但該模型考慮機(jī)床熱量的損耗，在實(shí)際生產(chǎn)中可以設(shè)立大型熱管理系統(tǒng)，把機(jī)床損耗熱量一部分回收。

2.2.1.2切削力能耗模型節(jié)能設(shè)計(jì)

基于切削力的能耗模型，可以通過對切削力影響因素分析，如改變車刀的形狀等，減少切削力，從而降低系統(tǒng)的能耗。

2.2.1.3工藝單元能耗模型節(jié)能設(shè)計(jì)

工藝單元能耗模型屬于結(jié)構(gòu)性能耗模型，機(jī)床時(shí)段能耗模型反映機(jī)床不同時(shí)段能耗不同的特性，機(jī)床系統(tǒng)能耗模型反映了機(jī)床多能量源多能量流的特性。機(jī)床分為普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床同普通機(jī)床相比，能量源和能量流更加復(fù)雜。普通機(jī)床能耗分為機(jī)電兩部分（有的普通機(jī)床也有液壓部分，比如帶鋸床），數(shù)控機(jī)床能耗則分為機(jī)電液三部分。由于液壓系統(tǒng)的能耗效率相比機(jī)電系統(tǒng)的能耗效率要小的多，這也提供了數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)獨(dú)特的節(jié)能途徑，即提高液壓系統(tǒng)效率。機(jī)床動(dòng)作模型則在系統(tǒng)能耗模型和時(shí)段模型的基礎(chǔ)上，對能耗模型進(jìn)一步的細(xì)化，把機(jī)床的能耗，劃分到每一個(gè)子系統(tǒng)的基本動(dòng)作上，求出每個(gè)基本動(dòng)作的能耗，求和得到機(jī)床的整體能耗。下面介紹一些基于工藝單元系統(tǒng)能耗模型的機(jī)床節(jié)能方法。

1）高能效部件

根據(jù)工藝單元能耗模型中系統(tǒng)能耗模型，采用高能效部件，可以降低部件所在子系統(tǒng)的能耗，從而節(jié)能。機(jī)床各子系統(tǒng)可分為機(jī)、電、液（主要指數(shù)控機(jī)床，有的普通機(jī)床也有）三大部分。電系統(tǒng)部分高能效部件可采用飼服電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)等直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，機(jī)械部分可采用新型結(jié)構(gòu)，比如刀架可采用籃式刀架或轉(zhuǎn)塔式刀架結(jié)構(gòu)，液壓部分可采用伺服閥、負(fù)載敏感泵等高能效部件。

2）能量回收利用

機(jī)床機(jī)電系統(tǒng)能量的回收一般是對制動(dòng)能量的回收，分為機(jī)械制動(dòng)能量回收和電制動(dòng)能量回收。發(fā)電機(jī)配合超級電容［17］就是一種電制動(dòng)回收能量裝置。數(shù)控機(jī)床除機(jī)電系統(tǒng)能量回收外，液壓節(jié)能對數(shù)控機(jī)床有很大意義。液壓系統(tǒng)能量回收可以采用蓄能器［18］。這些措施根據(jù)系統(tǒng)能耗模型，降低了子系統(tǒng)消耗能量，從而降低了能耗。

3）輕量化設(shè)計(jì)

機(jī)床通過選用低密度的材料，和合理的機(jī)構(gòu)方案，可降低機(jī)床的整體質(zhì)量特別是移動(dòng)部件的質(zhì)量。從而降低了機(jī)械能耗。其原理也是根據(jù)工藝單元能耗模型的系統(tǒng)能耗，降低了機(jī)械子系統(tǒng)的動(dòng)能。例如可以選用碳纖維材料和中空結(jié)構(gòu)

4）減少機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

同樣基于系統(tǒng)能耗模型的原理，機(jī)床節(jié)能設(shè)計(jì)可以采用減少機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的方法，張海強(qiáng)［19］在CWA6180機(jī)床基礎(chǔ)上，對該機(jī)床進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)CGW6185高效節(jié)能機(jī)床。該機(jī)床采用雙速電動(dòng)機(jī)（高速高效，低速節(jié)能）代替機(jī)械調(diào)速，減少機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，，提高了機(jī)械子系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，從而減少了能量損耗。

