机床主传动系统加工过程功率消耗分离方法.pdf

第 1 1期 2 0 1 3年 1 1月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o dul a r M ac hi n e To o l Aut o m a t i c M a nuf a c t ur i ng Te c h ni q ue N0 ． 1 1 NO V．2 01 3 文 章 编 号 l O O t一2 2 6 5 2 0 1 3 1 10 0 4 70 3 机床主传动系统加工过程功率消耗分离方法 胡韶 华 中 国航 天科 技集 团川 南机 械厂 ， 四川 泸J ,i、】 6 4 6 0 0 3 摘 要 有 效分 离机床 主传 动 系统加 工过 程 中各环 节 能耗是 监控 机 床 能 效的 关键 技 术之 一 。提 出一 种 直接从 输入 功 率分 离切 削功 率 的方 法 ， 该 方 法不需要 测 量切 削力矩 或切 削力 。首先 建 立机床 各 级 转速 下 的 负载载荷 损耗 系数 矩 阵 ， 然后 根 据 功 率平衡 方程 分 离 出机 床 加 工过 程 中的 空载 功 率 、 切 削 功 率和 负载 载荷损 耗 。最后 在机 床 C D 6 1 4 0做 了验 证 实验 ， 实验 结果表 明 ， 该 方法 可 以有 效分 离 出切 削功率 ， 误 差 小 于 1 0 ％ 。 关键 词 机 床 ； 主传 动 系统 ； 切 削功 率 ； 功 率分 离 中 图分类 号 T H1 6； T G 6 5 文 献标 识码 A An Appr oa c h f o r S e p ar a t i n g t h e Po we r o f M a i n Dr i v i n g Sy s t e m o f M a c h i ne To o l s i n M ac hi n i ng Pr oc e s s HU S ha o ． hu a C h u a n a n Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r i n g P l a n t o f C h i n a A e r o s p a c e S c i e n c e a n d t e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n ， L u z h o u S i c h u a n 6 4 6 0 0 3，C h i n a Abs t r a c tI t i s o n e o f mo s t i mpo r t a n t t e c h n i q u e s f o r mo n i t o r i n g t he e n e r g y e ffi c i e n c y o f ma c h i n e t o o l s t o e f f e c t i v e l y s e p a r a t e i n pu t p owe r o f ma i n d r i v i n g s y s t e m i n t o t a r e po we r ，c u t t i n g p o we r a n d a d d i t i o n a l l o a d l o s s ．An a pp r oa c h i s p r o po s e d t ha t t h e c ut t i n g p o we r i s s e p a r a t e d d i r e c t l y f r om t he i n p u t po we r wi t h - o u t me a s u r i n g t h e c u t t i n g t o r q ue o r c u t t i ng f o r c e ． Fi r s t l y，t h e a dd i t i o na l l o a d l o s s c o e f f i c i e n t ma t r i x for a l l s p i n d l e s p e e ds i s e s t a b l i s h e d；s e c on d l y，t h e t a r e p o we r ，c u t t i n g po we r a n d a d d i t i o na l l o a d l o s s a r e c a l c ul a t e d f r o m t h e p o we r ba l a nc e e q ua t i o n．