淺析工作狀態(tài)下影響數控機床切削能耗的因素分析

伍偉敏 姜如松

摘要：隨著經濟等方面的不斷發(fā)展，居民生活以及生產力水平得到了極大地提高，就在工業(yè)化進程飛速加快當中，能源問題越發(fā)嚴峻，以至于各界人士對節(jié)能減排工作形成了高度重視。其中以我國制造行業(yè)為核心，面對嚴重能源消耗的現(xiàn)象，做到節(jié)能減排的關注核心，實際制造企業(yè)生產過程中，最基礎的部分就是機械加工，那么制造行業(yè)實施節(jié)能減排處理，可以從加工零件方面出發(fā)，構件完善的數控加工計劃，達到能源節(jié)約利用，高效低耗的加工效果。在接下來的文章中，將站在數控機床切削狀態(tài)下，圍繞切削能耗關鍵因素影響方面進行了詳細的分析，希望能夠給相關人士提供些許參考依據。

Abstract： With the continuous development of economy and other aspects， the living and productivity levels of residents have been greatly improved， in the rapid acceleration of the industrialization process， the energy problem is more and more serious， so that people from all walks of life to energy conservation and emission reduction work has formed a high priority. With China's manufacturing industry as the core， facing the serious phenomenon of energy consumption， achieve energy conservation and emissions reduction of focus on the core， actual production in the process of manufacturing enterprises， is the most basic part of machining， the manufacturing industry to implement energy conservation and emissions reduction processing， can set out from the aspects of processing parts， components improve the nc machining program， so as to use， energy saving， efficient and low processing effect. In the following article， will stand in the CNC machine tool cutting state， around the cutting energy consumption key factors have been analyzed in detail， hoping to provide some reference to the relevant people.

關鍵詞：機械加工;工藝流程;切削參數;能耗

Key words： mechanical processing;process flow;cutting parameters;the energy consumption

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0069-02

0? 引言

所謂的數控機床切削狀態(tài)，簡單而言，就是在數控機床日常操作環(huán)節(jié)當中，相關操作人員結合專業(yè)的刀具設備，對毛坯實施針對性處理以后，將零件的狀態(tài)進行明顯的調整。從切削狀態(tài)功率下進行研究，主要涵蓋待機、主軸等多方面的因素。通過較長時間的觀察可以看出，因為材料的性能、刀具特點等根源下，會對數控機床切削造成多種方面的影響，當然個體的影響因素，期間也存在著必然的關系。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，行業(yè)人士持續(xù)進行了切削功率的研究，大多數的學者站在切削力以及參數等視角下，在長期的分析中已經得到了完善的數據信息，但是根本上而言，還缺少機理方面的相關理論。那么在接下來的內容中，主要就是站在金屬材料切削能量消耗機理方面，對切削能耗影響原因進行分析，確定了切削功率與時間兩方面的根源，進而提出了一系列的措施，對數控機床切削功率模型進行了確定以及調整。

1? 切削能耗建模

站在理論知識角度下，在實際進行切削加工處理過程中，其中所使用的較多金屬材料，因為受力情況下，會對其形狀造成一定的影響，最終引發(fā)彈性變形等的問題。伴隨著接下來操作人員長期的加工處理，就會導致過程中有著更加明顯的應力，如果到達了屈服點，面對該種現(xiàn)狀下，其中含有的金屬晶格，那么就會發(fā)生不同程度移動的現(xiàn)象，此時相應的作用力也在不斷的增加當中，如果鑒于材料斷裂強度值下，就會出現(xiàn)嚴重的擠裂問題。與此同時，在進行塑性金屬材料切削處理過程中，不管是切削形成的過程還是金屬變形等方面，都與其存在著必然的聯(lián)系[1]。從切削層金屬變形問題下進行研究，其中對應的區(qū)域可以細致的分成以下幾個方面：第一，變形區(qū)。在操作人員長時間的加工處理環(huán)節(jié)當中，此時的滑移線下，金屬在進行一系列的剪切處理過程中就會出現(xiàn)變形的問題，最終會有相應形變能的發(fā)生。整個過程最突出的就是較多的耗能現(xiàn)象;第二，鑒于變形區(qū)內部下，在長期的排出過程中，因為擠壓性能對切屑造成了很大的影響，直接導致摩擦問題出現(xiàn)后較大摩擦損耗的出現(xiàn)，整個環(huán)節(jié)消耗能耗量巨大;第三，在變形區(qū)當中，因為切削刃的摩擦以及擠壓等的制約下，就會導致金屬表面出現(xiàn)一定的威脅。從圖1中可以看出，金屬切削中三個變形區(qū)的分布情況。

與此同時，在實際加工處理環(huán)節(jié)當中，還有著很多有關的功耗，像在負載的條件下，導致一系列附加荷載損耗等的出現(xiàn)。在上面文章一系列的闡述下，圍繞切削功率消耗問題，可以分成塑性變形功率損耗[2]。