5）減少輔助能耗

輔助能耗占機(jī)床能量損耗部分的比重很大，輔助能耗影響因素眾多，包括機(jī)床夾具、冷卻液和潤滑技術(shù)等等，冷卻液可以采用高壓冷水泵注入等方法降低能耗。提高冷卻液的利用效率，降低輔助能耗。減少輔助能耗，同樣是基于系統(tǒng)能耗模型的原理。

6）減少加工時(shí)間和輔助時(shí)間

根據(jù)時(shí)段能耗模型，減少加工時(shí)間和輔助時(shí)間，可以降低能耗。比如數(shù)控機(jī)床采用雙主軸設(shè)計(jì)，可以減少占地空間，有效地減少加工時(shí)間和輔助時(shí)間。

7）能耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)能耗模型和動(dòng)作能耗模型對機(jī)、電、液各子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)能耗設(shè)計(jì)，優(yōu)化機(jī)床每個(gè)動(dòng)作的能耗。

2.2.2基于模型的機(jī)床多目標(biāo)節(jié)能設(shè)計(jì)

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中，需要綜合考慮節(jié)能和許多因素的影響，比如綠色制造需要綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗，曹華軍［20］等綜合考慮噪聲和能耗的影響，提出了一種基于遺傳算法的模型求解過程，基于空載功率和空載噪聲對模型進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種模型應(yīng)用方法。多目標(biāo)的能耗模型，需要綜合考慮多種影響因素的影響，多采用遺傳算法，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對模型求解。這一類方法可以歸結(jié)為運(yùn)用基于切削參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。胡成龍?1］等建立基于加工工時(shí)、生產(chǎn)成本及切削功率的多目標(biāo)車削模型，運(yùn)用多目標(biāo)粒子群算法對該模型優(yōu)化，獲得進(jìn)給量、切削速度的最優(yōu)值。

2.3機(jī)械加工工藝過程優(yōu)化

2.3.1工藝切削參數(shù)優(yōu)化過程

對于具體的加工過程，可以通過建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆绞?，找到適合于該模型的優(yōu)化工藝切削參數(shù)。這個(gè)過程也是對基于工藝切削參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ瓦M(jìn)行優(yōu)化求解的過程。

2.3.2具體加工任務(wù)工藝選用

對于同一種機(jī)床加工任務(wù)，可已通過比較切削比能，選取合理的加工工藝進(jìn)行加工。切削比能能耗模型可以方便求得切削比能。采用新工藝、新材料和新設(shè)備可以有效的降低具體加工任務(wù)的切削比能。張喆［22］等建立機(jī)床切削工藝過程能耗模型，利用該模型定量比較不同工藝方案的能耗，從中選出能耗相對最低的方案。

3　結(jié)論

1、本文將機(jī)床能耗模型劃分為理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢煞N，理論模型包括熱力學(xué)模型、切削單元能耗模型以及工藝單元能耗模型，工藝單元能耗模型，工藝單元能耗模型又可以細(xì)分為時(shí)段能耗模型、系統(tǒng)能耗模型和動(dòng)作能耗模型；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄇ邢鞅饶苣Ｐ秃突谇邢鲄?shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ汀?/p>

2、機(jī)床能耗模型的發(fā)展趨勢越來越細(xì)化。熱力學(xué)能耗模型從系統(tǒng)和能量平衡的角度出發(fā)，由于原材料、輔助材料等熵、焓和的值難于直接測得，由于該局限性僅處于試驗(yàn)階段，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用較少。切削單元能耗模型以切削力模型的發(fā)展為基礎(chǔ)，切削力模型研究趨勢考慮因素逐步增多，包括刀具磨損、加工硬化、局部高應(yīng)力應(yīng)變，熱耗等。工藝單元能耗模型是結(jié)構(gòu)性能耗模型，能耗模型分別按時(shí)段、系統(tǒng)和機(jī)床動(dòng)作劃分，深刻的反映了機(jī)床多能量源、多能量流的特性。工藝單元能耗模型發(fā)展趨勢越來越細(xì)化，越來越精確。切削比能模型研究趨勢逐步向考慮各種切削因素發(fā)展，例如切削參數(shù)和切削材料粒徑等。