So me e x p e r i me n t s a r e u n d e r t a k e n o n a l a t h e CD61 4 0 t o v e r i f y t he p r o p o s e d me t h o d a n d t he e x p e r i me nt a l r e s ul t s s h o ws t he e f f e c t i ve n e s s o f t h e me t h o d a n d t h e e s t i ma - t i on e r r o r o f c u t t i n g p o we r i s l o we r t h a n 1 0％ ． Ke y wo r dsma c h i n e t o o l ；ma i n d r i v i ng s ys t e m ；c ut t i n g p o we r ；p o we r s e pa r a t i o n 0 引言 我 国机 械加 工系 统量 大 面广 ， 约 7 0 0万 台 ， 机 床 总量 世 界 第 一 。按 功 率 l O k W 算 ， 则 总 功 率 约 为 7 0 0 0万 千瓦 ， 是 三峡 电站 总装 机 容 量 2 2 5 0万 千瓦 的 3倍 。 因此 ， 我 国机 床 装 备 耗 电 总 量 惊 人 。 由 于我 国国情原 因， 其 中仍有相 当一部分机 床是 普通 机床 ， 如何对这些 机床实现有效 的能效监测具 有重 要 意义 。 K o r d o n o w y 提 出了一 种用 统计 方法 测算 机床 能 效 的模 型 ， 该 模 型假 设 了机 床 所 有 电机 的 功 率 在 未 加 工状 态下 所 耗 功 率 为 常 量 ， 加 工 状 态 下 功 率 的 增 量为切削功率， 该方法简单方便 ， 但是没有考虑机床 主传 动 系 统 的 附 加 载 荷 损 耗 功 率 ； V i j a y a r a g h a v a n _ 4 提出了一种实时监测机 床能耗的方法 ， 该 方法首先 通过 主 轴输 入 功 率 判 断 机 床 的 实 时 工 作 状 态 ， 然 后 通 过输 入 功 率 估 算 切 削 功 率 从 而 获 得 机 床 能 耗 效 率 ， 但是仍未考虑机床主传动系统的附加载荷损耗 。 实 现能效 监测 的关 键 技 术 之一 就 是计 算 机 床 加 工 过程 中的有 用 切 削功 率 大小 。切 削功 率一 般 是 通 过 测量 力矩 或切 削力 和 主轴 转速 来 直接 计算 的方 法 ， 直接而且精度较高， 但是都需要在机床上安装力 矩或者力传感器。力矩或力传感器不仅价格 高 ， 对 机 床 刚度有一 定影 响 ， 而 且 易受 加 工 环境 的影 响 J ， 所 以一 直未 能推 广应用 。 另 外一 种 确 定 切 削 功 率 的方 法 是 间接 测 量 法 。 文 献 [ 1 ] 提 出 了一 种 通 过 主 轴输 入 功率 计 算 切 削 功 率 的方 法 ， 该 方 法 指 出主 轴 系 统 的输 入 功 率 是 空 载 功 率 ， 切削功 率 和附 加 载荷 损 耗 三者 之 和 ， 同 时也 给 出 了附加载 荷损 耗 与切 削 功率 在 转 速不 变 的条 件 下 是 成 正 比 的 ， 且 该 比值 即 附 加 载 荷 损 耗 系 数 是 0 ． 1 50 ． 2 5的常数。但是该常数 的选取依赖于人 的 收稿 日期 2 0 1 21 01 2 ； 修 回日期 2 0 1 21 1 0 1 基金项 目 重庆市基础与前沿研究计划项 目 c s t c 2 O 1 3 j c y j A 7 o 0 l 4 作者简介 胡韶华 1 9 7 9 一 ， 男 ， 四川宣汉人 ， 中国航天科技 集I l J l f 南机械 厂工程师 ， 博士 ， 主要从事航 天火 丁品数字化制造 ， 机床节能运 行 与监控等研究 ， Em a i l h u s h a o h u a 0 4 2 4 1 2 6 ． c o rn。 - 4 8 组 合机床 与 自动化 加工技 术 第 l l期 经 验 ， 往 往有 较大 的误差 。 