2? 切削狀態(tài)下切削能耗關鍵因素影響分析

操作人員實際開展數控機床加工處理當中，先將切削系統(tǒng)加以明確，以后就能夠準確的定位出影響切削能耗的關鍵因素，經過實際調查可以看出，最明顯的影響因素就是切削功率與切削參數。通過上面的內容可以看出，從切削能耗下進行研究，其中主要涵蓋變形功耗與摩擦功耗兩個方面。在行業(yè)人士長時間的實踐過程中，像變形能耗問題的出現(xiàn)[3]，主要包括切削的寬度、背吃的刀量，而像主軸的轉速以及寬度等，都會導致摩擦功耗受到不同程度的影響。深入的研究摩擦功耗，圍繞前刀面功耗的影響因素，主要體現(xiàn)在主軸轉速與背吃刀量方面。站在后刀面的基礎上，其中主軸轉速與切削寬度等，都會對其造成明顯的威脅。

接下來文章將站在切削參數與能耗的相關關系角度下，對切削寬度與切削功率的影響方面加以做出針對性的闡述。操作人員日常處理環(huán)節(jié)當中，其中切削寬度（ae）和排除體積之間有著必然的聯(lián)系，如果有著較大的切削參數值，那么在其持續(xù)增加的狀態(tài)下，也就會導致變形功耗處于長期的增加效果。與此同時，從相應的刀與工件接觸面積下予以研究，兩者之間如果有著較大的接觸面積，就會導致之前或者是之后的摩擦功耗出現(xiàn)持續(xù)增加的狀態(tài)下[4]。

從切削寬度下進行研究，其寬度處于持續(xù)增加的現(xiàn)象下，那么就會導致去除體積也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，在操作人員將切削參數處于增加效果下，同樣的會增加塑性變形的功耗，而其中的摩擦功耗中沒有加入背吃刀量（ap）。如果操作人員借助相對鋒利的刀具，那么其中刀面摩擦力功耗情況就會占據較小的比例，在操作人員將寬度數據加以增加以后，相應的就會導致塑性變形功耗出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，最為關鍵的是，也能夠體現(xiàn)出合理化的規(guī)律特點。進給速度單純的影響到塑性變形功耗，而和摩擦功耗不存在相關性，進給速度增加后，消耗的塑性變形功也會同樣增加主軸轉速單純的影響到摩擦功耗，且進行理論分析可知，這部分能耗主要和主軸轉速存在相關性。然后相關人員比較不同參數增加的比例數據，結合背吃刀量下，如果其小于切削的寬度，那么就會導致背吃刀量產生明顯的影響，而切削寬度與進給速度的影響程度較小。處于相反現(xiàn)象下，促使有著不斷減少的比例數據，那么對切削寬度的影響最大，然后是主軸的轉速等。通過以上的研究可以看出，在數控機床切削過程中，對其切削能耗影響部分進行了詳細的研究，在深入的分析過程中，此時就需要工作人員在設置切削參數時，那么就必須站在進給量、背吃刀量與切削寬度等方面進行研究[5]。

針對切削能耗的影響因素，站在切削參數下進行研究，此時就需要相關人員找出合理化的試驗模式以及流程。在對主軸轉速進行研究時，可以參考vc=πdn/1000的公式，而每齒進給量根據vf=nfzz換算。接下來操作人員實施正交試驗處理，可以圍繞主軸轉速、進給速度與背吃刀量等多個方面下進行研究。像研究得出的機床性能、刀具性能等方面，都是直接的影響根源，在操作人員一系列的操作實驗當中，最終得出的切削加工功率與待機功率之間的差，將各個銑削參數去除率進行全面的總結，可以通過此指標反映出銑削加工效率。工作人員在妥善的分析研究過程中，站在主效應的所有數據信息下可以得出，對45號鋼的銑削，其中與切削功率與切削量之間存在的不可分割的關系，在增加的數據值基礎上，也會導致切削功率出現(xiàn)相同的問題，那么此時工作人員就可以對參數加以調整，做到全面把控切削功率的效果[7]。

通過分析可以得出在操作人員提高的切削功率數據以后，接下來就會得到明顯增加的切削面積[8]，為了能夠達到企業(yè)明顯的切削加工處理目標下，工作人員就可以從該點結論下入手。與此同時，針對切削功率，與塑性變形功耗之間有著正相關的聯(lián)系。當主軸轉速的為切削寬度，其次為主軸轉速、背吃刀量。從中可以表示，實際機械加工處理環(huán)節(jié)當中，操作人員要想能夠控制好過程中的功耗損失，那么就應該從切削寬度與背吃刀量下出發(fā)，做出妥善的調整與優(yōu)化。在操作人員合理化的優(yōu)化以后，能夠得到很好的優(yōu)化結果，基本上達到了功耗把控的標準?？傊瑱C械制造加工企業(yè)出于控制切削功率的效果下[9]，可以將切削寬度以及背吃刀量維持在最大的范圍下，確定好較小的進給速度與主軸轉速下，因而實驗范圍內最優(yōu)的工藝參數組合為n=3000，vf=300，ap=2，ae=0.3。

3? 結論

簡而言之，面對當前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，我國制造行業(yè)要想保持穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢，那么就應該積極的調整過去落后的生產手段，尤其是數控機床操作環(huán)節(jié)當中，更應該凸顯出節(jié)能優(yōu)化的特點。文章站在數控機床切削狀態(tài)下切削能耗關鍵因素影響下，提出了幾點節(jié)能性的加工措施，一方面希望能夠促使數控機床加工當中有著較小能量消耗問題的基礎上，另一方面也能夠為我國制造行業(yè)盡快實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標打下堅實的基礎[10]。

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