3、切削機(jī)床能耗模型首先可以應(yīng)用于能耗效率的計(jì)算。切削功率可以用切削單元能耗模型求得，系統(tǒng)能耗模型可以用其余的整體性能耗模型求得。應(yīng)當(dāng)指出的是采用切削比能的能耗效率模型去衡量不同機(jī)床之間的能效對比更有效，而對于同一種設(shè)備本身來說，設(shè)備的節(jié)能方向在于提高能量效率，即切削能和整體能耗的比重。其次能耗模型應(yīng)用于機(jī)床的節(jié)能設(shè)計(jì)，主要是理論能耗模型的應(yīng)用，熱力學(xué)能耗模型應(yīng)用主要是考慮熱量的回收，建立集中式熱管理系統(tǒng)。切削力能耗模型主要從模型入手，減少切削力，從而降低能耗。工藝單元能耗模型符合機(jī)床多能量源、多能量流、不同時(shí)刻能耗不同的特點(diǎn)，其中采用高能效部件、能量回收利用、輕量化設(shè)計(jì)、減少機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、減少輔助能耗均是基于系統(tǒng)能耗模型。而減少加工時(shí)間和輔助時(shí)間是基于時(shí)段能耗模型，應(yīng)當(dāng)指出的是，機(jī)床的節(jié)能方法不僅局限于硬件方面，也包括軟件方面，數(shù)控機(jī)床合理的編程可以有效地節(jié)約數(shù)控機(jī)床的能耗。本文主要從硬件方面討論。最后機(jī)床能耗模型應(yīng)用于機(jī)械加工工藝過程優(yōu)化，對于具體的實(shí)際加工過程，工藝切削參數(shù)的優(yōu)化，可以通過建立工藝切削參數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芎哪Ｐ颓蟮?；對于具體加工任務(wù)選用合理的工藝，可以采用切削比能能耗模型求得切削比能，進(jìn)行比較選取更合理的加工工藝。

4、機(jī)床能耗模型研究仍然存在一些問題，有些理論模型有一些系數(shù)無法準(zhǔn)確求得，熱力學(xué)能耗模型的熵、焓的值無法準(zhǔn)確求得；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂衅鋵?shí)用性，僅適用于特定的設(shè)備或加工過程，切削機(jī)床能耗模型的研究尚待進(jìn)一步深化。從世界范圍來看，日本和歐盟機(jī)床節(jié)能方面領(lǐng)先.日本理念是采用簡易的節(jié)能措施，注重細(xì)節(jié)，如潤滑油管理等，屬于減少輔助能耗；歐盟以德國為代表采用生態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)，注重節(jié)能環(huán)保，一些機(jī)床多采用熱集中管理系統(tǒng)和雙主軸設(shè)計(jì)，可以歸納為熱能耗模型和工藝單元能耗模型的系統(tǒng)能耗模型；中國機(jī)床制造企業(yè)相對起步較晚，但沈陽機(jī)床廠自主研發(fā)i5技術(shù)機(jī)床是世界上首款智能機(jī)床，工業(yè)效率提高20%，從自動(dòng)化和軟件上提高能效。在工業(yè)4.0大趨勢下，從軟硬件方面綜合提高機(jī)床能耗效率，將能耗模型應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，是未來的趨勢。

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Review and Application of Energy Consumption Model for Cutting Machine

WU Yue-jiang1， OU He-jian2， ZHANG Chun3

（1.Shenyang Institute of Automation， CAS. Liaoning Shenyang 110016， China； 2.High Technology Research and Development Center in Ministry of Science and Technology， Beijing 100044， China； Fushun Petrochemical Corporation， Liaoning Fushun 113004）

The article summarizes amounts of energy consumption models for cutting machine home and abroad.Energy consumption models can be divided in to two classes: theoretical energy consumption model and empirical energy consumption. Theoretical energy consumption models includes cutting force-based model， thermodynamic model， times consumption model and process unit energy model； empirical energy consumption includes specific energy model and cutting parameters-based model. On the basis of these， this article analyses research trend and application of all kinds of energy consumption model.

Energy consumption model； Tool machine； Review； Energy efficiency； Specific energy

WU Yue-jiang， OU He-jian， ZHANG Chun. Review and Application of Energy Consumption Model for Cutting Machine［J］. The Journal of New Industrialization，2016，6（8）: 9-15.

工信部項(xiàng)目：智能制造系統(tǒng)能效評估方法標(biāo)準(zhǔn)研制及試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)建設(shè)

吳躍江（1979-），男，碩士學(xué)位，遼寧撫順人，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造；區(qū)和堅(jiān)（1961-），男，學(xué)士學(xué)位，廣東惠州人，高級工程師，研究方向：先進(jìn)制造方向；張春（1970-），男，遼寧撫順人，高級工程師，研究方向：石油煉制