最新 研究 成 果 表 明 ， 附 加 载荷 损 耗 系 数 在 机 床主传动系统结构不变的条件下与切削功率是正比 关系 ， 也就是 附加 载荷 损 耗 与切 削 功率 是二 次 函数 。 附 加 载荷损 耗 系数 的获取 不再 依赖 于经验 而 是通 过 切 削功率 进行 自动 估计 。本文 在 此基 础 上提 出 了一 种基于附加载荷损耗系数矩阵的机床主传动系统功 率 分离 方法 ， 该方法 具 有 成本 低 ， 实 现简 单易 于工 业 应用 的特 点 。 1功 率 消 耗 分 离 原 理 1 ． 1 功 率平衡 方程 机 床主传 动 系统一 般包 括 电机驱 动 和机 械 传 动 两个 部分 ， 每个 部 分 的能 量 消耗 都 比较 复 杂 。但是 ， 文献 [ 1 ] 将主传动系统的功率系统简化为空载功率 、 切 削功 率和 附加 载荷 损耗 功 率 三个 部 分 图 1 。其 中 ， 空 载功率 、 切削 功率 和附加 载 荷 损耗 功率 的定 义 如 下 空载功 率 机 床 主传 动 系统 在某 一 指定 转 速 下 稳定 运行 且 尚未 加 工 的 状 态 称 为 空 载状 态 ， 其 间 所 消耗 的功率成 为 加 工状 态 ； 切 削 功 率 机 床 主传 动 系 统 在切 削状 态 下 用 于 去 除 工 件 材 料 所 消 耗 的 功 率 ； 附 加 载 荷 损 耗 机 床 主 传 动 系统 由 于 载 荷 切 削 功 率 而产 生 的 附加 损 耗 。这 部 分 损 耗 只 在 切 削 状 态 下存 在 。 图 1 机 床 主 传 动 系统 切 削 状 态 下 的 能 量 流 图 从 图 1可 以看 出 ， 机 床 主 传 动 系 统 的 输 入 功 率 可以分空载功率 P ， t 、 切削功率 P t 和附加载荷 损耗 P t ， 且满足如下功率平衡方程 P P ￡ 十P f P t 1 由于普通机床主轴转速是依赖于主传动系统的 机械 传动链 的传 动 比改 变 而 改 变 的 ， 所 以其 空 载 功 率 ， 附 加载 荷 损 耗 依 赖 于 转 速 的 ， 针 对 普 通 机 床 而 言 ， 功 率平衡 方程 1 可 以改写 为 P P ￡ P P ￡ 2 其 中 ， P t 主 轴 电机 的输 入 功率 ； P t 主传 动 系统在转速 n时的空载功率； P 。 t 主传动系统在 转速 n时 的附加 载荷损 耗功 率 ； P t 切削 功率 。 功率分 离 的 目标 就是 通 过 电机 输入 功 率 得 到相 应 的空载功 率 P ⋯ t 、 附加 载 荷 损 耗 功 率 P ⋯ t ， 和切 削功率 P t 1 ． 2主传动 系统 的 空载功 率 P t 机床 主传 动系统 的 空载 功 率有 电机空 载 和 机 械 传动 系统 空载 功率两 部分 组成 ， 由文献 [ 1 ] 可知 可 以 表不 为 P ⋯ P n P0B n M n 3 其中， P n 主传动系统空载功率关于转速 n的函 数 ； P 。 主轴 电机 的 空载 功率 ； B 主传 动系统 在 转 速 n时 的等效 阻尼 系数 ； M 主传 动 系统 在 转 速 n时 的 等效摩 擦矩 。 对 于一 台主轴 转 速有 m 级转 速 的机 床而 言 ， 其 空载 功率 可 以表 示为 P ⋯ t P n P0B ‘ n M n n∈{ n ， ， i 1 ， 2 ， ⋯m} 4 但 是 由于 普 通 机 床 的转 速 是 有 级 变 速 的 ， 可 以 事先 直接 测量 出来 如图 2 ， 方 程 4 可 以简化 为 P ⋯ t P n n ∈{ n ， i l ， 2 ， ⋯， m} 5 图 2机 床 空载 功 翠 不 慝 图 1 ． 3 附加 载荷 损耗 系数矩 阵 附加载荷损耗功率， 主要 由于 电机和机械传动 部分 在切 削状态 下产生 的 附加 电损 和机 械损 耗 [ 6 ] 。 同时 ， 附 加 载 荷 损 耗 功 率 难 以直 接 准 确 测 量 ， 文 献 [ 1 ] 的研究 表 明附加载荷 损耗 与切 削功 率之 比 负 载 载荷 损耗 系数 是 一个 0 ． 1 5 0 ． 