探討機床材料去除與熱控制的關系
近日，重慶大學機械傳動國家重點實驗室研究團隊發(fā)現(xiàn)了精密機床熱控制(TC)過程與材料去除(MR)過程的耦合關系。研究團隊認為，兩個功能過程的耦合關系可以通過影響機床的熱平衡特性和能量特性來影響加工精度和能量效率。這項研究可以在2022年4月29日的《機械工程前沿》雜志上找到。
隨著機床在制造業(yè)中的廣泛應用，機床能耗一直是綠色低碳制造的研究熱點和前沿。然而，以往的研究僅僅將MR能量視為有用的能量消耗，而忽略了TC為維持內部熱穩(wěn)定性和加工精度而消耗的有用能量。在追求高能效和高精度加工的過程中，應更加關注TC的能耗以及MR與TC的耦合關系。因此，本研究團隊通過理論建模和實驗分析，探索了兩個功能過程之間的耦合關系。精密機床的MR是一個增值過程，隨著MR功率的增加，能量特性會發(fā)生變化，MR產生的熱量也會同步增加。為了保證熱平衡狀態(tài)，TC會消耗巨大的能量來帶走MR產生的大部分熱量。
傳統(tǒng)研究致力于提高與MR相關的切割能效。但隨著機床的日益精密化和機床用戶對加工質量的要求越來越高，與熱平衡狀態(tài)密切相關的加工精度已成為評價機床加工性能的重要指標。“能效與加工精度存在明顯的不匹配，如何實現(xiàn)節(jié)能與精密加工協(xié)同是未來提高精密數(shù)控機床加工性能的重點研究項目，”曹華軍教授說，該研究的作者。
曹華軍教授的研究團隊是中國研究綠色制造的先驅研究團隊之一。該團隊在金屬切削機床的綠色設計與節(jié)能技術、制造系統(tǒng)的動態(tài)建模與碳效率評價方法、精密機床的熱平衡控制與熱誤差補償?shù)确矫孢M行了廣泛的研究。
“探索材料去除與熱控制之間的耦合關系是提高精密機床加工性能的第一步，目前只是從定性的角度來看，”曹教授說。“未來，我們將繼續(xù)研究受MR和TC影響的‘機電-熱’耦合機制，該工作可為機床實現(xiàn)高效精密加工目標提供理論支持，促進精密機床的綠色低碳發(fā)展。”
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