我國機床量大面廣，能耗總量巨大；且機床能量利用率低，因此，機床節(jié)能潛力很大。同時， 麻省理工學(xué)院的床能量消耗所帶來的環(huán)境排放也是很大的。由此可見，研究機床的能量特性對機械制造行業(yè)的 低碳運行具有重要意義。
當(dāng)前，對機床能量特性的研究非常活躍，已有文獻(xiàn)做了大量研究。機床由若干個能量源構(gòu)成，根據(jù)這些能量源的消耗特性可以將機床的能耗歸為兩類：一是固定能耗，二是可變能耗。基于這種能量源分類，對多種機床的能量構(gòu)成進(jìn)行了試驗分析，并指出機床的實際切削能耗可能只占設(shè)備總能耗中很小的一部分。提出當(dāng)機床處于負(fù)載狀態(tài)時，機床機械傳動系統(tǒng)和電動機的總損耗功率要在原空載損耗的基礎(chǔ)上增加，增加的這部分損耗稱為機床附加載荷損耗功率，因此加工設(shè)備在切削階段能耗由空載能耗、切削能耗和附加載荷能耗三部分構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)建立變頻調(diào)速類數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的能量流模型，分析機床主電動機功率傳輸特性和機械傳動系統(tǒng)功率傳輸特性及其各部分的能量損耗規(guī)律，從而建立了變頻調(diào)速機床主傳動系統(tǒng)的動態(tài)功率平衡方程；文獻(xiàn)建立基于頻率的數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的空載能量參數(shù)模型。
從上述研究可以看出，已有學(xué)者對加工設(shè)備能量消耗特性進(jìn)行了許多研究。但是，已有研究主要集中在機床總體能耗統(tǒng)計分析或機床主傳動系統(tǒng)建模方面，還缺乏從系統(tǒng)的角度對機床全部能量流的綜合建模研究。這個問題對普通機床影響不大，因為普通機床主傳動系統(tǒng)的能耗是機床全部能耗的主體，如普通車床主傳動系統(tǒng)的能耗占機床全部能耗的以上。然而，隨著我國工業(yè)化的進(jìn)程和基礎(chǔ)裝備制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機床已成為機床裝備的主流。與普通機床相比，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)和能量特性發(fā)生了很大的改變。數(shù)控機床能量源增多、能量損耗復(fù)雜，主傳動系統(tǒng)能耗占整個機床能耗的比重相對普通機床越來越小。數(shù)控滾齒機，其主電動機額定功率為37 kW，不到整個機床總額定功率的40%；文獻(xiàn)通過對普通機床、一般數(shù)控機床、加工中心等不同自動化水平機床的能耗試驗研究，發(fā)現(xiàn)隨著自動化程度的提高，機床的輔助系統(tǒng)消耗的能量占機床總能量的比重不斷增加；又如文獻(xiàn)通過一臺加工中心的能量數(shù)據(jù)說明了數(shù)控機床運行過程中輔助設(shè)施能耗占機床能耗的主體。因此，籠統(tǒng)的設(shè)備總能耗研究和單一的主傳動系統(tǒng)能耗研究均不能地反映數(shù)控機床的能耗特性，而一般的統(tǒng)計分析方法不能準(zhǔn)確和預(yù)測性地反映機床的能耗特性，有 研究機床各子系統(tǒng)的能耗特性和機床能量流程，在此基礎(chǔ)上研究整個機床多源能量流的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。
研究數(shù)控機床能量流特性能夠為我國 效的數(shù)控機床的設(shè)計、量大面廣的數(shù)控機床及機械制造車間的能效評價、監(jiān)控管理和節(jié)能優(yōu)化運行提供有關(guān)基礎(chǔ)理論和方法支持。基于此，本文從數(shù)控機床的能量流多源、能流環(huán)節(jié)多、能流過程復(fù)雜等特點出發(fā)，對數(shù)控機床多源能量流的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究。