2 5之 间的 常数 不 过最新研究 [ 6 ] 发现， 附加载荷损耗系数 不是一个 常 数 ， 而 是与切 削功率 成正 比， 即 P r t 、 ＆ n ‘P n ， 6 、 ， 由式 1 、 6 可 以得 到 P P ￡ a 2 P t 1 n 1 P t P ⋯ d 2 P ； t 13 ／ 1 P ， t 7 其 中， a 1 ， a 2 ， o t l 1a I ， o L 2 a 2 附加载荷损耗函数 系数 ； 对 于 一 台主 轴 转速 有 m级 转 速 的机 床 而 言 ， 可 以有方 程 2 、 7 得 到功率平 衡方 程 P t P ． t O t 2 P t d l P t ， 正 ∈ { ． ， i 1 ， 2， ’ ‘ ，n} 8 在 每一级 转 速 下 的 ， 附加 载 荷 损 耗 系数 可 以 通 过 实验 测量 出来 至 少 两 次 不 同 切 削 实验 ， 所 有 转 速 下 的系数测 量 出来 就可 以 构成 附加 载 荷损 耗 系 数 矩 阵 。每一级转 速 n下 的附加 载 荷损 耗 系 数可 以用 下 方程解 出。 A l r n ∈{ n ， i 1 ， 2 ， ⋯ ， m} 9 A A A y n ∈{ n ， i 1 ， 2 ， ‘ 一 m} 1 0 其 中 A P 。 P 。 P P 2 2 ●●● ●●● P“p2 f 2 0 1 3年 1 1月 胡韶 华 机 床主传 动系统 加工 过程 功率 消耗 分 离方法 4 9 【 0 f ] P 1一P⋯ PmP ⋯ ● ●● 尸“ 一 P ⋯ z 为切 削 实验次 数 ， 大于 等于 2对 于一 台主轴 转 速有 m级 转 速 的机 床 而 言 ， 附加 载 荷 系 数 组 成 的矩 阵为 B [ T 。 T ⋯ 】 1 1 1 ． 4切 削功率 P t 与负载 载 荷损耗 P t 由于 附加 载荷 损耗 系数 矩 阵可 以通 过方 程 1 1 确定 ， 结 合方 程 7 可 以得 到切 削功率 。 P 竽 12 在此基础上 ， 附加 载荷损耗 功率也可 以由方程 1 3 或则 1 4 得 到 P d ．P a ． 。 一 1 P 1 3 P t P t 一 P ⋯ ￡ 一 P t 1 4 综合方程 5 1 2 1 3 可以分离 出主传动系统 的空载功率 、 切削功率和附加载荷损耗功率。 2 实 验 研 究 2 ． 1 实验 设备 以及 测量装 置 介绍 本 文 在一 台普 通 车 床 C D 6 1 4 0上 进 行 了相 关 实 验 实 验装 置 如图 3 ， 该 数控 机床 主轴 系统 的相 关技 术 参 数 见 表 1 。 用 功 率 传 感 器 E D A 9 0 3 3 A W W W． s d l c ． e o m 来测量主传动系统 的输入功率 ， 同时为 了 验证功率还临时安装了扭矩传感器 T Q 2 0 1 W W W ． b e e t e c h ． c o rn ， 由于该扭矩传感器可以同时测量主轴转 速 ， 因此可以获得切削功率。功率传感 器与扭矩传 感 器 的数 据采 样周 期均 为 2 0 ms 。 表 1主 轴 的 技 术 参 数 电机类型 感应 电机 电机极对数 2 电机额定功率 7 ． 2 k W 电机额定转差率 5 ％ 主轴转速 1 1 0， 1 8 0， 2 8 0 ， 4 5 0， 5 6 0 ， 7 0 0 ， 8 7 0 r p m M a mj t h e s p i n d l e d Me a s u “ ／ h e c u t t i n g t o | u e 图 3实 验 机 床 以及 测 量 装 置 2 ． 2 实 验步 骤 以及切 削条 件介 绍 2 ． 2 ． 1 空 载功 率测 量 机床 C D 6 1 4 0的空载测试是在机床平稳运行 3 0 分钟后进行以消除润滑不充分等因素引起的测量误 差 ， 该 机床共 有 7级转 速 ， 即 1 1 0 ， 1 8 0 ， 2 8 0 ， 4 5 0， 5 8 0， 7 0 0 ， 8 7 0转／ 分 ， 每级 转 速 下 测 量 3次 ， 每 次 5分 钟 ， 取 3次 测量 的平 均值 作 为 机床 的 空 载 功 率 ， 具 体 空 载功率 见表 4 。 2 ． 2 ． 2 附加 载荷 损耗 系数 矩阵 辨识切 削实 验 附加 载荷 损耗 系数 矩 阵 的建 立 是该 方 法 最 主要 的一步 ， 但是该矩阵建立的实验针对一 台机床 甚至 主传动系统结构 完全一样 的一类机床 来说 只做一 次 ， 以后作 为机 床一 个特 性参 数使 用 。 为建 立 C D 6 1 4 0在 普 通 机床 的 附加 载荷 损 耗 系 数矩 阵 ， 本 课题 组做 了大 量 的切 削 实验 ， 实 验 方 法 步 骤参 见 文献 [ 6 ] 。该 实验 是对 一个 长 4 0 0 m m， 直 径 为 7 9 mm 的 4 5 钢棒 料车 外 圆加 工 。每级 转 速下 做 了 4 X 31 2组 不 同参数 的切 削实 验 ， 工件 以及 刀 具材 料 见表 2 ， 切削实验参数见表 3 。最后通过对实验数据 按照方程 1 0 计算 出附加载荷损耗 函数的系数矩阵 表 4 。 表 2工 件 与 刀具 材料 参数 刀 具 类 型 9 O 。 外 圆车 刀 工件材料 4 5 钢 刀具材料 G B Y T 1 5 I S O P 1 0 刀柄尺寸 1 8 x l 8 x l 5 0 mm 润 滑 液 无 表 3 附加载荷损耗特性 函数 系数辨识实验参数 主轴转速 r p m 进给量 mm ／ r e v 吃刀量 m m 1 1 0 0 ． 2 8 0 ． 2 4 O ． 2 O ． 1 2 1 0． 5 1 8 0 0． 2 8 O ． 2 4 0 ． 2 0 ． 1 2 1 0． 5 2 8 0 0． 2 8 0 ． 2 4 0 ． 2 0 ． 1 2 1 0． 5 4 5 0 0． 2 8 0 ． 2 4 0 ． 2 0 ． 1 2 1 O ． 5 5 6 0 0 ． 2 8 0 ． 2 4 0． 2 0 ． 1 2 l O． 5 7 0 0 0 ． 2 8 0 ． 2 4 0． 2 0 ． 1 2 l O． 5 8 7 0 0 ． 2 8 0 ． 2 4 0． 2 0 ． 1 2 l O． 5 表 4 空 载 功 率 以及 附加 载 荷 损 耗 系数 矩 阵 附加载荷损 耗系数 主轴转速 r p m 空载功率 W 1 2 l l O l 8 8 O 1 ． O 1 8 4 l O一 l 8 0 1 9 0 0 1 ． 2 2 9 2 l 0一 2 8 0 1 9 5 0 1 ． O 7 1 1}1 0一 4 5 O 2 O 0 0 1 ． 0 6 6 1}1 0一 5 6 0 2 0 7 0 1 ．1 2 2 9 }1 0一 7 0 0 21 6 0 1 ． 1 5 2 6 1 0一 8 7 0 2 2 9 0 1 ．1 2 5 6 1 0一 2 ． 3功 率分 离实验 及结 果分 析 为验证本 文方法 的有 效性 ， 在该 机床 做 了 3组 切 削实验 ， 该实验仍然对一个长 4 0 0 m m， 直径为 7 9 ram的 4 5 钢棒料车外 圆加工， 刀具与工件材料参数见表 2 。 但是这 三组实验 和附加载荷损耗 系数辨识实验 的切削 参数不 同， 具 体 切削参 数 见表 5 。三组 实 验分 别 在 转 速 1 1 0 r p m， 4 5 0 r p m， 8 7 0 r p m下 进行 ， 下 转 第 6 0页 6 0 组合机 床与 自动化 加工技 术 第 1 1 期 D e s ir e d S o l i d A c m a l D h e d t r a j c c t o r y Kl 5 1 o o 薹 ． 耋 三 三 三 ‘ 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 量 ． 三 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 T i me s 实线表示期望 曲线 ， 虚线表示实际跟 随轨迹 a P U MA 5 6 0前i关节的跟随情况 Time s b P U MA 5 6 0前 关节的跟随误差 图 1 PUMA5 6 0型 机 械 臂 仿 真 效 果 4 结 论 基 于期 望轨迹非线性补偿 方法使用 已知 的机 械臂 期 望运动轨迹 ， 对机械 臂所受到 的非线性力进 行补偿 ， 补偿 项的计算可 以离线 进行 ， 可 以较好 减少 控制 系统 实时运算量 。结合 P U MA 5 6 0仿真结果分析 ， 本控 制器 具有较好 的轨迹跟随效果 以及较好 的渐近稳定性 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]J ．J ． C r a i g ， I n t r o d u c t i o n t o R o b o t i c s Me c h a n i c s a n d C o n t r o l [ M] ．3 r d e d ．U p p e r S a d d l e R i v e r ，N ． J ． P e a r s o n ／ P r e n t i c e Ha l 1 ．2 0 056 28 9． [ 2 ]B ． A r m s t r o n g ， O ．K h a t i b ， a n d J ． B u r d i c k ，“ T h e e x p l i c i t d y na mi c mo d e l a n d i n e r t i a p a r a me t e r s o f t h e Puma 6 0 a r m”，i n Pr o c ． I EEE I n t ． Co n f ． Ro b o t i c s an d Au t o ma t i o n，v o l 1， S a n F r a n c i s c o ，US A ，P P ．5 1 08 ，1 9 8 6 ． [ 3 ]F ．L ．L e w i s ， C ．T ．A b d a l l a h a n d D ．M．D a w s o n ，C o n t r o l o f Ro b o t Ma n i p u l a t o r s 『 M] ．Ne w Y o r kMa c mi l l a n P u b ． Co．， 1 9 93 6 4 90． [ 4 ]B ．A r m s t r o n g ，O ．K h a t i b ，a n d J ．B u r d i c k“ T h e E x p l i c i t Dy n a mi c M o de l a n d I n e r t i a l Pa r ame t e r s o f ． [ 5 ]S ． M． Me g a h e d ， P r i n c i p l e s o f R o b o t M o d e l l i n g a n d S i m u l a t i o n [ M] ．C h i c h e s t e r ； N e w Y o r k J ．Wi l e y ，1 9 9 3 1 8 61 9 1 ． [ 6]H．M．C h o s e t ，P r i n c i p l e s o f R o b o t M o t i o n [ M] ．C a m b r i d g e，Ma s s ．MI T P r e s s ，2 0 05 3 4 93 7 2． [ 7 ]H ．J o s e p h s a n d R ．L ．H u s t o n ，D y n a m i c s o f Me c h a n i c a l S y s t e ms ．Bo c a Ra t o nCRC Pr e s s ，2 00 2 41 541 8． [ 8 ]谢存禧 ， 张铁．机器人技 术与应用 [ M] ．北 京 机械 工业 出版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 9 ]F e r d i n a n d P ．B e e r ， E ． R u s s e l l J o h n s t o n ， D a v i d F ． Ma z u r e k e c t ．，Ve c t o r Me c h a n i c s f o r En g i n e e r s S t a t i c s a n d Dy n a mi c s [ M] ．9 n d e d ．B o s t o n M c G r a wH i l l Hi g h e r E d u c a t i o n ， 2 011 91 499 8． [ 1 0 ]谭晓东 ， 刘鑫 ， 赵岩．P U MA - 5 6 0机械手虚拟装配过程 中 的视觉分析和变换计算 的研究 [ J ] ．组合机 床与 自动化 加工技术 ， 2 0 1 0 1 2 73 1 ． 编辑赵蓉 上接 第 4 9页 首 先 测 量 得 到其 空 载 功 率 分 别 为 1 8 8 0 W， 2 0 0 0 W ， 2 2 9 0 W， 然后 在 相应 的加 工 条件 下 测 得 输入 功率 分 别 2 1 O O W ， 3 0 3 0 W ， 4 1 3 3 W。按 照本 文 方 法 估 计 得 到 切 削 功 率 分 别 为 1 9 0 W ， 8 6 5 W ， 1 5 2 3 W。实际测 量 用 扭 矩传 感 器 和转 速传 感 器 器 的功率分别为 2 0 1 W， 8 3 0 W， 1 5 7 0 W。可见相对误差 分 别 为 5 ． 4 7 ％ ， 4 ． 1 2 ％ ， 2 ． 9 9 ％ 。 表 5 功 率 分 离 实 验 结 果 与 切 削 功 率误 差 实验 切削参数 功率分离 W 切削功率 分离误差 测量值 W ％ 组 号 ， f ， a p P P P P 。 P ⋯ E r r l 1 1 0， 0． 1 5， 2 2l 0 O 1 8 8 O 1 9 0 3 O 2 0l 一5 ． 4 7 2 4 5 0， 0 ．1 5， 2 3 0 3 O 2 O 0 O 8 6 5 l 6 5 8 3 O 4 ． 2 1 3 8 7 0， 0 ． 1 5 ， 2 4 1 3 3 2 2 9 0 1 5 2 3 3 2 O 1 5 7 0 2 ． 9 9 注 s 主 轴 转 速 r p m ， ／ 进 给 量 mm ／ r e v ， 吃刀 量 m m } E r r o r P 一 P ／ P⋯ 1 0 0 ％ 3 结 论 本文在机床主传动系统附加载荷损耗特性的基 础上 提 出了一 种 可 以分 离 空 载 功 率 、 切 削功 率 和 附 加载荷 损耗 的方 法 ， 通 过 理论 分 析 和 实验 验 证 可 以 得到 如下结 论 1 本文 提 出的附 加载荷 损 耗 系数矩 阵的概 念 ， 利 用该 矩阵 可 以 自动求 出不 同加 工 条件 下 的 附加 载 荷 损耗 ； 2 切削 功率 可 以通过 输 入功 率 分离 出来 ， 实 验 结果 表明 ， 精度较高 误差小 于 1 0 ％ ， 满 足工业要求 。 [ 参考文献] [ 1 ]刘飞 ， 徐宗 俊 ， 但斌．机 械加 工 系统 能量特 性及 其 应用 [ M] ．北京 机 械工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 2 ]施金 良 ， 刘飞 ， 许弟建 ， 等．变频调速 数控机床 主传 动系 统 的功 率平 衡 方程 [ J ] ．机 械 工程 学报 ， 2 0 l O， 4 6 3 】1 8 1 2 4 [ 3]K o r d o n o w y ，D ． ，A p o w e r a s s e s s m e n t o f ma c h i n i n g t o o l s [ B ] ，Ma s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ． [ 4 ]V i j a y a r a g h a v a n ，A ．a n d D o r n f e l d ，D． ，A u t o ma t e d e n e r g y mon i t o r i n g o f ma c h i ne t o o l s ， CI RP An na l s Ma n uf a c t ur i n g T e c h n o l o g y [ J ] ， 2 0 1 0 ， 5 9 2 1 2 4 ． [ 5 ]S t e i n J F ，H u h K，M o n i t o r i n g C u t t i n g F o r c e i n T u r n i n g a m o d e l b a s e d a p p r o a c h [ J ] ．A S M E J o u r n a l o f m a n u f a c t u r i n g S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g， 2 0 0 2， 1 2 4 2 2 73 1 ． [ 6 ]H U S h a o h u a ， L I U F e i ， HE Y a n a n d P E N G B i n g ， C h a r a c t e r i s t i c s o f Ad di t i o n a l L o a d Lo s s e s o f S p i n d l e S y s t e m o f Ma c h i n e T o o l s ，J o u r n a l o f Ad v a n c e d Me c h a n i c a l D e s i g n ，S y s t e m s ， a n d Ma n u f a c t u r i n g [ J ] ， 2 0 1 0， 4 7 1 2 2 1 1 2 3 3 ． 编辑李秀敏